工民建結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計研究

郭泰寅

（蘭州新區(qū)市政設(shè)計研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

從科學(xué)視角來講， 一旦發(fā)生地震， 建筑很容易出現(xiàn)傾斜， 因此， 要努力提高建筑的抗傾斜能力， 加固建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 嚴(yán)格把控建筑的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與水平力。 另外， 要科學(xué)控制建筑的層高數(shù)量， 按照標(biāo)準(zhǔn)的比例來界定建筑的高度與寬度， 確保建筑的安全性， 切忌因盲目追求高度而忽視安全質(zhì)量。

1 優(yōu)化建筑抗震設(shè)計方案

優(yōu)化建筑抗震設(shè)計方案， 首先要發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的作用， 改善建筑的延性。 如果建筑所處區(qū)域在地震帶上， 則必須提前做好數(shù)據(jù)收集工作， 按照標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計建筑施工方案。 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)注意確保鋼筋的上下保護層厚度不低于2mm， 同時， 要將砂漿材料的強度控制在 M7.5 以上， 磚的強度等級不能少于 MU10。 在網(wǎng)片焊接過程中， 要注意將鋼筋的直徑控制在8mm以內(nèi)。 其次， 要注意保持鋼筋走向的相互垂直狀態(tài)。 在鋼筋組合墻混凝土結(jié)構(gòu)上所使用的鉆土磚強度等級不得低于MU7.5。 在建筑鋼筋混凝土施工過程中， 施工技術(shù)人員必須做好砌墻作業(yè)， 然后再澆筑混凝土， 這樣方能對混凝土結(jié)構(gòu)體進行有效加固。 對于磚砌體和建筑構(gòu)造柱的連接部位， 設(shè)計師理應(yīng)協(xié)同施工人員將其設(shè)計做馬牙狀， 沿著墻體結(jié)構(gòu)來做好鋼筋的布設(shè)工作， 確保鋼筋在每邊入墻的長度不小于5m(見圖1)。 在檢測混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋保護層的厚度時， 需要對建筑結(jié)構(gòu)中的梁構(gòu)件、板構(gòu)件和柱混凝土結(jié)構(gòu)進行嚴(yán)格質(zhì)檢。 鋼筋保護層關(guān)系著建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能， 在具體檢測工作中， 需要科學(xué)選用測面， 確保表面的平整性與整潔性， 注意避開金屬預(yù)埋件。 同時， 控制好受力鋼筋的位移。

圖1 某鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆筑中， 應(yīng)注意保持澆筑工藝的連續(xù)性。 如果遇到了特殊情況， 像停電、 地震、 坍塌、 臺風(fēng)等原因而導(dǎo)致施工長時間中止， 就無法使用之前澆搗的鋼筋混凝土。 需要提出鋼筋籠， 對模具和鋼筋籠上的混凝土進行清理， 對模具內(nèi)的混凝土采取廢料處理措施， 將鋼筋籠處理干凈后就可以回收利用。 初步完成鋼筋混凝土澆筑工作后， 需要做好養(yǎng)護作業(yè)。 等混凝土澆筑振搗成型后， 必要時刻， 需要等靜止一段時間后采取蒸養(yǎng)措施。 所謂的蒸養(yǎng)分為三個階段: 第一， 升溫階段； 第二， 恒溫階段； 第三， 降溫階段。 在鋼筋混凝土蒸養(yǎng)房內(nèi)， 設(shè)有三種不同的區(qū)域: 第一， 升溫區(qū)域； 第二， 恒溫區(qū)域； 第三， 降溫區(qū)域。 各區(qū)域之間設(shè)有隔門， 不同區(qū)域溫度由電腦調(diào)控。

