結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)在房屋建筑中的應(yīng)用分析

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，特別是對于其抗震性能的影響，應(yīng)引起足夠的重視。在進(jìn)行一項(xiàng)建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通過對建筑的結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的使用，既可以提升建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)品質(zhì)，又可以在某種程度上對其進(jìn)行推廣。因此，要想保證建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足工程建設(shè)的需求，就需要提高建筑物的安全和穩(wěn)定程度，以保障人們的人身和財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)抗震；概念設(shè)計(jì)；房屋建筑；應(yīng)用分析文章編號：2095-4085（2024）04-0126-03

0 引言

在建筑工程施工中，對于結(jié)構(gòu)抗震概念的設(shè)計(jì)是不可忽視的。為了更好地達(dá)到最優(yōu)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，就需要對建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。建筑物的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在確定了關(guān)于建筑抗震的特定需求之后，采取相應(yīng)的施工措施，以保障后續(xù)建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有理想的安全性和穩(wěn)定性。

1 什么是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

其主要包括兩個(gè)方面：概念設(shè)計(jì)和理性設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)就是在設(shè)計(jì)的過程中，不要求進(jìn)行較細(xì)致、理性地分析，也不必解決那些在實(shí)際中很難定義的問題，只需要以從結(jié)構(gòu)體系的總體與部分間的力學(xué)關(guān)系、工作經(jīng)驗(yàn)、地震災(zāi)害以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出的設(shè)計(jì)原理和理念作為依據(jù)，進(jìn)而明確建筑的總體布局以及具體細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的施工流程。而理論設(shè)計(jì)指的是，工程施工人員對設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)模型展開計(jì)算，并在應(yīng)力假定的基礎(chǔ)上，以設(shè)計(jì)規(guī)范和計(jì)算原理為主，對其進(jìn)行理性的設(shè)計(jì)。

2 概念設(shè)計(jì)的意義

由于結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)使用的領(lǐng)域很廣，其所涉及的結(jié)構(gòu)方法也很多，因此其在現(xiàn)代社會中的地位日益突出。概念設(shè)計(jì)的重要意義在于：

（1）目前的計(jì)算理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論還不夠完善，它們都存在著各種不足和無法計(jì)算的問題。因此，將概念設(shè)計(jì)運(yùn)用到工程施工實(shí)踐中，不但可以克服計(jì)算理論的缺陷，還可以克服在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的大量無法計(jì)算的問題，從而可以更好地進(jìn)行建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及許多復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此必須使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助。而在初步的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，又無法利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。這就要求對建筑理論有較深理解的建筑工程技術(shù)人員，通過科學(xué)地計(jì)算與正確地判斷，選擇出效率高、成本低的建筑工程設(shè)計(jì)方案。

（3）由于在工程結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的許多復(fù)雜的計(jì)算常常要用到計(jì)算機(jī)來完成，并且部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也過于依靠計(jì)算機(jī)，這種做法會導(dǎo)致工作人員對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的靈敏度下降，不能分辨并糾正計(jì)算中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤以及運(yùn)算方法不合理問題，因此導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了許多問題，并給建筑結(jié)構(gòu)帶來了許多的安全隱患。從上述分析可以看出，概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位，在工程結(jié)構(gòu)中有著無可替代的作用。

3 建筑結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計(jì)

以地震災(zāi)害造成的嚴(yán)重?fù)p壞和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對建筑結(jié)構(gòu)整體展開設(shè)計(jì)，并制定出其各個(gè)部分結(jié)構(gòu)抗震的工程被稱為抗震概念設(shè)計(jì)。

建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)包含以下幾個(gè)方面：

（1）建筑物的位置。在多震區(qū)，由于其具有很大的危險(xiǎn)性，所以必須對建筑物的位置進(jìn)行選擇。特別是在對場地和基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能地搜集詳細(xì)的地質(zhì)數(shù)據(jù)，按照工程需求，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，避免選擇河岸、軟弱土、液化土以及邊坡的邊緣和狀態(tài)不均勻的地帶。

