钢筋混凝土建筑抗倒塌设计研究

钢筋混凝土建筑抗倒塌设计研究

张龙飞

关键词：混凝土结构;建筑;抗震结构;设计

地震对建筑物的破坏性较大，且地震伴有随机性、不可确定性等特点，地震之后常伴随出现余震，余震有时也会产生严重的危害。当前，建筑采用混凝土结构是我国建筑普遍形式，对于混凝土建筑在抗震效果方面的设计，以降低地震造成的危害为根本目的，保障人民生命财产安全。结构抗震设计过程中必须掌握建筑物所处场地的地质情况，应用科学方法使混凝土建筑结构的抗震性能得到稳步提升，避免出现地震时造成严重危害。

1混凝土建筑抗震结构设计的重要性

1.1混凝土建筑的结构特点

混凝土建筑因其成本高、建筑总体规模大的特点，对于建筑的质量管控便十分严格，对于施工材料的选取、施工技术的精准度及施工周期的长短都有一定的要求，这也会对高层建筑的结构产生巨大的影响，且建筑结构的轴向力与建筑的高度两者为线性关系，水平荷载会导致高层建筑结构形成一定的弯矩，综合侧移特性来看，竖向荷载与水平荷载对引起侧移的影响程度不一，而水平荷载对于高层建筑结构的影响远远超出垂直荷载，对于混凝土建筑来说，保持结构的刚度，控制侧向变形在合理的范围尤为重要。

1.2建筑相关的抗震结构设计要求

对于混凝土建筑的抗震结构设计目标应是最大程度上强化建筑物的抗震性能，使其在轻微地震时建筑结构牢固不动;遇到较强地震时，可以在检修与后期维护后能继续保持使用;遭遇最强地震时仍能保证建筑主体结构屹立不倒。在抗震结构设计时，可以综合考虑到各方因素，按照抗震结构设计的相关设计规范，具体规划实施，以“强剪强弯”、“强柱弱梁”、“强节点弱构件”等为建筑抗震设计的基本原则，确保建筑物的受力情况科学合理，刚柔结合，保证建筑物的抗震结构的稳定性。同时，在结构设计之时，应充分对混凝土建筑的刚度值的强弱进过精准的分析与计算，结合施工地地质地貌的实际情况、物理力学、建材的性能、机械设备的运行等各种情况进行全方位的把握。还应关注到主体核心构件与各连接点的受力情况，适当调节，既确保主体构件的刚度，又充分提高其延展性特点，提升建筑的整体抗震能力。

2钢筋混凝土建筑的倒塌问题引发因素

在建筑的倒塌问题中，施工阶段和建筑的运行阶段，倒塌问题的引发因素有很大不同，具体内容如下。

2.1建筑施工过程

钢筋混凝土建筑施工中，常见的倒塌问题引发因素包括基础垮塌、框筒结构倒塌等，针对建筑的基础垮塌，事故主要发生时间为基坑施工过程，这一问题不但容易引发重大安全责任事故，也会对建筑的周边区域地质情况造成一定影响，若不落实针对地层的加固工作，会降低建筑的运行稳定度，建筑倒塌事故的几率提高[1]。

对于框筒倒塌来说，事故的形成原因多样，其一为框筒结构的配重科学度较低，框筒结构的重心偏移，在外力的作用下，框筒结构整体倒塌。其二为施工质量不足，常见的为钢筋的参数不能满足设计要求，钢筋的直径小于设计参数时，自然会导致钢筋的抗拉、抗弯质量下降，导致钢筋混凝土结构的整体强度不足。其三为建材的存储质量不足，尤其是对于钢筋来说，当存在锈蚀等问题时，钢筋的整体强度不足，降低了钢筋混凝土结构的整体强度。

2.2建筑运行过程

在建筑的运行中，一方面风力会向建筑施加应力，有其是对于空气动力学性质较差的建筑来说，这种应力对建筑的影响更大，当建筑本身存在设计和施工缺陷时，很难抵抗风力对建筑的负面影响。另一方面为地震作用破坏，在钢筋混凝土建筑中，需要大量设置钢结构，并且钢结构上有大量节点，地震中产生的横向、纵向和斜向地震力对钢结构节点的破坏作用更强，当节点强度不能抵抗地震力时，建筑垮塌问题的发生几率大幅提高。

