談土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王全來(lái)

摘? ? 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，土木工程工程數(shù)量不斷增多，社會(huì)各界對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性、耐久性的關(guān)注度日益提高。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)著重融入科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)理念，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的作用，提高整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。因此文章重點(diǎn)就土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開(kāi)分析。

關(guān)鍵詞：土木工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);抗震設(shè)計(jì);要點(diǎn)

1? 引言

隨著建筑工程的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)形式也不斷變化，為了滿足城鎮(zhèn)化發(fā)展需求，提高土地資源的利用效率，高層建筑形式受到人們的青睞，相比于普通建筑結(jié)構(gòu)，高層建筑的各方面要求都較為嚴(yán)格，特別是抗震設(shè)計(jì)方面，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到建筑物的質(zhì)量與整體效果。今年來(lái)，我國(guó)地震災(zāi)害頻發(fā)，由于其具有不可控性與不可預(yù)測(cè)性，對(duì)個(gè)人生活及社會(huì)發(fā)展造成了極大的影響，地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)如果建筑物抗震等級(jí)、抗震性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，就有可能發(fā)生坍塌事故，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要考慮建筑物自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與當(dāng)?shù)氐目拐饦?biāo)準(zhǔn)，針對(duì)抗震性能提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平，為人們提供更加舒適、健康、安全的居住環(huán)境。

2? 土木工程結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)

地震災(zāi)害的形成主要是由于地殼快速變動(dòng)釋放能力所產(chǎn)生的較大振動(dòng)，其具有一定的突發(fā)性、不可控、破壞力強(qiáng)的特點(diǎn)，從近年來(lái)我國(guó)地震災(zāi)害現(xiàn)象來(lái)看，地震災(zāi)害發(fā)生不僅傷亡慘重，對(duì)城市各方面所造成的損害都是毀滅性的，為了保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，加強(qiáng)土木工程抗震性能設(shè)計(jì)具有重要意義。房屋土木工程是人們生活、工作不可缺少的一部分，土木工程結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)目標(biāo)主要包括以下兩方面：第一，達(dá)到抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)家對(duì)于土木工程抗震設(shè)計(jì)給予高度重視，并且制定了與之相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)單位、開(kāi)發(fā)單位在前期設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對(duì)土木工程外觀、使用性能等方面做好全面的規(guī)劃，在保證土木工程經(jīng)濟(jì)性、美觀性、實(shí)用性的同時(shí)，提高抗震能力。第二，提高土木工程質(zhì)量安全水平。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的同時(shí)，不僅要關(guān)注土木工程物自身的抗震性能，還要結(jié)合所在區(qū)域地質(zhì)水文條件與周邊環(huán)境特點(diǎn)，從整體角度考慮地震振動(dòng)變化情況，提高土木工程抗震能力的同時(shí)，保證土木工程質(zhì)量安全。

3? 提高土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的對(duì)策

3.1? 優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)理念

針對(duì)我國(guó)地震區(qū)劃圖所規(guī)定的烈度有很大不確定性的事實(shí)，早在 89 規(guī)范，我國(guó)就明確規(guī)定了“小震不壞、中震可修、大震不倒”這一概念，明確了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防目標(biāo)。為此，良好的設(shè)計(jì)理念最重要的是要做到嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，合理采用有效的概念設(shè)計(jì)理念，作出經(jīng)濟(jì)、合理、安全、有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果，這是保證土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性、有效性的基礎(chǔ)保障。

3.2? 合理選擇工程建設(shè)的場(chǎng)地

在選擇工程建設(shè)的場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)的工程需要，收集相關(guān)地震資料情況，充分勘探地質(zhì)情況，對(duì)抗震地段做出綜合評(píng)價(jià)，得出是否有利、一般、還是不利以及危險(xiǎn)的地段。對(duì)于不利的工程地段，應(yīng)盡量避開(kāi)，無(wú)法避開(kāi)時(shí)則要采取有效的控制措施。對(duì)于危險(xiǎn)的工程地段，嚴(yán)禁作為重點(diǎn)建筑的選址。所以，加強(qiáng)工程場(chǎng)地勘察，科學(xué)、合理地進(jìn)行地基土的工程特性評(píng)價(jià)，確定準(zhǔn)確的地基土層各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)，進(jìn)而對(duì)場(chǎng)地的穩(wěn)定性和適宜性進(jìn)行綜合的評(píng)價(jià)，都能有效減少建筑場(chǎng)地對(duì)抗震性能產(chǎn)生的不利影響。

3.3? 采取合理的結(jié)構(gòu)體系

通俗的講，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如果要想提高建筑物地震災(zāi)害的防御能力，就需要強(qiáng)化結(jié)構(gòu)自身防御功能，使其保持足夠的剛度、穩(wěn)定性。在建筑設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)根據(jù)概念設(shè)計(jì)要求，確定好形體規(guī)則。不規(guī)則時(shí)則應(yīng)采取加強(qiáng)措施，必要時(shí)進(jìn)行專項(xiàng)論證。結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)做到計(jì)算體系簡(jiǎn)潔明確、地震作用要有合理的傳遞途徑;應(yīng)避免薄弱層的出現(xiàn)，不要因?yàn)楸∪醪课黄茐挠绊懻w結(jié)構(gòu)的抗震承載力;主體結(jié)構(gòu)應(yīng)具備良好的變形協(xié)調(diào)能力和地震時(shí)的耗能能力力。

