探討土木工程結構設計中的抗震設計要點

孫國輝

摘要：本文將從當前抗震設計概況出發，對結構設計之中抗震的設計要點進行分析與探究，希望為相關人員提供一些幫助和建議。

關鍵詞：抗震設計;結構設計;土木工程

通常來講，結構設計包括產品的結構設計和建筑的結構設計，在土木工程之中，結構設計分為基礎設計與上部結構設計，包括輕鋼結構、鋼結構、磚混結構、剪力墻結構等多種結構的設計。

一、當前抗震設計概況

所謂抗震設計，指的是一種針對地震區工程結構的專項設計，使其符合地震作用之下土木工程經濟性、結構安全等多種要求，通常包含抗震的設計要點與抗震的具體措施兩部分內容。其中，設計要點是將結構動力學當作基礎，對地震作用之下結構出現的反應進行分析與計算的要點，而具體措施包括處理地基基礎、結構選型、總體布置、相關構造措施等。在我國，抗震的國家標準與法律法規落實的非常充分，發布了抗震設防有關標準、抗震防災有關規定，并詳細劃分了建筑物抗震的防災規劃、責任規劃、設防分類等。抗震防災有關規定指出，在多遇地震的情況下，城市應具有正常的一般功能，在地震與抗震設防烈度相近的情況下，城市應具有基本正常的生命線系統與基本功能，工礦企業需要快速恢復生產或能夠正常生產，在罕遇地震的情況下，城市功能需達到不癱瘓的程度，生命線工程、要害系統不可以被嚴重的破壞，也不能出現重大次生災害。

二、結構設計之中抗震的設計要點

（一）需注意的設計要點

1.結構設計

在土木工程之中，結構設計有多方面的要求。一是結構體系的要求，對于土木工程的建筑結構高度，應按照有關設計要求嚴格開展設計工作，若建筑的結構過高，或是特殊的不規則超建筑、處在四類場地等狀況時，應進行結構的適當調整。

二是結構計算的要求，針對建筑結構中存在的非荷載作用及荷載作用，在計算時可參照彈性的方法，內力會受到非荷載的作用所影響，需要在計算時加入混凝土所受徐變的影響，并進行一定折減。建筑結構需要把滿足具體情況的計算簡圖當成根據，引入扭轉的影響內容，運用三維立體空間分析的方法，使用兩個以上力學模型來開展計算復核的工作，與此同時，對于建筑結構所具備的重力荷載，需要先展開施工模擬的有關計算，將其形成重力荷載過程、結構剛度等充分反映出來。

2.抗震設計

抗震設計通常包括設防烈度與地震作用等內容。首先，應對建筑自身的抗震性能進行設計，一般根據6度至9度地震產生的危害當作主要標準來計算與設計，計算地震作用的過程中需要遵守以下規則，甲類建筑應根據借助專門地震動參數來計算，乙類建筑應根據四類場地進行設防計算，如果建筑位于一類至三類的場地，那么建筑不需要地震作用計算環節，如果建筑位于四類場地，那么設防過程中需要根據相應設防烈度來計算。

其次，應對地震作用的主要方法進行考慮。正交布置抗側力結構的過程之中，需要分別對建筑結構兩個不同方向所受水平地震的主要作用進行考慮，如果抗側力的結構存在斜交，那么需要對不同斜交方向所受水平地震的主要作用進行分別考慮，若有剛度和質量不均勻、不對稱的問題，需要對水平地震帶來的扭轉影響進行考慮，部分設防還應考慮水平地震與豎向地震雙重作用下不利的組合。

最后，應選取計算地震作用的方法。按照不同類型的建筑結構，工作人員應根據具體的狀況進行計算地震作用方法的選取。一般來說，彈性動力時程、振型反應譜等方法較為常用，針對部分建筑結構的剛度和質量豎向不均勻分布或是建筑體系較為復雜的情況，應借助動力時程的彈塑性補充法來計算^[1]。

3.位移的限值

有些建筑的高寬相對較大，受地震和風力等作用會有層間位移發生，其計算值應比一般結構位移下的限制要高，可利用限制層間位移角的方法來進行完善與優化。現階段，西方發達國家對于層間位移的限值規定非常寬松，對其它有關因素的考慮也比較簡單，使用的參數、限制有所不同。而國內在層間位移的限值規定方面會對比較復雜的因素進行考慮，側向荷載類型、裝修標準、結構體系、結構材料等都和限制大小存在一定關系，特別是鋼筋混凝土對于結構限值的規定最嚴格，且風荷載限值比地震作用的限值要嚴格。

（二）抗震設計的方法

進行抗震結構設計的過程中，設計人員應盡量選取剛度和質量在高度方面分布均勻的結構，或是與單質點體系類似的結構，它的高度一般低于40米，能夠有效簡化底部的剪力法結構，讓抗震效果大大提高。對于一些有高度范圍限制的高層、甲類建筑、非常不規則建筑等，需要通過時程分析法補充計算多遇地震的情況，并使用計算的時程曲線平均結果或反應譜法結果最大值。如果建筑物在軟土層的區域，需要加固基層的建筑結構，讓建筑物基層的牢固程度大大增加，從而對地面建筑抗震水平進行鞏固。建筑公司可以事先派專業設計人員前往施工現場進行地質勘查，充分把握軟土地基所具有的構造，從而對根基牢固的程度進行有效控制。

（三）抗震設計的措施

1.合理選取建筑結構

設計人員應加強對分析結構載重范圍的重視，為了讓土木建筑的安全性與穩定性得到保證，開展抗震設計的過程之中，應仔細觀察建筑材料變形與否，這在結構穩定性方面影響極大。并且，設計人員應加強對設置建筑物結構平面的重視。針對土木建筑開展抗震設計的過程之中，應全面布置好立面與平面，讓建筑準確度得到保證，數據的管理工作也要嚴格參照有關規定，提高數據精確性與準確性^[2]。

2.正確選取建筑場地

土木建筑方面的抗震設計還應對建筑場地進行有效、正確的選取，若選取的場地不合理，容易使建筑抗震的水平降低，并且出現地震后會帶來相應的地質活動，由此我們不難發現，選取建筑場地的過程之中，因盡量對開闊與平坦的建筑場地進行選取。

3.科學設置建筑防線

在地震發生之時，如果土木建筑的抗震防線更多，建筑結構就具有更高的抗震水平，那么人們的生存幾率就更高。為了做到這一點，一方面，使用的材料應具有良好性能，另一方面，通過合理的抗震部件設置其它的防線，讓地震帶來的沖擊力減少，使地震具有的破壞力有效降低，從而減小地震損失。

結語：

總而言之，研究結構設計之中抗震的設計要點具有十分重要的意義。土木工程設計人員應對當前抗震設計概況有一個全面的了解，明確抗震設計過程之中需注意的設計要點，掌握抗震設計的方法，并通過有效措施提升抗震設計的效果，從而增強土木建筑具備的抗震質量，增強建筑的穩定性。

參考文獻

[1]張嵐.中國土木工程學會建筑市場與招標投標研究分會第七屆理事會第一次擴大會議暨學術經驗交流會在長沙召開[J].建筑市場與招標投標，2018（06）：29.

[2]張小義，孫博，郭秋蘭，等.“新工科”背景下高校新興工程技術人才培養探析——以新余學院土木工程專業建設與教學改革為例[J].人才資源開發，2018（21）：29-30.

（作者單位：湖南工業大學 土木工程學院）