談土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震研究

霍嘉豪

（許昌學(xué)院,河南 許昌 461000）

談土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震研究

霍嘉豪

（許昌學(xué)院,河南 許昌 461000）

地震通常會對周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重的災(zāi)難性破壞和威脅到居民的人身安全，要對土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)來減緩地震發(fā)生時(shí)對建筑的破壞作用，本文通過分析土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響抗震能力的因素，深入探討了土木工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)方案，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到理想方案，獲得良好的抗震性能。

土木工程；抗震能力；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；承載能力

1 土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性和研究現(xiàn)狀

當(dāng)?shù)貧み\(yùn)動時(shí)會對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的災(zāi)難性破壞，如果地震強(qiáng)度較大會嚴(yán)重危害人民群眾的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，使用混凝土的建筑較為牢固能夠在產(chǎn)生地震時(shí)有效保護(hù)人民的生命安全，所以要對土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，以防出現(xiàn)地震自然災(zāi)害威脅到群眾的人身安全，減少對群眾生活的不利影響。

由于地震自身的特性，發(fā)生時(shí)間較為隨機(jī)，最先進(jìn)的測量設(shè)備也不可能準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)測，所以要對土木建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)來保證當(dāng)?shù)卣鸪霈F(xiàn)時(shí)，不會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的變形和結(jié)構(gòu)破壞，結(jié)合土木結(jié)構(gòu)抗震理論和相關(guān)歷史經(jīng)驗(yàn)，提高土木結(jié)構(gòu)的抗震能力以及承載力，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須要根據(jù)以往地震對結(jié)構(gòu)造成的破壞程度來創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從整體布局出發(fā)，統(tǒng)籌內(nèi)部結(jié)構(gòu)來推動土木工程結(jié)構(gòu)的抗震研究取得一定的成果。

土木工程的結(jié)構(gòu)具有自身的特性，土木建筑需要較多的層數(shù)來承載更多的居民，高層除了結(jié)構(gòu)本身的重量要承載之外，還要關(guān)注高層受到的風(fēng)力等自然壓力，在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要將抗側(cè)力放在重要的位置上，不同的高度會受到不同的風(fēng)荷載和地震的破壞程度。

土木結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)相比較于其他結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需要更加嚴(yán)苛，不僅要考慮到結(jié)構(gòu)本身的承載能力，還要兼顧到結(jié)構(gòu)本身的抗震能力，這樣在遇到地震時(shí)才不會發(fā)生嚴(yán)重的破壞或者倒塌情況。要對土木結(jié)構(gòu)延性進(jìn)行計(jì)算，這項(xiàng)工作較為復(fù)雜和繁瑣，最好的手段是利用其結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施來進(jìn)行計(jì)算，為了提高結(jié)構(gòu)的良性要在高層建筑的設(shè)計(jì)中對構(gòu)建和原料設(shè)定較高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為了減少土木結(jié)構(gòu)建筑的變形情況需要在其設(shè)計(jì)中減小剪力墻的橫截面積。

在目前的土木結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)了許多新型框架土木結(jié)構(gòu)來提高高層建筑的抗震能力和承載能力，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)水平力通常對土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重大影響，但是隨著建筑抗震性能的逐漸優(yōu)化升級，剪切力承重墻的結(jié)構(gòu)剛度越來越大，懸掛結(jié)構(gòu)越來越少，多筒嵌套結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越多，在土木結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中對于抗震研究越來越準(zhǔn)確深入。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響抗震能力的因素

2.1 結(jié)構(gòu)高度

為了減少土木結(jié)構(gòu)因?yàn)榈卣鹪斐傻膿p壞，要在土木工程結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)來提高其安全性，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在一些影響因素，首先最重要的就是土木工程結(jié)構(gòu)中的高度因素，不同高度的土木工程結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行不同的抗震設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，層數(shù)較少的建筑會受到較小的損壞，所以在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)不能一味追求外觀形象的獨(dú)特而建造過高的建筑結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)要關(guān)注土木工程的結(jié)構(gòu)高度，根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力情況準(zhǔn)確計(jì)算抗震效果來進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃。