3.4? 結(jié)構(gòu)的材料與施工

很多人都認(rèn)為，要提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度只要無(wú)限加大結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度就可以，比如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，只需無(wú)限加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，這恰恰是不科學(xué)的。其實(shí)對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜超過(guò) C60，對(duì)應(yīng)其他構(gòu)件，9 度、8 度時(shí)規(guī)范均有強(qiáng)度等級(jí)的限制要求。這是因?yàn)楦邩?biāo)號(hào)混凝土的抗壓強(qiáng)度雖有顯著提高，但其脆性性質(zhì)卻較為明顯。在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮此因素。

3.5? 消能減震

隔震體系可以通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期起到減輕水平地震對(duì)結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的影響，這已有科學(xué)的強(qiáng)震記錄證實(shí)。試驗(yàn)及現(xiàn)代化的工程經(jīng)驗(yàn)表明：采取隔震措施后，一般可降低 60%左右的結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)，采取隔震措施能明確結(jié)構(gòu)的地震損壞。通過(guò)采取消能減震方案增加結(jié)構(gòu)阻尼已是是公認(rèn)的事實(shí)，比如高層建筑采用消能器可有效減少結(jié)構(gòu)在風(fēng)力下的位移，而其對(duì)于對(duì)減少結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的效果也是較為顯著的。采用隔震的設(shè)計(jì)時(shí)，在房屋建筑中通過(guò)設(shè)置由橡膠隔震支座及阻尼裝置等部件，組成具有整體復(fù)位效應(yīng)的隔震層，可有效延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，減少水平地震作用，可達(dá)到預(yù)期的防震要求;而在消能的減震設(shè)計(jì)時(shí)，在房屋建筑中通過(guò)設(shè)置消能器，由消能器的相對(duì)變形、相對(duì)速度可以提供附加的阻尼，以消耗地震能量，達(dá)到理想的防震要求。這些都已在工程實(shí)際中得到了較為廣泛的運(yùn)用。

3.6? 基于承載力的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

承載力是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須具備的一種性能，結(jié)合建筑工程實(shí)際情況，承載力的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)主要涉及以下幾方面內(nèi)容：第一，在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)能夠保證極限狀態(tài)下建筑物的正常使用，其主要體現(xiàn)在建筑安全性、穩(wěn)定性等級(jí)較高，在災(zāi)害發(fā)生后不需要修復(fù)讓就能正常使用。第二，在地震災(zāi)害發(fā)生極限狀態(tài)下，建筑物受到巨大的作用力影響而產(chǎn)生一定變化，但建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以通過(guò)修復(fù)來(lái)達(dá)到正常使用調(diào)價(jià)。第三，地震災(zāi)害等級(jí)較大的時(shí)候，能夠保證建筑物不會(huì)發(fā)生坍塌等嚴(yán)總事故，其抗側(cè)向力與豎向重力荷載不會(huì)受到影響，避免由于建筑物坍塌所造成事故的擴(kuò)大發(fā)展。綜合以上三點(diǎn)內(nèi)容，其實(shí)也就是人們常說(shuō)的小震不壞、中振可修、大振不倒，在此基礎(chǔ)上保證建筑結(jié)構(gòu)安全。

3.7? 基于能力結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在進(jìn)行這方面設(shè)計(jì)中，首先要結(jié)合地震作用和以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，這種方法與當(dāng)前所常用的和設(shè)計(jì)方法不太一樣，需要對(duì)結(jié)構(gòu)性能水平進(jìn)行量化處理。由于地震災(zāi)害的發(fā)生具有不同等級(jí)水平，因此需要對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行準(zhǔn)確的驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)性能可以在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、目標(biāo)水平的范圍內(nèi)，從建筑投資成本與地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)可能造成的實(shí)際損失對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的優(yōu)化。除此之外，還可以將地震能量與結(jié)構(gòu)消耗能量相結(jié)合，以此分析地震發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)破壞程度，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可能受到的破壞進(jìn)行估算，但這種方法的應(yīng)用存在的不確定因素較多，使用方法比較復(fù)雜，還需要設(shè)計(jì)人員謹(jǐn)慎選擇。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅需要考慮建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還需要結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃及本地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能滿足人們需求，又能符合自然規(guī)律。在自然界中地震災(zāi)害的發(fā)生是必然存在的，一旦發(fā)生地震所造成的損失都是及其嚴(yán)重的，我國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震標(biāo)準(zhǔn)也有較為嚴(yán)格的要求，只有做好建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)才能在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)保證人們生命財(cái)產(chǎn)安全?；谛阅芸拐鹪O(shè)計(jì)應(yīng)該選擇合適的建筑場(chǎng)地，選擇合理的地基形式，從建筑高度、寬度、墻體等多方面提高建筑結(jié)構(gòu)剛性、強(qiáng)度能力，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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