土木工程结构设计中的抗震问题

2020-12-22王舒丽

建材与装饰 2020年35期

王舒丽

（山西路晟交通建筑设计有限公司，山西太原 030032）

土木工程结构设计中抗震设计的合理性，与结构安全性和稳固性有密切联系。优化建筑的抗震性能，可减少地震灾害引起的裂缝、坍塌等问题，保护人们的生命财产安全，提高生活质量。设计人员应结合土木工程所在区域特征做好结构抗震设计处理，以增大建筑的安全系数。

1 土木结构设计中抗震要求

地震灾害具有随时性、突发性等特征，现阶段国际上还未有一款设备能够准确检测到地震灾害情况，实现地震的提前预防。地震灾害因自身等级的不同带来的破坏力也是存在明显差异的，等级越高，破坏力越强，带来的伤亡及损失也就越高。所以在建筑设计中要对抗震设计加以重视。土木结构设计作为建筑基础结构，其自身抗震性能的高低对整个建筑的安全性与否有着显著影响。在地震灾害中，土木结构一旦出现稳定性问题，建筑就会存在开裂、坍塌等情况。

为此，在土木工程结构设计中，务必充分了解抗震理论知识，并结合自身实际经验，做好结构抗震等级的分析，优化结构抗震性能。另外，在设计过程中，设计人员需对地区原始数据加以分析，了解区域地质结构特征，有无出现地震灾害，地震等级情况等，根据这些数据开展土木工程结构的灵活设计，解决现存问题，提高设计质量。再者，在设计中要对结构体型、连接位置予以重点把控，增强结构力传导效果，及时缓解突然加大的荷载压力，以维持结构稳定性，确保建筑在地震灾害的摧毁下仍能保持一定的安全性，如图1所示。

2 主要抗震设计方法

2.1 结构选择

结构选择合理性是优化抗震性能的先决条件。根据现有资料分析可知，简单结构的承力能力要明显高于复杂多变结构，在抵抗地震灾害侵扰的效果上更为优良。因此在土木工程结构设计中，多是选择简单结构保证工程质量。在具体结构类型确定上，通常会采用底部剪力法，根据地震反应谱理论，判断地震作用，确定最终结构类型。不过该方法只针对高度在40m以内的建筑。通过该方法确定的最终土木结构多是刚度分布均衡或近似于单质点体系的结构。

图1 土木结构设计

2.2 不规则结构设计

不规则结构的抗震设计复杂性较强，需要设计人员对结构之间传导情况、荷载加大情况下存在的变形问题予以全面分析和了解，以维护抗震等级规划的合理性。设计中可直接利用时程分析法，利用结构动力方程完成补充计算，并将地震反应对结构带来的影响直观展现出来，让设计人员能够准确了解结构在地震波作用下发生的变化，明确其变形特征，并从中找出薄弱部分，加以优化，进而提高设计水平，保持建筑结构的安全稳固。

2.3 土体加固

基础结构稳定性是提高房屋抗震性的关键点。在土木工程结构设计中，应对加强基础结构的措施实行研究。目前在土木工程建设中，软基出现概率较多，如不展开科学处理，基础结构会存在沉降、变形、位移等问题，在地震发生后，加剧问题等级，致使建筑坍塌。为解决这一问题，在设计工作中，工作人员可做好前期勘察，掌握土质特征，采用合理的加固措施，从而增强地基稳定性，保证建筑安全。

3 提升土木工程结构抗震设计有效性的策略

3.1 确定抗震等级

土木工程结构抗震设计中，由于建筑规模及设计要求的不同，对抗震等级要求也存在明显差异。为此，在设计活动开展中，设计人员要做好数据资料的收集工作，保证每一个结构节点都能具备符合标准要求的抗震强度。土木工程结构抗震设计中，设计人员要对现有规定要求予以分析，确定抗震等级要求，科学规划设计内容，改进设计质量。同时要做好区域资料数据收集和分析，结合建筑外形要求、高度限制、结构方案规划等内容，开展研究工作，确定各节点位置的抗震等级，做好结构件地震作用力的科学划分，以突显整体结构的抗震效用，保护土木工程结构节点的安全，降低地震灾害对结构节点带来的影响，增强土木工程结构的稳定性。

3.2 科学选址，远离地震多发区域

影响土木工程建设质量的因素较多，如地质结构及变化特征、自然环境等，为提高土木工程质量，达到建设目标，还应对建筑地址予以科学选择，开展勘察作业，准确了解区域地质条件及变动特征，掌握土壤组成及气候环境变化，分析可能存在的影响，重点掌握区域是否发生过地震灾害现象，并出具完整的勘察报告，为后续土木工程作业的顺利进行提供依据，提高土木工程结构设计水平，避免地震灾害造成的人员伤亡和经济损失。在选址过程中，作业人员应先对区域的历史资料和地质结构形态特征加以了解，过滤经常发生地震灾害或滑坡等问题的区域，对地质断层的变动特征加以掌握，分析地震出现的可能性，保证选址科学性，维护土木工程的施工安全性，加强土木工程结构的稳定性。同时科学选址可提升工程整体牢固性，这样在地震灾害发生时，能避免因坍塌问题带来的危害，促进赈灾补救工作的开展。

3.3 结构选择

为高效完成土木工程结构抗震设计，需要对结构进行科学选择，这就要求设计人员做好以下两方面工作：①细致分析结构承重范围，明确其受力特点，科学规划结构体型，增大安全系数。设计人员要根据建筑要求对承重范围予以准确计算和分析，确定可能需要的承重结构，并了解连接结构间的关系，之后科学选择材料，注重承重效果，减少变形问题的产生。材料的选择应偏向于自重较轻、稳定性高的材料，以降低工程结构自重荷载，提高结构的稳定性和安全性；②完善平面设计内容。平面设计中，除要做好数据收集和管理外，还应处理好平面和立面间的关系，这样才能构建完整稳定结构，增强抗震效果。

3.4 科学设置抗震线，提高其多层性和完整性

土木工程结构的抗震设计是为在地震灾害发生后，建筑物能够具备较好的抵抗性能，维护建筑内部居民的生命财产安全。同时抗震性能的提升也可控制地震中建筑坍塌概率，降低危险等级，保护周边环境和群众安全。为此，在土木工程结构抗震设计中，需对抗震线展开科学规划布局，提高其多层性和完整性，以达到抗震等级要求，如图2所示。

图2 设置抗震线

在抗震线设计中，合理规划抗震线延展性及框架内水平柱的长度，前者是为在地震发生时，可以将传导到建筑内的地震波进行均匀划分，降低地震波对建筑结构的危害，减少破损。后者则是为提高安装质量，防止塑性变形问题的产生，优化结构抗压性能。随着我国经济的不断发展和进步，高层建筑逐步得到完善，在土木工程建设过程中，若想增强高层建筑的抗震能力，就要注重抗震线的多层性，以保障土木工程设计的科学性。

3.5 科学选择建筑材料，保证结构抗震效果

土木工程结构抗震性的提升与材料性能有直接关系，所以在设计过程中，务必对建筑材料加以科学选择，尽可能使用抗压、抗变形能力强的材料，满足抗震要求，提高土木工程的结构质量。如在设计中可使用一些沥青材料，从而达到减震效果，也可使用具有隔震功能的材料，降低地震波传导带来的危害。还可通过新型、高性能围护结构材料的使用，对土木工程结构加以保护和处理，进而优化结构抵抗性能，维持其稳定性和安全性。