土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震問(wèn)題

王舒麗

（山西路晟交通建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西太原 030032）

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的合理性，與結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)固性有密切聯(lián)系。優(yōu)化建筑的抗震性能，可減少地震災(zāi)害引起的裂縫、坍塌等問(wèn)題，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，提高生活質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合土木工程所在區(qū)域特征做好結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)處理，以增大建筑的安全系數(shù)。

1 土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震要求

地震災(zāi)害具有隨時(shí)性、突發(fā)性等特征，現(xiàn)階段國(guó)際上還未有一款設(shè)備能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到地震災(zāi)害情況，實(shí)現(xiàn)地震的提前預(yù)防。地震災(zāi)害因自身等級(jí)的不同帶來(lái)的破壞力也是存在明顯差異的，等級(jí)越高，破壞力越強(qiáng)，帶來(lái)的傷亡及損失也就越高。所以在建筑設(shè)計(jì)中要對(duì)抗震設(shè)計(jì)加以重視。土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其自身抗震性能的高低對(duì)整個(gè)建筑的安全性與否有著顯著影響。在地震災(zāi)害中，土木結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題，建筑就會(huì)存在開(kāi)裂、坍塌等情況。

為此，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，務(wù)必充分了解抗震理論知識(shí)，并結(jié)合自身實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，做好結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震性能。另外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需對(duì)地區(qū)原始數(shù)據(jù)加以分析，了解區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，有無(wú)出現(xiàn)地震災(zāi)害，地震等級(jí)情況等，根據(jù)這些數(shù)據(jù)開(kāi)展土木工程結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計(jì)，解決現(xiàn)存問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。再者，在設(shè)計(jì)中要對(duì)結(jié)構(gòu)體型、連接位置予以重點(diǎn)把控，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)力傳導(dǎo)效果，及時(shí)緩解突然加大的荷載壓力，以維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保建筑在地震災(zāi)害的摧毀下仍能保持一定的安全性，如圖1所示。

2 主要抗震設(shè)計(jì)方法

2.1 結(jié)構(gòu)選擇

結(jié)構(gòu)選擇合理性是優(yōu)化抗震性能的先決條件。根據(jù)現(xiàn)有資料分析可知，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的承力能力要明顯高于復(fù)雜多變結(jié)構(gòu)，在抵抗地震災(zāi)害侵?jǐn)_的效果上更為優(yōu)良。因此在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，多是選擇簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)保證工程質(zhì)量。在具體結(jié)構(gòu)類型確定上，通常會(huì)采用底部剪力法，根據(jù)地震反應(yīng)譜理論，判斷地震作用，確定最終結(jié)構(gòu)類型。不過(guò)該方法只針對(duì)高度在40m以內(nèi)的建筑。通過(guò)該方法確定的最終土木結(jié)構(gòu)多是剛度分布均衡或近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)。

圖1 土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2 不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)復(fù)雜性較強(qiáng)，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)之間傳導(dǎo)情況、荷載加大情況下存在的變形問(wèn)題予以全面分析和了解，以維護(hù)抗震等級(jí)規(guī)劃的合理性。設(shè)計(jì)中可直接利用時(shí)程分析法，利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程完成補(bǔ)充計(jì)算，并將地震反應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響直觀展現(xiàn)出來(lái)，讓設(shè)計(jì)人員能夠準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)在地震波作用下發(fā)生的變化，明確其變形特征，并從中找出薄弱部分，加以優(yōu)化，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)水平，保持建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固。

2.3 土體加固

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是提高房屋抗震性的關(guān)鍵點(diǎn)。在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)加強(qiáng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的措施實(shí)行研究。目前在土木工程建設(shè)中，軟基出現(xiàn)概率較多，如不展開(kāi)科學(xué)處理，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)會(huì)存在沉降、變形、位移等問(wèn)題，在地震發(fā)生后，加劇問(wèn)題等級(jí)，致使建筑坍塌。為解決這一問(wèn)題，在設(shè)計(jì)工作中，工作人員可做好前期勘察，掌握土質(zhì)特征，采用合理的加固措施，從而增強(qiáng)地基穩(wěn)定性，保證建筑安全。

3 提升土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)有效性的策略

3.1 確定抗震等級(jí)

土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，由于建筑規(guī)模及設(shè)計(jì)要求的不同，對(duì)抗震等級(jí)要求也存在明顯差異。為此，在設(shè)計(jì)活動(dòng)開(kāi)展中，設(shè)計(jì)人員要做好數(shù)據(jù)資料的收集工作，保證每一個(gè)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)都能具備符合標(biāo)準(zhǔn)要求的抗震強(qiáng)度。土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)現(xiàn)有規(guī)定要求予以分析，確定抗震等級(jí)要求，科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容，改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)要做好區(qū)域資料數(shù)據(jù)收集和分析，結(jié)合建筑外形要求、高度限制、結(jié)構(gòu)方案規(guī)劃等內(nèi)容，開(kāi)展研究工作，確定各節(jié)點(diǎn)位置的抗震等級(jí)，做好結(jié)構(gòu)件地震作用力的科學(xué)劃分，以突顯整體結(jié)構(gòu)的抗震效用，保護(hù)土木工程結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的安全，降低地震災(zāi)害對(duì)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的影響，增強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2 科學(xué)選址，遠(yuǎn)離地震多發(fā)區(qū)域

