談土木工程結構設計中的抗震設計要點

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近幾年，由于發生的一些地震災害導致城市中的高層建筑受到了嚴重的破壞，不但造成了巨大的經濟損失，還給人們帶來了生命財產安全的威脅。因此，國家和社會加大了對建筑抗震性能的重視程度，要求建筑企業以及相關的結構設計工作人員必須合理地設計高層混凝土結構，提高高層建筑結構的抗震性能。

1 抗震設計的意義

現在，世界上絕大部分的國家都有各自的建筑抗震設計規范。受到地震災害影響過程中，如果建筑物的使用功能和所采用的結構布置不協調，那么結構體系的抗震性能難以得到有效利用。當出現破壞時，新建的建筑費用要比維修舊建筑的費用高。從經濟成本來講，是非常不合算的，所造成的經濟損失是無法估計的，這是建筑結構抗震設計的首要任務[1]。

2 土木工程結構設計中的抗震設計

2.1 依據抗震標準，規范平面及豎向設計

平面規則與建筑物的穩定性也存在一定的聯系，這是設計人員在設計過程中必須考慮的因素之一。通常情況下，抗震建筑的平面是有一定標準的，比如，凹凸口的深度與寬度，平面長度不宜過長，不宜采用角部重疊或細腰形的平面布置。因此，結構平面布置應力求簡單、規則、對稱，避免剛度、質量和承載力分布不均勻。對于有較多凹凸口的復雜形狀平面要進行特殊設計或采用一定的補救措施，以最大限度地保證建筑的穩定性。

對于抗震高層建筑的結構豎向布置，應避免過大的外挑和收進，宜規則、均勻，結構的側向剛度也應該做到上小下大均勻變化，豎向抗側力構件宜上下連續貫通。

對于結構平面及豎向的不規則性判斷，《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）表3.4.3-1及表3.4.3-2中有詳細判定，如扭轉不規則的定位和參考指標為，在規定的水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移或（層間位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍。

2.2 加強抗震防線設計

隨著人們對高層建筑抗震效果的重視程度的提高，相關設計人員除了要確保建筑基本的設計標準以及安全建設標準，還需要提高現代混凝土結構的抗震性能。在設計高層混凝土建筑的過程中，需要加強抗震防線的設計。

如果發生地震，建筑物可以處于多條防線的保護下，盡可能地防止出現混凝土結構坍塌的情況，從而增強建筑結構的平衡性。因此，設計人員需要根據國家所制定的相關標準，科學設計混凝土結構的抗震級別，不斷提高混凝土結構的安全性和穩定性。

2.3 鋼結構抗震設計

鋼結構的材料屬理想彈性體，符合工程力學的基本假定，可在抗震設計中充分發揮鋼結構的材料塑性、彈性好的特點，允許有適度的變形，能很好地承受動力荷載，在罕遇地震作用下保持結構體系的穩定，避免倒塌。高精度的加工制作工藝可以做到等強連接，實現強連接弱桿件的抗震設計原則，大大提高建筑物的抗震和承載能力[2]。

鋼結構結構類型的選擇關系到結構的安全性、實用性和經濟性，可根據結構總高和抗震設防烈度確定結構類型和最大使用高度。同時鋼結構房屋應根據設防分類、烈度及高度采用不同的抗震等級，并應符合相應的計算和構造措施要求

同鋼筋混凝土結構一樣，鋼結構設計也應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。應盡可能使房屋的剛度和質量沿豎向均勻連續、沒有突變。

結構體系應有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑，可考慮多道抗震防線。宜使結構在兩個主軸方向的動力特性相近，并盡量使其基本自振周期遠離場地的特征周期，減小地震作用。

應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。例如，框架結構應設計成強柱弱梁型，以防止形成柱子倒塌結構。

鋼結構房屋宜避免采用不規則建筑結構方案，不設防震縫。若房屋必須采用比較復雜的平面形狀時，則宜用防震縫將房屋劃分為幾個平面規則、對稱的獨立單元，為了避免地震時各部分之間相互碰撞，防震縫的寬度應不小于相應鋼筋混凝土結構房屋的1.5倍。

2.4 鋼筋混凝土結構的抗震設計

當建筑筑遭遇災難性地震時，在整個結構穩定的前提下，良好的整體延性可以使其具有足夠的變形性能，實現預定屈服機制，以耗散地震能量，保護結構不致發生倒塌破壞。空間整體性是指在結構承受地震作用的過程中協同各結構構件共同工作。保證豎向承載力。充分發揮結構整體抗震性能及結構體系各構件抗震潛能的能力。這也是保證“大震不倒”的前提。它主要取決于構件、長寬比、平面特征、結構形式之間連接的屈服機制、構件破壞特征、方式與質量等的因素。

地震作用下，結構的延性與強度同等重要，通常我們只需要按小震作用效應和其它荷載效應的基本組合，驗算構件截面抗震承載力及結構的彈性變形。而中震作用效應則需要結構靠一定的塑性變形能力(即延性)來抵抗。

因為地震的發生太偶然，倘使我們一味地追求結構的強度以保證中震甚至是大震作用下結構不壞，這將會使極大量的材料在絕大部分時間里，甚至在整個壽命期內都處于不能充分發揮作用的狀態，這樣做非常不經濟，所以需要提前選擇合理的抗震設防目標[3]。

3 結語

在民用建筑設計的過程中必須充分了解到抗震設計的意義所在，確保設計的結構能夠保證建筑結構整體的穩定性。為達到這一要求，必須對抗震設計進行深入的了解，并在設計過程中充分利用各種抗震措施，使建筑物滿足抗震設計的要求。