（2）平面外表面的合理安排。建筑物的抗震性能取決于其結(jié)構(gòu)形式及布置方式。所以，要想保證建筑物擁有較好的抗震性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須將精力放在對其布局的研究上，從而設(shè)計(jì)出一種更為簡便、合理的建筑布局，以及一種與地震相關(guān)的結(jié)構(gòu)布局。

（3）結(jié)構(gòu)的選擇與布局。在進(jìn)行建筑物的選擇時(shí)，要充分考慮建筑物的高度、位置、基礎(chǔ)設(shè)施等諸多影響因素，同時(shí)還要兼顧本地的經(jīng)濟(jì)和整體技術(shù)水平?？拐鹦阅軆?yōu)良的建筑物通常應(yīng)具備如下特征：延性系數(shù)大，結(jié)構(gòu)均勻；結(jié)構(gòu)中的部件節(jié)點(diǎn)具有良好的韌性、完整性和連續(xù)性，并且可以充分地利用材料的性能。通常情況下，在布局時(shí)應(yīng)遵循對稱性，各部件所受的作用力應(yīng)平均化等原則［1］。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的抗震問題

4.1 抗震支座會受到抗震墻的影響

為了使建筑的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，必須在抗震的設(shè)計(jì)方面盡可能地進(jìn)行分散。如果將抗震裝置配置在建筑四周，在發(fā)生地震時(shí)，建筑的傾覆力量將會大幅增加，并且對建筑的支撐張力也會造成較大的影響。按照建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際條件，在受力較大的一面應(yīng)該安裝抗震支座，兩個(gè)支座之間的間距應(yīng)控制在2cm左右。同時(shí)，在這種情況下，抗震支座也會由于拉力的情況而出現(xiàn)變化，這將會對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)造成很大的影響，甚至還會引起建筑結(jié)構(gòu)的橫向變形。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)的選擇所產(chǎn)生的影響

在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，合理的結(jié)構(gòu)形式選取是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。由于常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)具有較大的剪力作用，因此目前通常使用橡膠支座。在工程施工中，采用交叉型橡膠支座，不但能夠改善建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果，還能夠顯著地改善建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震能力，確保建筑物在強(qiáng)震下的安全性和穩(wěn)定性。

4.3 建筑物走向?qū)拐鸬挠绊?/p>

造成地震出現(xiàn)的最重要的因素就是地殼的運(yùn)動，所以在進(jìn)行建筑工程施工的過程中，必須有相應(yīng)的專業(yè)人員來對結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)進(jìn)行仔細(xì)地研究和分析。當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，其振動方向?qū)ㄖ锏钠茐淖饔靡彩蔷薮蟮摹５卣鸬淖呦蛑傅氖窃诘卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑物的振動方向。所以在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況和地震的走向相結(jié)合，讓建筑結(jié)構(gòu)的振動方向和地震的走向能夠相互垂直，以防止建筑物與地震的走向呈現(xiàn)相互平行的情況。在建筑工程當(dāng)中，若建筑物的整體走向與地震的振動方向相一致，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑物倒塌的概率將會大幅增加；如果建筑物的走向與地震的走向是垂直狀態(tài)，就可以很好地規(guī)避這種風(fēng)險(xiǎn)［2］。

4.4 墻體與防震縫設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行建筑工程的施工與設(shè)計(jì)工作中，建筑墻體的位置與墻體的厚度都要加以考量，并對其進(jìn)行綜合、合理地設(shè)計(jì)。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)與特定的施工要求相結(jié)合，對墻體的長度和寬度進(jìn)行全面的考量，進(jìn)而提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。由于地震是一種偶發(fā)的自然災(zāi)害，所以在大部分普通的施工區(qū)域，防震縫一般都是很少見的；但是在一些地殼運(yùn)動比較常見的地方，卻是比較常見的。當(dāng)建筑受到地震造成的影響時(shí)，往往會引起建筑結(jié)構(gòu)和地面的變形。所以，對防震縫的長度和寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，仍然有很多技術(shù)難題，這就造成了在實(shí)際的工程施工過程中，還有很多的施工問題存在［3］。