2.2 場地選擇

場地選擇也是在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響抗震能力的重要因素，地理環(huán)境的不同可能出現(xiàn)地震的概率也不同，受到地震破壞的程度也有所差異，所以在進(jìn)行土木工程建筑設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行選址，寬闊的場所能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，并且能夠建造一個(gè)堅(jiān)實(shí)牢固的地基，良好的地基是一個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的前提條件，只有修建良好的地基才能從根本上保證土木工程結(jié)構(gòu)的抗震能力，如果在場所的選擇上出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)無法在地震時(shí)有所抵抗，土地的選擇也需要較為堅(jiān)硬且密實(shí)，在容易出現(xiàn)滑坡的地方和靠近山坡的地方要盡量減少建筑施工。提高在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對建筑設(shè)計(jì)的簡練性，花哨的外觀不會減少地震帶來的損害，要將內(nèi)部構(gòu)建的承載力和受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算來提升結(jié)構(gòu)的抗震能力。

2.3 材料的選擇

不同的材料會使得土木工程結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)取得不同的效果，如果建筑材料本身就具有較硬的強(qiáng)度，不輕易產(chǎn)生變形，能夠在結(jié)構(gòu)中避免建筑發(fā)生坍塌的情況，我國普遍的土木工程建筑都使用鋼筋混凝土作為一般建筑材料，但這一材料的硬度和韌性都較低，容易產(chǎn)生彎曲、側(cè)移和變形的狀況，所以在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)一般不選擇鋼筋混凝土作為原料，而是選擇具有較強(qiáng)硬度和韌性的鋼結(jié)構(gòu)作為抗震建筑材料。在材料的選擇上要堅(jiān)持科學(xué)、實(shí)用和有效的原則，確保建筑結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到抗震設(shè)計(jì)中承載強(qiáng)度和剛度的目標(biāo)要求，將內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定的連接，確保柱體和隔板之間具有充分的空間，提高土木工程結(jié)構(gòu)建筑豎直水平上的抗震能力。

2.4 豎向設(shè)計(jì)的均勻性

要進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)就必須考慮到結(jié)構(gòu)內(nèi)部豎向設(shè)計(jì)的均勻性，關(guān)注建筑橫隔層的尺寸和規(guī)模符合標(biāo)準(zhǔn)要求，將分隔層的承重均勻開來，為了減少外來壓力的負(fù)面作用，提高土木工程結(jié)構(gòu)本身的剛度和延性就需要將結(jié)構(gòu)中的開設(shè)洞口按照標(biāo)準(zhǔn)要求盡量整齊和規(guī)則，豎向設(shè)計(jì)均勻性能夠推動地震發(fā)生時(shí)將地震能力吸收進(jìn)來或發(fā)散出去，可以利用鋼結(jié)構(gòu)來保證水平面的統(tǒng)一性和均勻性。

3 土木工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)方案

3.1 樹立土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理念

隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展和建筑技術(shù)的進(jìn)步，在建筑設(shè)計(jì)中越來越多的人開始應(yīng)用到計(jì)算機(jī)而不是傳統(tǒng)的手工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，但是在應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)沒有關(guān)注到設(shè)計(jì)的規(guī)則性，缺乏一套關(guān)于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求和章程，要提高建樹結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方案就要樹立一個(gè)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)意識，建立概念設(shè)計(jì)理念。隨著建筑工藝的不斷提高越來越多的建筑結(jié)構(gòu)越來越高，要應(yīng)對地震產(chǎn)生時(shí)的外來壓力越來越復(fù)雜，在建筑設(shè)計(jì)上的計(jì)算越來越繁瑣，所以要優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)就應(yīng)該廣范圍地應(yīng)用概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)有其科學(xué)合理性和實(shí)用性，僅根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)和檔案資料不能為抗震設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，要滿足抗震需求就需要進(jìn)行概念設(shè)計(jì)來建立一個(gè)完善的整體架構(gòu)，模擬出一個(gè)較為客觀和真實(shí)的模型來進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2 設(shè)置抗震防線

