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

賀 國(guó) 華

(山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030002)

眾所周知，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，土木工程的結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到嚴(yán)重破壞，所以必須高度重視土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)。又由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具有較強(qiáng)系統(tǒng)性的工作，故而應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，合理選擇抗震設(shè)計(jì)的方案，從而保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，保護(hù)居民的生命安全。

1 土木工程抗震結(jié)構(gòu)的必要性

地震災(zāi)害對(duì)土木工程的破壞性極大，同時(shí)其也會(huì)對(duì)人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成非常嚴(yán)重的威脅，見圖1。

盡管我們無法控制地震，但是我們可采取有效措施減少地震對(duì)建筑物以及居民造成的傷害。其中，采取科學(xué)有效的土木工程抗震設(shè)計(jì)就是一項(xiàng)非常重要的措施，高質(zhì)量的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一方面增強(qiáng)了工程的穩(wěn)定性和安全性，另一方面也大大降低了人員和經(jīng)濟(jì)上的損失。

2 土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則

為完善土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的抗震性能，增大建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，應(yīng)采取多種有效措施不斷提高結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量，在這一過程中應(yīng)明確土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中堅(jiān)持的基本原則。

2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化

土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需盡量選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的構(gòu)造體系，進(jìn)而改善工程的抗震質(zhì)量和抗震效果。與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的土木工程相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的土木工程結(jié)構(gòu)體系能夠有效增強(qiáng)力學(xué)計(jì)算的準(zhǔn)確性，進(jìn)而加大對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平衡性的把控力度，防止結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于復(fù)雜而造成的設(shè)計(jì)質(zhì)量不佳的問題。同時(shí)，相對(duì)較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)形式能夠減輕由于地震因素所造成的損害，減輕地震破壞力對(duì)結(jié)構(gòu)的傷害，從而有效優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)的抗震效果。

2.2 提高整體性

為使土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展現(xiàn)出較好的抗震效果，在設(shè)計(jì)中要高度重視結(jié)構(gòu)的整體性。結(jié)構(gòu)的抗震性并不是對(duì)結(jié)構(gòu)某一個(gè)部分提出的要求，其是對(duì)土木工程體系當(dāng)中的所有部分都有著較高的要求，所以應(yīng)從整體上把控結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)布局的科學(xué)性及合理性，特別要關(guān)注對(duì)土木工程項(xiàng)目有著較大影響的幾個(gè)因素，我們必須要采取多種有效措施減少甚至避免其對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，確保各部分結(jié)構(gòu)之間的有效協(xié)調(diào)。另外，在工程建設(shè)的過程中也需對(duì)各部分力學(xué)作用的基本特點(diǎn)予以全面的分析，從而不斷完善工程結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.3 加強(qiáng)抵抗性

為了增強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，應(yīng)以工程結(jié)構(gòu)體系來抵抗外力作用，尤其是地震作用的負(fù)面影響。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)予以科學(xué)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中要以工程的抵抗力為切入點(diǎn)，在土木工程建設(shè)和設(shè)計(jì)階段首先構(gòu)建理想狀態(tài)下的抵抗力，這樣才能夠在發(fā)生地震的狀態(tài)下使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。這也充分展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)最佳的抗震能力。再者，為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中也可嚴(yán)格控制抵抗力，從而確保力學(xué)體系的平衡性及合理性。

3 土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

土木工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)較為復(fù)雜的工程，其涉及到諸多環(huán)節(jié)也涉及到諸多方面，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，必須準(zhǔn)確把握工程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)要點(diǎn)予以嚴(yán)格控制，有效優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合效果。

3.1 確定抗震強(qiáng)度

土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)正式開始前，應(yīng)確定結(jié)構(gòu)的抗震強(qiáng)度，該環(huán)節(jié)也為后續(xù)工作的正常開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在確定土木工程結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度期間，必須要充分參考有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)要求，而且不同工程的實(shí)際情況也有所不同，我國(guó)建筑物一般按照6度～9度地震危害為參考標(biāo)準(zhǔn)完成抗震設(shè)計(jì)工作。因此在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作中，需充分結(jié)合實(shí)際要求對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有效的處理。為了提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)中還可全面結(jié)合建筑物應(yīng)用的具體類型和實(shí)際需求，對(duì)于不同高度和外形的土木工程結(jié)構(gòu)，采取不同的抗震設(shè)計(jì)方法，以此加大對(duì)結(jié)構(gòu)抗震烈度控制的力度，見圖2。

