在建筑结构的设计过程中应严格按照《建筑抗震设计规范》的要求对抗震设防烈度6度及以上地区的结构进行抗震设计。设计基本地震加速度是50年设计基准期超越概率10% 的地震加速度的设计值,有些结构设计人员就存在侥幸的心理,为了不改动建筑方案、节省工程造价等原因而忽略的抗震设计,在一定程度上缺乏抗震概念和意识,从而使得建筑物存在质量安全隐患。如果地震一旦发生,将会造成不可挽回的经济损失,严重者还会造成重大的人员伤亡。可见,抗震设计在工程设计中是重中之重。
1 建筑结构抗震设计的注意项随着中国国民经济的不断繁荣发展,建筑行业的进步尤为突出,建筑形式日新月异。特别是多、高层建筑,除了高度的增高以外,平面布置、竖向体型越来越复杂,结构体系也日趋多样化,这就为建筑结构的抗震设计提出了更高的要求。抗震设计的目的是使建筑物在使用寿命期间内对不同频度和强度的地震具有相应的抵抗能力。为了提高建筑结构的抗震性能,就需要注意以下几点 :(1)建筑场地的合理选择,当场地的特征周期与建筑物的自震周期接近时震害严重,因此设计时应使两者的周期避开;(2)合理控制建筑物的高宽比、长宽比,这是结构的刚度、整体稳定、承载能力和经济指标的宏观控制;(3)建筑平面布置力求简单、均匀、对称和规则,尽量避免错层 ;(4)由多个延性较好的结构体系结合在一起协同工作,形成多道抗震防线。
2 当前建筑结构抗震设计涉及的问题分析第一,地下部分 :在满足规范的前提下,建筑物上部的荷载应均匀分布与地下部分,这样可使其受力构件布置连续、规则、受力均匀 ;将平面布置复杂的平面以防震缝的形式划分为若干规则的平面 ;如果上部结构构件与地下结构构件对齐布置,可利用防震缝将与上部塔楼连接的地下部分与其它地下部分脱开 ;如果上下构件不是同一种结构形式则会形成转化构件,并应满足相关规范的要求 ;同时还应注重转换层层高的控制,避免形成薄弱层。第二,延性设计 :抗震设计的基本原则是“小震不坏、中震可修、大震不倒”,结构体系应设计成为强震下呈非线性反应并进入屈服状态,利用结构的延性性能耗散地震的能量,从而使建筑物不至于倒塌,同时也使得工程造价更加合理 ;其中,墙、柱的轴压比是影响结构延性的重要因素,因此在抗震设计中因严格控制轴压比使其不超过规范允许的范围。第三,施工方法 :施工方法也会影响到建筑结构体系的抗震性能,尤其是结构的整体性。对于钢筋混凝土结构来说,采用现浇的形式可以保证结构具有良好的连续性,使得构件间的节点更加可靠的连接从而确保有效的整体性。而构件预制、节点现浇的装配整体式结构在节点处混凝土不易浇捣密实,节点强度不易保证,因而整体性差。装配式结构的整体性则更差,所以具有抗震要求的建筑应经量采用现浇的施工方法。第四,在结构体系选择的时候,一定要对地震作用经行全面的进行分析,防止地震来袭时对建筑物的破坏。
3 优化建筑结构抗震设计的主要措施3.1 合理选择建筑场地地震造成建筑物的破坏除了地震力直接引起主体结构的破坏之外,还包括场地的原因。例如地震引起地表错动与地裂、地基土的不均匀沉陷、滑坡,以及粉土和砂土液化等。对建筑抗震有利地段有 :稳定基岩,坚硬土和开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等 ;不利地段有 :软弱土,液化土,条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘,陡坡,陡坎,河岸和边坡的边缘,平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层,高含水量的可塑黄土,地表存在结构性裂缝等。选择建筑场地时应根据工程的实际需要,在掌握地震活动规律、工程地质资料的情况下对地段做出综合评价,宜选择有利地段、避开不利地段。3.2 建筑立面抗震优化历史上的历次震害都表明 :结构体系的外形外挑或内收、结构刚度上下的突变都会使某些楼层变形集中。