抗震性在工程结构设计中的应用

卢俊澄

摘 要：我国由于幅员辽阔，许多地方都非常容易发生地震，因此，在工程建设当中，加强工程结构的抗震性设计是工程师在设计时主要考虑的问题之一。特别是近年来我国的工程建设脚步逐渐加快，为了应付日益频繁的地震灾害，必须要使建筑结构具有非常高的抗震能力，减少地震带来的损失。抗震性设计是工程结构设计中的重要环节，抗震性设计要兼顾工程实际以及地震类型以使抗震效果得到最大发挥。该文正是基于此，研究地震发生时的特质，分析工程结构设计中的关键要素，旨在为今后的工程抗震性设计提供参考建议。

关键词：抗震性 工程结构 设计 应用

中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0037-01

众所周知，地震会对工程结构产生复杂的机理破坏，而工程抗震设计就是为了抵消地震对建筑物的不良作用，降低建筑的受影响程度，即：“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计标准。在工程结构的抗震设计上，不应将计算设计作为唯一方式，更主要的是将工程抗震理念与实践经验相结合。解决抗震问题主要经过定性的实际现象、物理机制分析、变化过程研究以及总结特性规律和震后情况分析等方式来解决。这些理念共同组成了抗震概念设计，即概念化设计，其主要研究结果如下。

1 我国目前工程结构抗震理论的问题

从世界各国的建筑方式来看，普遍采用吸收消耗地震作用力为主的插入式整体结构，但是对于工程结构抵抗地震作用力的受力设计与分析，则必须从结构的整体来分析建筑的抗震性能。

随着城市化进程的不断深入，超高层建筑的数量激增，这给建筑抗震工作带来了更大的难度，对于这些不同种类的建筑，基础深度的差异主要对应于地震作用的强弱，建筑基础的深度与受地震影响的大小成正比，同时加上基础设施的多样化：例如地铁、管道、电缆等地下设施都增加了地震场地的不稳定性。当前的抗震设计没有考虑建筑本身的效果，忽略了建筑地基的地震场地效应衍生的种种问题。

2 抗震概念的关键要素

因为近年来我国几次严重的地震灾害给受灾区域的经济、群众人身安全带来严重打击，所以目前国内抗震技术也在不断地发展，其占工程结构设计的比重也逐渐增加。因此根据地震的形态进行抗震设计非常具有必要性。其中需要注意的有以下几点：第一，抗震概念设计要求工程结构的形态足够简练。当工程各构件的受力情况清晰时，抗震设计的难度也会相应降低，同时保证了受力信息分析的准确性。且简明的建筑结构也能降低建筑的受损害程度，避免了过多的结构薄弱点，从而保证了建筑的整体性，增强了建筑的抗震能力。第二，设计当中首先要研究竖向力的均匀分布，要保证建筑横隔层上下部分比例的竖向收进尺寸的准确性，只有合理分析结构的竖向受力情况才能使分隔层平衡达标。洞口的开设要保证整齐规则，确保建筑整体的刚度和强度得到加强，防止因为地震外力导致刚度不稳定变化以及整体结构变形的情况出现。另外还应保证建筑的刚度和延性，这需要相同高度的层面支柱与相关连接构件保持统一。刚度均匀分布和强化结构的延性，使建筑具有更强的地震抵抗能力，同时保证填充墙的墙和柱不直接接触，必要时可以设置防震缝。第三，建筑的基础设计是工程结构设计的核心工作，为了使基础更好的连接上部构件，则必须保证基础具有承载的足够刚度和强度，构件的链接应该足够地牢固，利用设计的整体化增强建筑的水平和纵向抗震能力。第四，使结构的受力更加对称（包含外形对称以及立体刚度的对称），增强工程的侧向抵抗力。尤其注意要保证质量对称，抗震性能需均匀分布共同抵抗地震外力，防止重心偏移导致结构的薄弱点暴露出来。

3 抗震概念设计的必要性

社会经济的发展带动了科技产业的进步，从而使社会分工也呈现多样化发展趋势。在这样的大环境下，施工单位对抗震数据的计算和运作方式就应该进行革新。传统的手工和思维模式已经存在明显的滞后性，而计算机技术的发展正好为抗震技术数据测量提供了更为便捷和有效地技术支撑，结合以往的经验教训，概念设计理念逐渐被众多的行业人士所接受。

高层建筑的结构相对复杂，所以地震发生时对受力情况的分析难度很大，使得计算结果难以保证准确性。此时只有用抗震概念设计才能预测建筑的受力情况。抗震概念设计的核心是合理性和实际性，由于受到技术手段的限制，简单的数据计算和统计无法胜任一个建筑工程的设计，此时也只能依靠抗震概念设计才能达到设计要求。抗震概念设计能够为设计人员提供一个真实、实用的客观实体，使工程结构的设计更加完善。例如，当结构纵向或横向压力出现严重偏差，根据现有的计算技术，难以确定结构具有良好的抗震能力。

4 增强工程结构抗震性能的有效手段

通过对大量受到地震损坏建筑的研究以及设计人员长期的经验积累，才得以总结出建筑抗震概念设计理论。其对于工程结构抗震的重要性不言而喻。第一，要合理布局地震对于建筑的作用力在传递过程中所通过的传送和消耗途径，保证构件的双向抗侧力体系完善，确保支柱、墙、梁的中轴线处于同一平面，当地震发生时，使其破坏形态为弯剪状，尽量将塑性屈服控制在墙面下部，连梁则应该在梁端塑性屈服，并且保证一定程度上的可变形。在墙端完全产生抗震性能时，需要依据强墙弱梁的原则增加墙肢的负荷力，防止墙肢出现剪切破坏的情况。第二，抗震结构需要根据地震等级进行针对性的防护，墙、梁、柱的节点需要独立处理，当地震发生时应该满足三个水平的设置防护标准，确保建筑的结构足够稳固。另外在地震来临前应该使钢筋混凝土结构具有较强的承载力以及延展性。依据强剪弱弯的标准开展设计，设计合理的截面尺寸，把握好柱的轴压比以及构件配筋标准，特别是增强节点的结构措施。第三，为了避免地震对某一构件的损害，从而影响其他构件抗震效果的问题，则必须要设置多条抗震防线，使同一时间内其他防线都能起到抗震作用。构件的强度和刚度以及工程结构的延展性是建筑吸收地震作用力的关键，因此必须增强工程结构的延展性，加强构件的强度和刚度。在结构设计中要保证节点的完好，使同一平面每个柱两端的屈服时间延长，底层柱的柱底塑性铰产生时间适当延后，以分散梁与柱端的塑性铰，使工程结构设计的抗震性得到充分体现。

5 结语

综上所述，抗震概念设计在工程结构抗震设计中占有重要地位，将抗震理念反映在工程结构设计的过程中，则为设计师提供了更多的抗震手段，同时也能够避免抗震设计的很多问题。虽然数值设计存在诸多不完善的地方，但是其也具有重要的意义，只有将数值设计以及概念设计两者相结合，进行优势互补，才能更充分地使计算数据的准确性得到保障。

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