3.2 選擇施工場(chǎng)地

在土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，工程地點(diǎn)不同，其最終的效果也有所不同，因此在土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的過程中，需高度重視土木工程結(jié)構(gòu)的選址工作，提高工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。在選址時(shí)，必須充分考慮工程所在地區(qū)的地質(zhì)特征，特別是地震頻發(fā)的地區(qū)，更要重視工程的選址工作。且對(duì)于工程建設(shè)中對(duì)地形的要求需十分具體，盡量選擇地勢(shì)平坦且開闊的位置，這樣才能提高土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平，防止其由于地形因素的限制而破壞工程自身的穩(wěn)定性與安全性。

3.3 結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)

為了提高土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量，需將結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容，結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)可有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系的可靠性，保證結(jié)構(gòu)傳力體系的科學(xué)性與合理性，防止其由于地震力的作用而受到十分嚴(yán)重的威脅。在結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)工作中，為了加強(qiáng)選型設(shè)計(jì)的有效性，可以選擇一些結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的體系，同時(shí)仔細(xì)分析結(jié)構(gòu)體系的平面和立面，以此提升結(jié)構(gòu)體系的可靠性和安全性，確保其在傳力方面具有良好的性能，并減少由于結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)中的不足而引發(fā)的設(shè)計(jì)質(zhì)量問題。

3.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

土木結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，計(jì)算分析也是一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，計(jì)算分析是為了明確土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最終的效果。在計(jì)算中特別要關(guān)注結(jié)構(gòu)之間力的相互作用。在計(jì)算時(shí)可利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠提高計(jì)算的效率，而且也保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。其主要是利用專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件和設(shè)計(jì)模型來完成所有的計(jì)算工作，大大減輕了計(jì)算人員的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)也保證了計(jì)算的質(zhì)量。在計(jì)算中，其可充分考慮影響計(jì)算的所有要素，有效規(guī)避了人工計(jì)算中的遺漏問題。

3.5 施工材料選擇

若要有效提高土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量，就需采取針對(duì)性措施嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)材料的選擇。科學(xué)地選擇結(jié)構(gòu)材料可有效保證結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和較大的強(qiáng)度，從而使結(jié)構(gòu)在受到外力作用時(shí)其性能不受損害。在現(xiàn)階段的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，因此選擇符合工程要求的鋼筋與混凝土材料也成為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容。不僅如此，還要加大配筋率的控制力度，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的有效性與科學(xué)性。

4 完善土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的有效措施

首先，合理布局工程結(jié)構(gòu)。發(fā)生地震后，外部能量會(huì)以較快的速度轉(zhuǎn)化或傳遞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，構(gòu)建物應(yīng)形成完整的雙向抗側(cè)力體系，保證梁和墻等中軸線處于相同的平面。此外，在地震中還會(huì)出現(xiàn)彎剪力破壞，在墻的底部出現(xiàn)塑性屈服。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)確保連梁的形變水平以及梁端部產(chǎn)生較為明顯的塑性屈服。并在設(shè)計(jì)中始終堅(jiān)持強(qiáng)墻弱梁的原則，不斷提高墻肢的承載力，進(jìn)而強(qiáng)化墻體的抗震效果，防止剪力墻受到地震作用而遭到破壞。

其次，在策劃土木工程的過程中，應(yīng)高度重視抗震等級(jí)這一要素，采取有效措施處理好土木工程墻、柱和梁以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)，以此改進(jìn)結(jié)構(gòu)抗震的效果。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中注意考量鋼筋混凝土的延展性及承載力，嚴(yán)格把控柱截面面積和軸壓比，并對(duì)構(gòu)造筋的處理予以高度重視。

再次，注意提高節(jié)點(diǎn)防護(hù)的質(zhì)量。設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)提高框架內(nèi)同一水平柱兩側(cè)的屈服強(qiáng)度，充分?jǐn)U散柱端與梁端的塑性鉸，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震性能的目的。

最后，科學(xué)組織抗震防線，發(fā)生地震后需保證所有構(gòu)造均可有效傳遞能量，從而起到保護(hù)建筑物的作用。

5 結(jié)語

在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)綜合水平直接影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們必須要高度重視抗震設(shè)計(jì)。始終堅(jiān)持抗震設(shè)計(jì)的基本原則，嚴(yán)格把控抗震設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)，并采取有效措施不斷優(yōu)化和改善結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，讓土建工程高質(zhì)量竣工。