主体结构的竖向布置应注意以下几点 :(1)结构的侧向刚度宜自下到上均匀的由大变小 ;(2)为避免软弱层的出现,上下层的刚度不宜突变,对于框架结构,楼层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.7,与相邻上部三层的平均刚度比不宜小于0.8 ;对于框剪结构、板柱剪力墙、剪力墙、框架核心筒、筒中筒结构,楼层与相邻上层的比值不宜小于0.9 ;对于结构底部嵌固层来说该比值不宜小于1.5 ;(3)结构不宜出现薄弱层,层间受剪承载力不应小于相邻上一层的80% ;(4)结构上部楼层收进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2时上部楼层收进后的尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的0.75 ;上部楼层相对于下部楼层外挑时水平尺寸不宜大于下部楼层水平尺寸的1.1倍,外挑尺寸不宜大于4m ;(5)楼层质量宜沿高度均匀分布,上部楼层质量不宜大于下部楼层质量的1.5倍。3.3 建筑平面抗震优化在建筑平面设计的时候,设计师需要坚持对称原则,使结构平面的质量中心与刚度中心经量重合以减少结构的扭转。结构的平面布置原则主要有以下几点:(1)在某一建筑单位内,平面形状宜简单、规则,并减少偏心,在具有偶然偏心的规定水平力作用下,楼层两端抗侧力构件弹性水平位移或层间位移的最大值与平均值的比值不宜大于1.5 ;(2)楼层的有效楼板宽度不宜小于该楼层面宽的50%,楼板总的开洞面积不宜超过楼面面积的30%,且楼板在任一方向最小净宽度不宜小于5m、开洞后每一边的楼板净宽不应小于 2m ;(3)楼板开大洞削弱后,宜采取效应措施加强,例如 :加厚洞口附近的楼板,提高板配筋率并采用双层双向配筋、洞口边缘设置暗梁或边梁、洞口角部集中配置斜向钢筋等 ;(4)结构单元之间或主楼与裙房之间不宜采用牛腿拖梁的做法设置防震缝 ;(5)经量不要在转角处设置门和窗,避免转角效应的发生。3.4 结构的抗震加固很多震害表明,一些部位受地震破坏很严重,这些部位是抗震加固的关键部位,主要有 :突出屋面的纵向天窗架、支撑与主体结构的节点拉脱及支撑压屈、屋面板与屋架的连接、阶梯柱上柱与柱头、硬山墙和窗间墙等围护系统是智能化建筑中不可缺少的重要。针对供水系统的优化主要是设计人员选用既可以节能环保又可以实现水的净化作用的供水设备。目前较为合适的供水设备是无压供水装置。第三,优化空调系统。空调系统的能源消耗占智能化建筑的电能消耗中的比重很大。现阶段常常使用水源热泵空调进行电气节能的优化,降低能耗。3.4 优化照明系统无论是智能化建筑还是普通建筑,照明系统是必不可少的系统,同时也是电能消耗很多的工程。因此,电气节能的优化设计需要进行照明系统的优化。这需要做到 :第一,在选择照明系统时,根据实际的设计需要以及成本的需要,选择可以做到节能的灯具以及声控开关。第二,通过设计建筑的结构,采取利用自然光来代替电能从而降低电能的消耗。3.5 充分利用其他再生资源考虑利用再生资源是进行建筑电气节能优化设计的一个重要方面。目前,能够利用的再生资源主要为太阳能和风能,因此,在进行电气节能优化设计时,应在建筑物中增加能够利用太阳能和风能的设备,减少那些能耗较高的用电设备,提高再生资源的利用效率。智能建筑的室内装宜采用各种节能产品,而建筑物的外墙也应多采用节能材料,这样不仅实现了节能环保的目的,也能够提高建筑物的质量,为用户提供更好的生活及工作环境。3.6 提升工程系统的控制水平智能化建筑设的智能控制能力是体现其设计水平的一个重要标志,通过利用工程系统来对空气温度、湿度、风力、风速等进行自动调节,不仅能为用户提供舒适、方便的生活环境,还能够实现节能的目的。除此之外,通过利用工程控制系统,对各种用电设备进行监控,并对其运行参数进行调节,使各种用电设备都维持在最优的运行状态,这样不仅能够保障用电设备安全稳定运行,也能够最大程度地降低能源损耗。智能化建筑电气的节能优化设计是非常复杂的,涉及到很多方面的内容,设计人员应充分考虑各种因素,通过深入研究,来制定最为合理的设计方案,不断提高工程系统的控制水平,最终实现节能环保的目的。