工民建结构设计中的抗震设计研究

郭泰寅

（兰州新区市政设计研究院有限公司， 甘肃 兰州 730000）

从科学视角来讲， 一旦发生地震， 建筑很容易出现倾斜， 因此， 要努力提高建筑的抗倾斜能力， 加固建筑钢筋混凝土结构， 严格把控建筑的结构内力与水平力。 另外， 要科学控制建筑的层高数量， 按照标准的比例来界定建筑的高度与宽度， 确保建筑的安全性， 切忌因盲目追求高度而忽视安全质量。

1 优化建筑抗震设计方案

优化建筑抗震设计方案， 首先要发挥钢筋混凝土结构的作用， 改善建筑的延性。 如果建筑所处区域在地震带上， 则必须提前做好数据收集工作， 按照标准要求设计建筑施工方案。 在钢筋混凝土结构施工中，应注意确保钢筋的上下保护层厚度不低于2mm， 同时， 要将砂浆材料的强度控制在 M7.5 以上， 砖的强度等级不能少于 MU10。 在网片焊接过程中， 要注意将钢筋的直径控制在8mm以内。 其次， 要注意保持钢筋走向的相互垂直状态。 在钢筋组合墙混凝土结构上所使用的钻土砖强度等级不得低于MU7.5。 在建筑钢筋混凝土施工过程中， 施工技术人员必须做好砌墙作业， 然后再浇筑混凝土， 这样方能对混凝土结构体进行有效加固。 对于砖砌体和建筑构造柱的连接部位， 设计师理应协同施工人员将其设计做马牙状， 沿着墙体结构来做好钢筋的布设工作， 确保钢筋在每边入墙的长度不小于5m(见图1)。 在检测混凝土结构钢筋保护层的厚度时， 需要对建筑结构中的梁构件、板构件和柱混凝土结构进行严格质检。 钢筋保护层关系着建筑物结构的抗震性能， 在具体检测工作中， 需要科学选用测面， 确保表面的平整性与整洁性， 注意避开金属预埋件。 同时， 控制好受力钢筋的位移。

图1 某钢结构建筑抗震结构施工现场

在钢筋混凝土结构浇筑中， 应注意保持浇筑工艺的连续性。 如果遇到了特殊情况， 像停电、 地震、 坍塌、 台风等原因而导致施工长时间中止， 就无法使用之前浇捣的钢筋混凝土。 需要提出钢筋笼， 对模具和钢筋笼上的混凝土进行清理， 对模具内的混凝土采取废料处理措施， 将钢筋笼处理干净后就可以回收利用。 初步完成钢筋混凝土浇筑工作后， 需要做好养护作业。 等混凝土浇筑振捣成型后， 必要时刻， 需要等静止一段时间后采取蒸养措施。 所谓的蒸养分为三个阶段: 第一， 升温阶段； 第二， 恒温阶段； 第三， 降温阶段。 在钢筋混凝土蒸养房内， 设有三种不同的区域: 第一， 升温区域； 第二， 恒温区域； 第三， 降温区域。 各区域之间设有隔门， 不同区域温度由电脑调控。

一般情况下， 钢筋混凝土的升温速度平均每小时控制在10 ～5℃之间， 恒温区的温度控制在50 ～60℃之间， 相对湿度不低于90%， 平均每小时的降温梯度不超过10℃。 在钢筋混凝土的整个蒸养过程中， 必须有专业技术人员负责。 完成恒温蒸养和降温蒸养后，钢筋混凝土已经达到了脱模标准条件， 此时要做好钢筋混凝土强度的质检工作， 确保其强度不低于20MPa。 脱模后， 要将钢筋混凝土静放 3 ～4h， 然后再次采取降温处理， 做好缺陷检查工作和局部修复工作。 不可忽视的是， 因为混凝土的表面水分会因为急剧蒸发而失散， 为了避免钢筋混凝土的表面出现干缩和裂纹现象， 所以要保持环境的湿润性。 如果钢筋混凝土结构温度和水温的温差低于20℃， 就要从生产车间吊出钢筋笼放入水养池中予以养护， 养护时间不能少于一星期。 经过水养， 钢筋混凝土的强度会得到快速增强， 经过试验可以得出经过水养的钢筋混凝土强度能达到90%以上的高等级， 从而有效增强建筑抗震性能。