一般情況下， 鋼筋混凝土的升溫速度平均每小時控制在10 ～5℃之間， 恒溫區(qū)的溫度控制在50 ～60℃之間， 相對濕度不低于90%， 平均每小時的降溫梯度不超過10℃。 在鋼筋混凝土的整個蒸養(yǎng)過程中， 必須有專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)。 完成恒溫蒸養(yǎng)和降溫蒸養(yǎng)后，鋼筋混凝土已經(jīng)達到了脫模標(biāo)準(zhǔn)條件， 此時要做好鋼筋混凝土強度的質(zhì)檢工作， 確保其強度不低于20MPa。 脫模后， 要將鋼筋混凝土靜放 3 ～4h， 然后再次采取降溫處理， 做好缺陷檢查工作和局部修復(fù)工作。 不可忽視的是， 因為混凝土的表面水分會因為急劇蒸發(fā)而失散， 為了避免鋼筋混凝土的表面出現(xiàn)干縮和裂紋現(xiàn)象， 所以要保持環(huán)境的濕潤性。 如果鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度和水溫的溫差低于20℃， 就要從生產(chǎn)車間吊出鋼筋籠放入水養(yǎng)池中予以養(yǎng)護， 養(yǎng)護時間不能少于一星期。 經(jīng)過水養(yǎng)， 鋼筋混凝土的強度會得到快速增強， 經(jīng)過試驗可以得出經(jīng)過水養(yǎng)的鋼筋混凝土強度能達到90%以上的高等級， 從而有效增強建筑抗震性能。

2 做好建筑施工測量作業(yè)

施工測量工作是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基礎(chǔ)， 在建筑施工測量工作中， 應(yīng)正確采用內(nèi)控測量方法， 組建平面控制網(wǎng)。 在具體組建過程中， 需要從地面第一層逐漸向上建立， 沿著第一層的主軸線往里面平移1m的位置做建筑混凝土結(jié)構(gòu)的測量控制線。 將主軸線的各交點銜接組成超高層建筑的內(nèi)控網(wǎng)， 與此同時， 在核心筒里的每一層樓板上預(yù)留精準(zhǔn)的放線孔， 放線孔一般是六個， 面積是15 ×15 cm， 用于向上傳遞激光垂準(zhǔn)儀， 起到了光線通道的作用。 在建立高程控制網(wǎng)的過程中， 首先要遵循布設(shè)原則， 將高程控制網(wǎng)布設(shè)在超高層建筑施工范圍中的穩(wěn)固區(qū)域， 這樣方能為提升建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工測量精度提供基礎(chǔ)保障， 也便于開展定期復(fù)測。 工作人員應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)已給定的測量高程點， 在建筑施工區(qū)域的周邊穩(wěn)固地點布設(shè)高程控制點。 在復(fù)測過程中， 應(yīng)謹(jǐn)遵四等閉合的標(biāo)準(zhǔn)實施測量， 校測結(jié)果達標(biāo)之后， 需要對建筑施工區(qū)域周圍所布設(shè)的高程控制點實施銜接， 使其能夠組成一條閉合水準(zhǔn)的路線， 以此加強對高程測量精度的有效控制，在后期工作中， 高程控制點可充當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的沉降觀測基準(zhǔn)點。

其次， 要重視科學(xué)控制高程控制網(wǎng)的等級。 在當(dāng)代建筑測量工作中， 高程控制網(wǎng)的等級控制均與四等閉合水準(zhǔn)的測量要求相符。 工作人員在對水準(zhǔn)點進行校核后， 會將其向墻體上予以引測， 使之成為超高層建筑工程的±0.000 m點。 然后， 用水準(zhǔn)儀對高程實施引測， 將其調(diào)整到建筑墻體結(jié)構(gòu)+1.000 m的位置，并使用紅色油漆將其標(biāo)注為三角形， 以此充當(dāng)該超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)測量工作的高程標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。 與此同時， 為了提升測量精度管控效果， 在超高層建筑的高程引測環(huán)節(jié)， 應(yīng)堅守 “前后視等長” 理念， 在引測標(biāo)高時不僅要做好建筑本身的閉合管理工作， 而且要針對同一層結(jié)構(gòu)的不同時間里所測量的引測標(biāo)高實施精準(zhǔn)校驗， 將測量數(shù)據(jù)偏差控制在±3 mm以內(nèi)。