5 建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)中的抗震措施

5.1 完善抗震策略

5.1.1 特殊材料的合理使用

地基是地震發(fā)生時(shí)建筑物與地震發(fā)生作用的最大受力區(qū)，因此，合理的抗震措施可以提高建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理地加固，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置緩沖墊，能有效降低建筑物在強(qiáng)震下的沖擊力，增強(qiáng)建筑物的安全性能。在制造墊層的過程中，應(yīng)該多采用泥土和砂石。目前，人們常將瀝青作為主要的抗震材料，并已經(jīng)獲得了良好的效果，將會在未來的抗震設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。

5.1.2 基礎(chǔ)隔震

基礎(chǔ)隔震主要是在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間合理地布置隔震設(shè)備。由于隔震層的位置上存在著一定的差異，因此，基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)可以有效地減少地震振動的范圍，這是目前基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)中比較常用的方案。但在實(shí)際的施工建設(shè)過程中，這種方法多適用于多層或者低層建筑。如果將這種方法應(yīng)用到高層建筑中，就達(dá)不到良好的隔震效果，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)自重的增加，使得建筑結(jié)構(gòu)的減震性也會受到一定的影響?，F(xiàn)在，應(yīng)用最多的方法是滾軸滑移隔震以及摩擦滑移隔震。在選用隔震形式時(shí)，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合工程的具體條件和特點(diǎn)，以確保能夠有效提升工程的總體抗震效果（如圖1）。

5.1.3 結(jié)構(gòu)策略與維護(hù)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，支座的設(shè)置、抗震結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)等都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在進(jìn)行高層建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視防震縫及橫向分隔縫的設(shè)置，特別是對電梯與扶梯間的隔震與阻尼設(shè)計(jì)。除此之外，在對建筑物的影響方面，還涉及電線、管道等的布置。在建筑工程施工期間，必須加強(qiáng)對抗震設(shè)計(jì)的維修和管理工作。在確?？拐饘雍涂拐鸾Y(jié)構(gòu)安全性的前提下，應(yīng)合理規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保障工程的順利施工，并實(shí)現(xiàn)更佳的抗震效果。針對采用結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，需要明確界定其范圍和要求，并不斷完善建筑工作人員的維修和管理職責(zé)。此外，還應(yīng)向設(shè)計(jì)人員和施工人員提供明確的指導(dǎo)和說明，并向管理者提出相關(guān)建議，以確?？拐鹪O(shè)計(jì)的有效實(shí)施和持續(xù)優(yōu)化。

5.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震措施

在建筑結(jié)構(gòu)的減震措施方面，與隔震措施相比，通常是在建筑物的外側(cè)添加一個(gè)構(gòu)件來增強(qiáng)其本身的抗震力，并將其吸收掉，進(jìn)而減少振動對建筑物的損傷。建筑工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有多種形式，而以效應(yīng)和阻尼為核心的建筑構(gòu)件，一般可以分為粘滯器和遲滯器。

（1）在對新的建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮減震措施。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地基部位應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，以提高建筑的減震效果。大部分的減震設(shè)備都是為了完成工程的后續(xù)工作而預(yù)備的，也是對后期抗震性能的有效補(bǔ)充。

（2）要強(qiáng)化對建筑物的防震設(shè)計(jì)，改善建筑物的抗震性能，使建筑物的整體防震性能得到改善。在工程實(shí)踐中，如果不能在施工之前完成這一環(huán)節(jié)，則達(dá)不到理想的抗震效果。此外，在對已完工的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，還必須減弱其防震作用。所以，就需要采取消能減震的方法來實(shí)現(xiàn)建筑的減震設(shè)計(jì)，但是這種方法會提高建筑工程的整體造價(jià)，也會使建筑工程的施工過程變得復(fù)雜［4］。

5.3 建筑走向設(shè)計(jì)