2 做好建筑施工测量作业

施工测量工作是建筑结构抗震设计的基础， 在建筑施工测量工作中， 应正确采用内控测量方法， 组建平面控制网。 在具体组建过程中， 需要从地面第一层逐渐向上建立， 沿着第一层的主轴线往里面平移1m的位置做建筑混凝土结构的测量控制线。 将主轴线的各交点衔接组成超高层建筑的内控网， 与此同时， 在核心筒里的每一层楼板上预留精准的放线孔， 放线孔一般是六个， 面积是15 ×15 cm， 用于向上传递激光垂准仪， 起到了光线通道的作用。 在建立高程控制网的过程中， 首先要遵循布设原则， 将高程控制网布设在超高层建筑施工范围中的稳固区域， 这样方能为提升建筑混凝土结构施工测量精度提供基础保障， 也便于开展定期复测。 工作人员应严格依据已给定的测量高程点， 在建筑施工区域的周边稳固地点布设高程控制点。 在复测过程中， 应谨遵四等闭合的标准实施测量， 校测结果达标之后， 需要对建筑施工区域周围所布设的高程控制点实施衔接， 使其能够组成一条闭合水准的路线， 以此加强对高程测量精度的有效控制，在后期工作中， 高程控制点可充当建筑结构的沉降观测基准点。

其次， 要重视科学控制高程控制网的等级。 在当代建筑测量工作中， 高程控制网的等级控制均与四等闭合水准的测量要求相符。 工作人员在对水准点进行校核后， 会将其向墙体上予以引测， 使之成为超高层建筑工程的±0.000 m点。 然后， 用水准仪对高程实施引测， 将其调整到建筑墙体结构+1.000 m的位置，并使用红色油漆将其标注为三角形， 以此充当该超高层建筑混凝土结构测量工作的高程标准依据。 与此同时， 为了提升测量精度管控效果， 在超高层建筑的高程引测环节， 应坚守 “前后视等长” 理念， 在引测标高时不仅要做好建筑本身的闭合管理工作， 而且要针对同一层结构的不同时间里所测量的引测标高实施精准校验， 将测量数据偏差控制在±3 mm以内。

再次， 要做好标高传递工作。 在该项工作中， 理应先对±0.000 m的标高点实施精准地校对。 紧接着，对±0.000 m的标高点实施引测， 将其引测进高层建筑的电梯井以内， 然后， 借助墨斗进行弹出， 必须将闭合差的控制范围界定在±3 mm以内。 测量工作人员需要使用标准的50 m钢尺从±0.000 m的标高点沿着电梯井以及核心筒结构底板上的预留洞开展直接测量工作， 从而为整座建筑各层距的结构板面+1 000 mm线设置统一的精准化高程点。 一般情况下， 当三点高程被传递到了同一个测量施工面时， 工作人员就需要用水准仪做好这三个高程点的闭合校对工作， 然后， 将这三个高程点所传递的平均值视作基准， 为高层建筑的各层高程提高精确的测量管控依据。 必须注意的是， 高层建筑楼层的基准点以及标高点需要借助全站仪在首层结构面的每50 m区域进行一次引测，同时， 要借助精准的钢卷尺对50 m之间的各楼层标高沿着核心筒的外墙面开展向上测量工作。 在具体测量过程中， 使用全站仪开展高层建筑结构标高基准点的引测方法有以下四种。

第一， 将全站仪架设在±0.000 m层的高层建筑混凝土的楼面上， 运用气压计测量大气压强， 同时，用温度计对温度实施测量， 根据测量结果做好全站仪的气象参数值校正工作。

第二， 用全站仪对高层建筑核心筒的墙面上+1.000 m处的标高基准线进行后视， 精确测量出全站仪的高度值。 与此同时， 要给全站仪内设置标准的Z向坐标数值， 控制好反射片的精准参数。