再次， 要做好標(biāo)高傳遞工作。 在該項工作中， 理應(yīng)先對±0.000 m的標(biāo)高點實施精準(zhǔn)地校對。 緊接著，對±0.000 m的標(biāo)高點實施引測， 將其引測進高層建筑的電梯井以內(nèi)， 然后， 借助墨斗進行彈出， 必須將閉合差的控制范圍界定在±3 mm以內(nèi)。 測量工作人員需要使用標(biāo)準(zhǔn)的50 m鋼尺從±0.000 m的標(biāo)高點沿著電梯井以及核心筒結(jié)構(gòu)底板上的預(yù)留洞開展直接測量工作， 從而為整座建筑各層距的結(jié)構(gòu)板面+1 000 mm線設(shè)置統(tǒng)一的精準(zhǔn)化高程點。 一般情況下， 當(dāng)三點高程被傳遞到了同一個測量施工面時， 工作人員就需要用水準(zhǔn)儀做好這三個高程點的閉合校對工作， 然后， 將這三個高程點所傳遞的平均值視作基準(zhǔn)， 為高層建筑的各層高程提高精確的測量管控依據(jù)。 必須注意的是， 高層建筑樓層的基準(zhǔn)點以及標(biāo)高點需要借助全站儀在首層結(jié)構(gòu)面的每50 m區(qū)域進行一次引測，同時， 要借助精準(zhǔn)的鋼卷尺對50 m之間的各樓層標(biāo)高沿著核心筒的外墻面開展向上測量工作。 在具體測量過程中， 使用全站儀開展高層建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)高基準(zhǔn)點的引測方法有以下四種。

第一， 將全站儀架設(shè)在±0.000 m層的高層建筑混凝土的樓面上， 運用氣壓計測量大氣壓強， 同時，用溫度計對溫度實施測量， 根據(jù)測量結(jié)果做好全站儀的氣象參數(shù)值校正工作。

第二， 用全站儀對高層建筑核心筒的墻面上+1.000 m處的標(biāo)高基準(zhǔn)線進行后視， 精確測量出全站儀的高度值。 與此同時， 要給全站儀內(nèi)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的Z向坐標(biāo)數(shù)值， 控制好反射片的精準(zhǔn)參數(shù)。

第三， 將全站儀望遠鏡調(diào)整為垂直向上的方向，在距離測量過程中， 工作人員應(yīng)精準(zhǔn)地沿著測量預(yù)留洞口的豎直向上位置。 與此同時， 要將上部的反射片牢固地安裝在鋼平臺與各施工樓層上， 這樣方便各樓層測量使用。 此外， 要對全站儀望遠鏡頭進行向下對準(zhǔn)處理。

第四， 應(yīng)經(jīng)過精密的計算來獲取反射片所處位置的標(biāo)高、 后視測點的標(biāo)高以及儀器的高度參數(shù)， 將反射片的標(biāo)高精準(zhǔn)移到超高層建筑核心筒墻面距離所測樓層高度+1.000 m處的地方， 用彈墨線做標(biāo)示。