要優(yōu)化土木工程的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)就要設(shè)置多個(gè)抗震防線來減少地震的沖擊力和破壞力，能夠有效提高建筑整體的穩(wěn)定性和抗震性。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，具有較好的延展性的部件會發(fā)揮較大的抗震作用，所以第一道抗震防線一定要以良好延性和高質(zhì)量的部件為基礎(chǔ)，最大程度上化解地震波對土木工程結(jié)構(gòu)的沖擊力。抗震設(shè)計(jì)要遵循多層級性和完善性的原則，當(dāng)設(shè)置地震防線時(shí)要確保每一個(gè)構(gòu)件都發(fā)揮到自身的效能來保護(hù)建筑建構(gòu)的完整，對各個(gè)連接點(diǎn)進(jìn)行著重保護(hù)，例如將同一水平的柱兩端進(jìn)行延長設(shè)計(jì)，有效分散柱端和梁端的塑性來提高結(jié)構(gòu)的抗震能力和實(shí)用性。除此以外還要充分優(yōu)化升級結(jié)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度，較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度結(jié)構(gòu)能夠有效吸收地震能力波。

3.3 加強(qiáng)隔震以及消能減震設(shè)計(jì)

土木工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)需要使用隔震材料來減緩地震發(fā)生時(shí)的沖擊波，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)沖擊波帶來的能力不斷從結(jié)構(gòu)底部傳達(dá)到頂部，一旦傳遞的能力超過結(jié)構(gòu)的負(fù)荷能力結(jié)構(gòu)就會崩潰，如果在連接點(diǎn)上使用隔震材料作為隔震裝置，減緩地震帶來的沖擊波能量如果地震登記超過七級就會對土木工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。高層建筑由于自身的高度不能夠設(shè)置隔震裝置，不會起到明顯效果，所以隔震和效能減震適合于地層建筑結(jié)構(gòu)，利用橡膠墊和隔震材料來增強(qiáng)摩擦和粘性，較好延性的建筑材料可以作為抗震和效能減震的構(gòu)建，例如某些橋梁上使用了新型耗能減震裝置，利用隔震支座來起到對建筑物的支撐作用和恢復(fù)能力，將地震帶來的能量吸收掉部分。施工單位需要對地震可能產(chǎn)生時(shí)的走向進(jìn)行分析，在進(jìn)行建造時(shí)盡量讓土木工程結(jié)構(gòu)與地震走向呈現(xiàn)垂直的方向。

3.4 選擇合適的建造場地

場地的選擇時(shí)影響土木工程抗震能力的重要因素，所以要對土木工程進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到施工場地的實(shí)際情況，實(shí)際考察場地的地基情況并作調(diào)研，如果土木工程的地基不夠平穩(wěn)會帶來較大的安全隱患。除了地基的穩(wěn)定性之外還要保證施工場所較為平坦和開闊，一旦在地震中發(fā)生斷層和滑坡情況，開闊平坦的場地會減少損失，地基保持在一個(gè)較為穩(wěn)定安全的狀態(tài)，從而提高了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震能力。

3.5 劃分抗震等級

土木工程結(jié)構(gòu)需要根據(jù)抗震等級來進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，不同抗震等級需要使用到的人力物力資源和設(shè)計(jì)有所差異，根據(jù)不同等級的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)中的梁和墻結(jié)構(gòu)有所差異，越高抗震等級的結(jié)構(gòu)的建筑抗震性能越好，防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)越高，確保在高強(qiáng)度地震發(fā)生時(shí)建筑建構(gòu)還具有較強(qiáng)的延展性和韌性，確保建筑在地震能力沖擊時(shí)保持結(jié)構(gòu)較為完整。要將工程結(jié)構(gòu)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都不能被損壞，梁柱來分散地震帶來的沖擊力，推動柱端與梁連接時(shí)具有一定的塑膠性來提高自身的抗震能力。

3.6 優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)