第三， 将全站仪望远镜调整为垂直向上的方向，在距离测量过程中， 工作人员应精准地沿着测量预留洞口的竖直向上位置。 与此同时， 要将上部的反射片牢固地安装在钢平台与各施工楼层上， 这样方便各楼层测量使用。 此外， 要对全站仪望远镜头进行向下对准处理。

第四， 应经过精密的计算来获取反射片所处位置的标高、 后视测点的标高以及仪器的高度参数， 将反射片的标高精准移到超高层建筑核心筒墙面距离所测楼层高度+1.000 m处的地方， 用弹墨线做标示。

3 做好建筑钢结构设计工作

优化建筑抗震性能， 做好建筑钢结构设计至关重要。 通常， 在建筑钢结构设计中， 需要在钢管构件安装的定位测量工作之前， 充分利用BIM技术所搭建的三维模型精确校对钢管柱、 钢管梁、 钢管支撑等重要结构尺寸和中线位置。 然后， 按照施工工序的划分和钢管柱的吊装工作顺序， 按照钢管原来的冲眼位置，在要进行吊装的钢管柱上面标注轴线和中心线， 用红色三角进行标记， 这样能够为校测工作提供便利。 在安装之前， 应认真校测钢管柱的长度和截面几何尺寸。 在定位复测工作中， 需要在建筑基础混凝土的面层上做好第一节钢管柱的安装工作， 在正式安装前，必须认真检查并科学调整钢管柱地脚螺栓位置， 将误差控制在±1 mm范围内。 在浇捣混凝土的过程中，需要在地脚螺栓的反射片中心位置坐标设贴全站仪测， 这样方便采取全方位动态监测工作， 准确获取反射片的中心位置坐标数值， 及时了解偏差问题， 将误差控制在标准范围内。 对于钢管柱的垂直度校正工作， 需要把两台全站仪分别稳固安置在相互垂直的轴线控制网之上， 做好精确的整平对中处理工作。 等到钢柱校准之后， 测量人员就要通知焊接技术人员开展钢管柱焊接工作。 在焊接时， 要结合钢管材料， 选用最佳焊接技术， 可以运用试焊技术、 硬钎焊和软钎焊技术、 填充层焊接技术和打底层焊接技术等， 不同技术使用工艺不同。 举例而言， 在运用试焊技术的过程中， 应坚持 “中间起弧、 右侧熄弧” 理念， 将时间间隔控制在1.5 s左右。 完成焊接后， 利用发挥管件转动的功能， 对焊接位置进行科学调整， 以此优化焊接效果。 其次， 在压力管道焊接工作中， 应注意促进坡口两端的充分熔合， 在对焊接进行定位时运用电弧将定位焊点熔穿， 与此同时， 要注意科学调整焊条的角度， 维持压力管道打底层与填充层以及盖面层焊条角度的一致性。 在开展填充层焊接工作之前， 必须对打底层的焊渣进行彻底清除， 在实施填充层焊接的工作时， 理应按照 “两侧速度慢、 中间速度快” 的准则，这样方能维护填充层焊接的平整度。

4 做好建筑剪力墙设计工作

建筑剪力墙结构的稳固性对抗震性能的影响至关重要， 在建筑剪力墙的结构设计中， 要计算更多的振型， 并把握好质量系数， 保证能超过初始设定值， 从而保证建筑结构抗震设计方案的合理性。 模态数的选择应根据建筑类型确定， 如高层建筑多在15 层以上。其次， 要对墙体垂直分布的配筋率进行精确计算。 一般情况下， 配筋率将实际配筋率作为基准， 以此确保整体计算结果的准确性， 减少偏差。 如果没有按照实际配筋率进行计算， 就很容易导致抗弯配筋的数值出现变化。 最终， 要科学计算和界定最小地震剪切系数。 纵观建筑剪力墙结构设计工作， 不难看出确定建筑结构计算参数与最小地震剪力系数至关重要， 建筑在后期产生的地震效应多用于衡量抗压性和稳定性。一般来说， 在低烈度地区和较高建筑物的底部， 最小地震剪力系数通常小于设计要求。