3 做好建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作

優(yōu)化建筑抗震性能， 做好建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要。 通常， 在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 需要在鋼管構(gòu)件安裝的定位測量工作之前， 充分利用BIM技術(shù)所搭建的三維模型精確校對鋼管柱、 鋼管梁、 鋼管支撐等重要結(jié)構(gòu)尺寸和中線位置。 然后， 按照施工工序的劃分和鋼管柱的吊裝工作順序， 按照鋼管原來的沖眼位置，在要進行吊裝的鋼管柱上面標(biāo)注軸線和中心線， 用紅色三角進行標(biāo)記， 這樣能夠為校測工作提供便利。 在安裝之前， 應(yīng)認(rèn)真校測鋼管柱的長度和截面幾何尺寸。 在定位復(fù)測工作中， 需要在建筑基礎(chǔ)混凝土的面層上做好第一節(jié)鋼管柱的安裝工作， 在正式安裝前，必須認(rèn)真檢查并科學(xué)調(diào)整鋼管柱地腳螺栓位置， 將誤差控制在±1 mm范圍內(nèi)。 在澆搗混凝土的過程中，需要在地腳螺栓的反射片中心位置坐標(biāo)設(shè)貼全站儀測， 這樣方便采取全方位動態(tài)監(jiān)測工作， 準(zhǔn)確獲取反射片的中心位置坐標(biāo)數(shù)值， 及時了解偏差問題， 將誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。 對于鋼管柱的垂直度校正工作， 需要把兩臺全站儀分別穩(wěn)固安置在相互垂直的軸線控制網(wǎng)之上， 做好精確的整平對中處理工作。 等到鋼柱校準(zhǔn)之后， 測量人員就要通知焊接技術(shù)人員開展鋼管柱焊接工作。 在焊接時， 要結(jié)合鋼管材料， 選用最佳焊接技術(shù)， 可以運用試焊技術(shù)、 硬釬焊和軟釬焊技術(shù)、 填充層焊接技術(shù)和打底層焊接技術(shù)等， 不同技術(shù)使用工藝不同。 舉例而言， 在運用試焊技術(shù)的過程中， 應(yīng)堅持 “中間起弧、 右側(cè)熄弧” 理念， 將時間間隔控制在1.5 s左右。 完成焊接后， 利用發(fā)揮管件轉(zhuǎn)動的功能， 對焊接位置進行科學(xué)調(diào)整， 以此優(yōu)化焊接效果。 其次， 在壓力管道焊接工作中， 應(yīng)注意促進坡口兩端的充分熔合， 在對焊接進行定位時運用電弧將定位焊點熔穿， 與此同時， 要注意科學(xué)調(diào)整焊條的角度， 維持壓力管道打底層與填充層以及蓋面層焊條角度的一致性。 在開展填充層焊接工作之前， 必須對打底層的焊渣進行徹底清除， 在實施填充層焊接的工作時， 理應(yīng)按照 “兩側(cè)速度慢、 中間速度快” 的準(zhǔn)則，這樣方能維護填充層焊接的平整度。

4 做好建筑剪力墻設(shè)計工作

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性對抗震性能的影響至關(guān)重要， 在建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 要計算更多的振型， 并把握好質(zhì)量系數(shù)， 保證能超過初始設(shè)定值， 從而保證建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方案的合理性。 模態(tài)數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)建筑類型確定， 如高層建筑多在15 層以上。其次， 要對墻體垂直分布的配筋率進行精確計算。 一般情況下， 配筋率將實際配筋率作為基準(zhǔn)， 以此確保整體計算結(jié)果的準(zhǔn)確性， 減少偏差。 如果沒有按照實際配筋率進行計算， 就很容易導(dǎo)致抗彎配筋的數(shù)值出現(xiàn)變化。 最終， 要科學(xué)計算和界定最小地震剪切系數(shù)。 縱觀建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作， 不難看出確定建筑結(jié)構(gòu)計算參數(shù)與最小地震剪力系數(shù)至關(guān)重要， 建筑在后期產(chǎn)生的地震效應(yīng)多用于衡量抗壓性和穩(wěn)定性。一般來說， 在低烈度地區(qū)和較高建筑物的底部， 最小地震剪力系數(shù)通常小于設(shè)計要求。