在對土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要提高抗震能力需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將各個(gè)因素充分考慮設(shè)計(jì)在內(nèi)，包括抗側(cè)力的體型、荷載能力、建筑場地和外形等，這些因素在設(shè)計(jì)時(shí)感覺較為簡易，但是在實(shí)際情況中容易因?yàn)榻ㄖ藛T的失誤沒有達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)要求，建筑設(shè)計(jì)的外形為了追求美觀，建筑人員很難將施工方案簡單化，對于出現(xiàn)的問題一般進(jìn)行控制和管理而不是徹底解決。我國缺乏對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的詳細(xì)規(guī)定和相關(guān)規(guī)章制度，缺乏建筑經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者就無法滿足土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行的設(shè)計(jì)偏離建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，或者將較為科學(xué)合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行了更改，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有負(fù)面影響。

在土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，最重要的就是要優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的體形，韌性較好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案能夠防止結(jié)構(gòu)在壓力下出現(xiàn)變形和縫隙，保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，土木工程結(jié)構(gòu)要提高減弱地震能力的沖擊就要使用越多的塑性鉸，確保一定數(shù)目的超靜定，抗側(cè)力體系要構(gòu)成一個(gè)雙向的，促使柱端和梁、墻在水平上保持一個(gè)方向，當(dāng)?shù)卣饘Y(jié)構(gòu)造成破壞作用時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部產(chǎn)生塑性屈服來減緩對結(jié)構(gòu)的損害，堅(jiān)持墻強(qiáng)梁弱的原則來提高墻段的承載能力和抗震性能，避免剪力破壞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。所以要從建筑結(jié)構(gòu)的整體性出發(fā)，對桿件的軸力進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，為了提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的延展性需要提高構(gòu)件彎曲耗能效果。

3.7 培養(yǎng)相關(guān)人才

要加強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)就要不斷推動專業(yè)院校培養(yǎng)出抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專業(yè)人才，通過對抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)，將理論知識與實(shí)踐能力結(jié)合起來提高抗震設(shè)計(jì)能力，通過建筑抗震設(shè)計(jì)比賽和時(shí)間活動來提高這一領(lǐng)域?qū)W生設(shè)計(jì)的熱情和動力，充分挖掘這一專業(yè)學(xué)生的潛能和不斷提升個(gè)人能力，要培養(yǎng)全方位、多層次的專業(yè)型建筑人才就需要在培養(yǎng)過程中不斷鼓勵和引導(dǎo)，推動學(xué)生對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)不斷探索和研究，使其具備優(yōu)秀的理論知識和專業(yè)之間能力，為優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)貢獻(xiàn)出自己的力量。

3.8 使用防震材料

在土木工程結(jié)構(gòu)的地基建設(shè)時(shí)應(yīng)用隔震材料，減緩地震沖擊波帶來的損害，傳統(tǒng)中應(yīng)用的防震材料是粘土和砂子，隨著抗震技術(shù)的不斷發(fā)展，新型的防震材料為瀝青，將其鋪設(shè)在建筑地基底部能夠取得更好的減震效果，對土木工程結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用較輕的建筑材料來提高建筑整體的抗震能力。

4 結(jié)語

綜上所述，地震帶來的破壞較為嚴(yán)重，要確保人民的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全就要對土木工程建設(shè)的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，將結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定放在設(shè)計(jì)的第一位，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上使建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到理想的抗震效果，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是目前土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢和關(guān)注點(diǎn)，要進(jìn)行科學(xué)合理的抗震設(shè)計(jì)，提高抗震技術(shù)，推動土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展。

[1]安娟.淺談土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震研究分析[J].工程技術(shù),2016(09):35.

[2]王麗明,李惠.探討土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震研究[J].中國建材科技,2014(S1):206.

[3]郝敏.淺談土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震研究[J].黑龍江科技信息,2013(26):222.

[4]默亞卿.淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震研究[J].商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展,2014(04):1039.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.086

霍嘉豪（1995-）,男,河北唐山人,本科,學(xué)生,研究方向:土木工程。