在進(jìn)行建筑工程施工之前，需要對其所處的地理位置進(jìn)行詳細(xì)的評估，并對巖石和地質(zhì)進(jìn)行勘測。工作人員要從各個(gè)角度，對施工區(qū)域展開全面的風(fēng)險(xiǎn)評估，并對其中的一些危險(xiǎn)因素展開分析，然后，根據(jù)實(shí)際的建筑需求、建筑結(jié)構(gòu)和評估的結(jié)果，設(shè)計(jì)出一套更加科學(xué)和完整的建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)。同時(shí)，還要不斷地改進(jìn)建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，以確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能維持較高的穩(wěn)定性。在進(jìn)行建筑工程的地質(zhì)勘查工作時(shí)，首先必須對地震的大概方向有一個(gè)清晰的認(rèn)知，以保證建筑的走向與地震的走向是一致的。其次，在進(jìn)行地質(zhì)勘查的過程中，要對部分軟粘土及臨近強(qiáng)震地帶的地段進(jìn)行細(xì)致的勘察，應(yīng)盡量避開此類地段，同時(shí)要對周邊地貌及周邊環(huán)境有充分的認(rèn)識，盡量降低可能出現(xiàn)的其他危險(xiǎn)因素對建筑物造成的影響。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，鋼筋混凝土與磚混兩種形式被廣泛應(yīng)用于各種類型的建筑設(shè)計(jì)，它們具有較高的承載力，不僅能夠確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且能夠提高建筑物的抗震性能。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，選擇最為適宜的建筑材料。這不僅能夠?yàn)榻ㄖ髽I(yè)有效降低建設(shè)成本，還能全面保證建設(shè)質(zhì)量，從而為項(xiàng)目的長期穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［5］。

5.4 做好建筑物的體型設(shè)計(jì)

建筑工程的體型設(shè)計(jì)包含平面形狀和立體形狀兩部分，并與建筑物在地震后可能受到的破壞情況緊密相連。如果建筑的平面形狀是不規(guī)則的，例如有顯著的凹陷或者隆起，就有可能在地震后發(fā)生損壞。對于建筑結(jié)構(gòu)較為簡單、架構(gòu)較為規(guī)整的建筑，在地震后受損的概率極小，并且如果地震等級較低，基本不會受損。因此，在對建筑的體型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以簡約的體型作為首要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。比如采用圓形、長方形和正方形等形狀來進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而防止因?yàn)榻ㄖ嬖诓灰?guī)則的隆起部分或凹陷部分而導(dǎo)致建筑的抗震能力下降。其次，在保持結(jié)構(gòu)平衡性的前提下，還要考慮到結(jié)構(gòu)的側(cè)向長度，盡量降低對結(jié)構(gòu)的破壞程度。所以，設(shè)計(jì)時(shí)一定要兼顧建筑物的美感和安全性，以保證建筑的整體結(jié)構(gòu)符合相關(guān)需要。

5.5 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)研究力度，完善檢測

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，抗震功能未被測試或者測試的結(jié)果不夠理想，都會直接影響到建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的抗震能力。因此，需要不斷的改進(jìn)和加強(qiáng)與其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究?？衫矛F(xiàn)代科技或是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過三維建模來對地震的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行模擬，然后進(jìn)行多次、反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，從而選擇出最合適的抗震措施。

6 總語

在建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的過程中，對于抗震措施的選取非常重要，這與建筑工程施工的抗震性能具有直接聯(lián)系。因此，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合建筑工程的實(shí)際需要，選擇適宜的抗震措施，以保證建筑結(jié)構(gòu)的整體安全。

參考文獻(xiàn)：

［1］段媛.結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)在房屋建筑中的應(yīng)用分析［J］.山西建筑，2014，40（5）：42-43.

［2］吳劍林.試論結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)在房屋建筑中的應(yīng)用［J］.四川建材，2015，41（5）：60，62.

［3］王艷紅.抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析［J］.居舍，2019（13）：74.

［4］張艷林.房屋建筑中結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用探討［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2015（15）：63.

［5］姚毅.房屋建筑中結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用探討［J］.山西建筑，2014，40（16）：50-51.