對于整個墻體結(jié)構(gòu)來說， 構(gòu)件連接節(jié)點的設(shè)計是最為重要的作業(yè)。 確保整體工程施工設(shè)計質(zhì)量， 必須著重優(yōu)化結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計方案。 在設(shè)計節(jié)點的過程中，設(shè)計師應(yīng)著重參考連接節(jié)點結(jié)構(gòu)的安全指標(biāo)， 謹(jǐn)遵相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 努力提升節(jié)點結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 確保傳力效率。 同時， 要準(zhǔn)確計算節(jié)點處的實際受力， 全面改善建筑結(jié)構(gòu)整體抗震功能， 針對節(jié)點， 科學(xué)采取定位防火措施與防水處理措施以提升安全質(zhì)量。 再次， 要對邊緣構(gòu)件進行約束。 采用科學(xué)的約束措施有助于高效把控剪力墻的承載力和抗震能力。 據(jù)調(diào)查統(tǒng)計， 使用比例高達40% 以上的約束力， 就可以有效增強剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力； 采用比例為20%的約束力， 則可以改善建筑的抗震性能。 在具體設(shè)計工作中， 設(shè)計師應(yīng)注意合理選擇邊緣構(gòu)件。 在設(shè)計剪力墻邊緣構(gòu)件的過程中， 應(yīng)遵循三項基本原則: 第一， 如果用底部加強部位設(shè)計的軸壓比， 而并未達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求， 就需要增設(shè)構(gòu)造邊緣構(gòu)件。 如果超出了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，則需要采用增設(shè)約束邊緣構(gòu)件的方式予以處理； 第二， 落實強度設(shè)計與性能優(yōu)化設(shè)計方案。 謹(jǐn)遵建筑剪力墻結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方案做好設(shè)計工作， 確保配筋率符合標(biāo)準(zhǔn)要求。 在具體設(shè)計工作中， 與建筑抗震作用相結(jié)合， 對剪力墻邊緣構(gòu)件的數(shù)量進行合理控制， 從而充分確保建筑整體的性能； 第三， 做好延性處理作業(yè)。 在建筑延性設(shè)計工作中， 應(yīng)科學(xué)使用均衡布置方案， 采取對稱設(shè)計方法， 對剪力墻的支撐能力予以增強， 確保結(jié)構(gòu)性能。 另外， 要重視實現(xiàn)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計、 構(gòu)件生產(chǎn)與安裝一體化， 在墻體構(gòu)件的實際研究過程中， 推動標(biāo)準(zhǔn)模塊化產(chǎn)品的應(yīng)用， 實現(xiàn)無限澆連接處理， 充分提高剪力墻的抗震能力。

5 加強支模力度

模板支撐施工屬于建筑抗震結(jié)構(gòu)的重要組成部分， 根據(jù)模板類型可以將其分為兩種不同形式的模板， 分別是底模與柱模， 模板支撐施工的具體操作程序大概分為三步: 第一， 做好模板建立工作。 在該項工作中， 要將腳手架架設(shè)在房屋建筑施工以上的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計高度， 這樣發(fā)囊為建筑工程的施工安全質(zhì)量提供基本保障； 第二， 在立模過程中， 施工技術(shù)人員應(yīng)充分考慮模板工程的安全性與穩(wěn)定性， 努力確保立模的安全性與可靠性， 對腳手架的搭設(shè)工作進行全面監(jiān)督與控制， 盡力擴大其負(fù)荷承重力， 同時， 正確采用強夯技術(shù)對其進行夯實處理， 以此加強模板支撐的穩(wěn)固性； 第三， 完成所有底模和立模施工作業(yè)之后， 則需要科學(xué)建立一個側(cè)模， 完畢后， 對側(cè)模進行全面加固， 并做好模板的穩(wěn)定性與平整性審查工作， 審查結(jié)果達標(biāo)方能繼續(xù)開展后續(xù)施工作業(yè)， 避免出現(xiàn)跑模問題， 這樣方能為確保房屋建筑整體施工質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

綜上所述， 優(yōu)化建筑抗震設(shè)計方案， 首先要發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的作用， 改善建筑的延性。 同時， 要做好建筑施工測量工作， 根據(jù)建筑施工場地設(shè)計合理的施工方案。 其次， 要重視加固建筑鋼結(jié)構(gòu)， 在鋼管構(gòu)件安裝的定位測量工作之前， 充分利用BIM技術(shù)所搭建的三維模型精確校對鋼管柱、 鋼管梁、 鋼管支撐等重要結(jié)構(gòu)尺寸和中線位置。 再次， 在建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 要計算更多的振型， 并把握好質(zhì)量系數(shù)， 保證能超過初始設(shè)定值， 從而保證建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方案的合理性， 科學(xué)使用均衡布置方案， 采取對稱設(shè)計方法， 對剪力墻的支撐能力予以增強， 充分確保結(jié)構(gòu)性能。 另外， 要加強建筑模板支撐力度， 做好所有底模和立模施工作業(yè)之后， 要科學(xué)建立側(cè)模， 并對其進行全面加固， 避免出現(xiàn)跑模問題。