影響土木工程建設(shè)質(zhì)量的因素較多，如地質(zhì)結(jié)構(gòu)及變化特征、自然環(huán)境等，為提高土木工程質(zhì)量，達(dá)到建設(shè)目標(biāo)，還應(yīng)對(duì)建筑地址予以科學(xué)選擇，開(kāi)展勘察作業(yè)，準(zhǔn)確了解區(qū)域地質(zhì)條件及變動(dòng)特征，掌握土壤組成及氣候環(huán)境變化，分析可能存在的影響，重點(diǎn)掌握區(qū)域是否發(fā)生過(guò)地震災(zāi)害現(xiàn)象，并出具完整的勘察報(bào)告，為后續(xù)土木工程作業(yè)的順利進(jìn)行提供依據(jù)，提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，避免地震災(zāi)害造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。在選址過(guò)程中，作業(yè)人員應(yīng)先對(duì)區(qū)域的歷史資料和地質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)特征加以了解，過(guò)濾經(jīng)常發(fā)生地震災(zāi)害或滑坡等問(wèn)題的區(qū)域，對(duì)地質(zhì)斷層的變動(dòng)特征加以掌握，分析地震出現(xiàn)的可能性，保證選址科學(xué)性，維護(hù)土木工程的施工安全性，加強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)科學(xué)選址可提升工程整體牢固性，這樣在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，能避免因坍塌問(wèn)題帶來(lái)的危害，促進(jìn)賑災(zāi)補(bǔ)救工作的開(kāi)展。

3.3 結(jié)構(gòu)選擇

為高效完成土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)選擇，這就要求設(shè)計(jì)人員做好以下兩方面工作：①細(xì)致分析結(jié)構(gòu)承重范圍，明確其受力特點(diǎn)，科學(xué)規(guī)劃結(jié)構(gòu)體型，增大安全系數(shù)。設(shè)計(jì)人員要根據(jù)建筑要求對(duì)承重范圍予以準(zhǔn)確計(jì)算和分析，確定可能需要的承重結(jié)構(gòu)，并了解連接結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，之后科學(xué)選擇材料，注重承重效果，減少變形問(wèn)題的產(chǎn)生。材料的選擇應(yīng)偏向于自重較輕、穩(wěn)定性高的材料，以降低工程結(jié)構(gòu)自重荷載，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性；②完善平面設(shè)計(jì)內(nèi)容。平面設(shè)計(jì)中，除要做好數(shù)據(jù)收集和管理外，還應(yīng)處理好平面和立面間的關(guān)系，這樣才能構(gòu)建完整穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)抗震效果。

3.4 科學(xué)設(shè)置抗震線，提高其多層性和完整性

土木工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是為在地震災(zāi)害發(fā)生后，建筑物能夠具備較好的抵抗性能，維護(hù)建筑內(nèi)部居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)抗震性能的提升也可控制地震中建筑坍塌概率，降低危險(xiǎn)等級(jí)，保護(hù)周邊環(huán)境和群眾安全。為此，在土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，需對(duì)抗震線展開(kāi)科學(xué)規(guī)劃布局，提高其多層性和完整性，以達(dá)到抗震等級(jí)要求，如圖2所示。

圖2 設(shè)置抗震線

在抗震線設(shè)計(jì)中，合理規(guī)劃抗震線延展性及框架內(nèi)水平柱的長(zhǎng)度，前者是為在地震發(fā)生時(shí)，可以將傳導(dǎo)到建筑內(nèi)的地震波進(jìn)行均勻劃分，降低地震波對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的危害，減少破損。后者則是為提高安裝質(zhì)量，防止塑性變形問(wèn)題的產(chǎn)生，優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗壓性能。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，高層建筑逐步得到完善，在土木工程建設(shè)過(guò)程中，若想增強(qiáng)高層建筑的抗震能力，就要注重抗震線的多層性，以保障土木工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

3.5 科學(xué)選擇建筑材料，保證結(jié)構(gòu)抗震效果

土木工程結(jié)構(gòu)抗震性的提升與材料性能有直接關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，務(wù)必對(duì)建筑材料加以科學(xué)選擇，盡可能使用抗壓、抗變形能力強(qiáng)的材料，滿足抗震要求，提高土木工程的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。如在設(shè)計(jì)中可使用一些瀝青材料，從而達(dá)到減震效果，也可使用具有隔震功能的材料，降低地震波傳導(dǎo)帶來(lái)的危害。還可通過(guò)新型、高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的使用，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)加以保護(hù)和處理，進(jìn)而優(yōu)化結(jié)構(gòu)抵抗性能，維持其穩(wěn)定性和安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上面所述，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震問(wèn)題的處理是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，是為保證建筑質(zhì)量和穩(wěn)定性，減少不必要的損失和傷亡，進(jìn)而推動(dòng)現(xiàn)代城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，故而工程人員對(duì)此應(yīng)加以重視。