3钢筋混凝土建筑的抗倒塌设计思路

3.1基础部分设计

基础部分设计需要从两个角度完成，其一为基础部分的平整度，其二为基础部分的强度，只有这两个系统能够共同被合理设计的基础上，才可发挥基础机构的承力性能。

针对基础结构的平整度，需要根据建筑的施工区域、地质条件等参数，了解和分析建筑对基础结构平整度提出的具体要求，在具体的设计中，设计的内容包括桩体的总体长度、地上部分长度、各类桩体的水平度等，需要保证各类桩体在具体的设计中，建筑的相关参数完成整体设计，保证整个系统的平整性。需要注意的是，在平整度设计中，还需要考慮建筑的沉降情况，通过地质勘查等工作，可以获取这一参数[2]。

针对基础结构的强度，需要考虑桩体和其余结构。对于桩体设计来说，要从地质环境、施工成本、施工工期等多项信息的整合与分析，选择最佳的桩体施工方案，例如对于高层以及超高层建筑来说，由于建筑结构的自身重量很大，所以可以选用钻孔灌注桩，在此基础上设计孔洞参数、孔洞深度等内容，提高灌注桩的承力性能。对于其余结构，基础工作为夯实整个系统中的地层，对于含水量较高的地层，可考虑在相关区域中填埋石灰等材料，提高土壤的干燥性。

3.2框筒结构设计

建筑中的框筒结构发挥多种功能，为了提高整个系统的结构强度，需要重视的设计内容有两个方面。

其一为框筒结构的配重。框筒结构作为建筑中的最重要承力结构，最基础也是最重要的工作为提高该结构配重的合理性，要求设计人员从建筑的布局角度出发，完成对框筒结构的配重工作。采用的方法为，将建筑的内部空间分布在框筒结构的周边，同时保证室内布局的均匀度，对于室内设备较多的空间，可以通过扩大室内空间面积的方法，让该空间与框筒结构有更高的衔接面积，提高框筒结构的承力性能。

其二为框筒结构的自身强度。需要重点关注的内容为混凝土的应用量、钢材的相关参数、钢筋混凝土结构的施工工艺等，通过对这些内容的合理设计，提高框筒结构的自身强度。

3.3钢结构设计

在钢筋混凝土结构的设计中，需要在完成钢结构施工的基础上，落实混凝土浇筑工作，提高整个系统的运行质量。钢结构设计工作的涵盖内容中，首先为钢筋的各项参数，包括直径参数和长度参数，其中长度参数容易确定，从建筑的整体高度角度即可完成设计，对于钢筋的直径参数，需要应用抗弯、抗拉计算公式，结合对建筑整体重量的分析，确定钢筋的直径，保证钢筋的强度可以有效支撑建筑本身。

其次钢结构的节点设置方法，由于要考虑地震力作用下钢结构的整体强度，本文提出的方法为，应用有限元分析软件，确定在地震参数、建筑自身质量等参数的限制下，不同节点连接方法的强度情况，在此基础上选择最佳的节点结构。

最后为钢结构的运行状态分析，防止结构运行中发生变形等问题，这对钢结构的搭建方法提出的要求很高，需要分析各类钢结构搭建方法的承力性能。

4结论

综上所述，在钢筋混凝土建筑的施工和运行中，常见的倒塌原因为地质环境较差、钢结构质量问题以及框筒配重和施工强度等方面的问题，导致系统运行中容易出现倒塌问题。要提高建筑的抗倒塌性能，可以通过合理的基础结构设计、框筒结构设计和钢结构设计工作，提高建筑的施工和运行质量。

参考文献：

[1]汪玉容.钢筋混凝土建筑结构的抗地震破坏倒塌能力评估研究[J].地震工程学报，2018（5）：919～925.

[2]张凡榛.钢筋混凝土板柱结构抗倒塌性能研究[D].湖南大学，2012.