对于整个墙体结构来说， 构件连接节点的设计是最为重要的作业。 确保整体工程施工设计质量， 必须着重优化结构节点设计方案。 在设计节点的过程中，设计师应着重参考连接节点结构的安全指标， 谨遵相关标准， 努力提升节点结构的稳定性， 确保传力效率。 同时， 要准确计算节点处的实际受力， 全面改善建筑结构整体抗震功能， 针对节点， 科学采取定位防火措施与防水处理措施以提升安全质量。 再次， 要对边缘构件进行约束。 采用科学的约束措施有助于高效把控剪力墙的承载力和抗震能力。 据调查统计， 使用比例高达40% 以上的约束力， 就可以有效增强剪力墙结构的承载能力； 采用比例为20%的约束力， 则可以改善建筑的抗震性能。 在具体设计工作中， 设计师应注意合理选择边缘构件。 在设计剪力墙边缘构件的过程中， 应遵循三项基本原则: 第一， 如果用底部加强部位设计的轴压比， 而并未达到相关标准要求， 就需要增设构造边缘构件。 如果超出了规范标准要求，则需要采用增设约束边缘构件的方式予以处理； 第二， 落实强度设计与性能优化设计方案。 谨遵建筑剪力墙结构标准设计方案做好设计工作， 确保配筋率符合标准要求。 在具体设计工作中， 与建筑抗震作用相结合， 对剪力墙边缘构件的数量进行合理控制， 从而充分确保建筑整体的性能； 第三， 做好延性处理作业。 在建筑延性设计工作中， 应科学使用均衡布置方案， 采取对称设计方法， 对剪力墙的支撑能力予以增强， 确保结构性能。 另外， 要重视实现建筑剪力墙结构设计、 构件生产与安装一体化， 在墙体构件的实际研究过程中， 推动标准模块化产品的应用， 实现无限浇连接处理， 充分提高剪力墙的抗震能力。

5 加强支模力度

模板支撑施工属于建筑抗震结构的重要组成部分， 根据模板类型可以将其分为两种不同形式的模板， 分别是底模与柱模， 模板支撑施工的具体操作程序大概分为三步: 第一， 做好模板建立工作。 在该项工作中， 要将脚手架架设在房屋建筑施工以上的标准设计高度， 这样发囊为建筑工程的施工安全质量提供基本保障； 第二， 在立模过程中， 施工技术人员应充分考虑模板工程的安全性与稳定性， 努力确保立模的安全性与可靠性， 对脚手架的搭设工作进行全面监督与控制， 尽力扩大其负荷承重力， 同时， 正确采用强夯技术对其进行夯实处理， 以此加强模板支撑的稳固性； 第三， 完成所有底模和立模施工作业之后， 则需要科学建立一个侧模， 完毕后， 对侧模进行全面加固， 并做好模板的稳定性与平整性审查工作， 审查结果达标方能继续开展后续施工作业， 避免出现跑模问题， 这样方能为确保房屋建筑整体施工质量奠定良好的基础。

6 结语

综上所述， 优化建筑抗震设计方案， 首先要发挥钢筋混凝土结构的作用， 改善建筑的延性。 同时， 要做好建筑施工测量工作， 根据建筑施工场地设计合理的施工方案。 其次， 要重视加固建筑钢结构， 在钢管构件安装的定位测量工作之前， 充分利用BIM技术所搭建的三维模型精确校对钢管柱、 钢管梁、 钢管支撑等重要结构尺寸和中线位置。 再次， 在建筑剪力墙的结构设计中， 要计算更多的振型， 并把握好质量系数， 保证能超过初始设定值， 从而保证建筑结构抗震设计方案的合理性， 科学使用均衡布置方案， 采取对称设计方法， 对剪力墙的支撑能力予以增强， 充分确保结构性能。 另外， 要加强建筑模板支撑力度， 做好所有底模和立模施工作业之后， 要科学建立侧模， 并对其进行全面加固， 避免出现跑模问题。