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

付明芳

（晉中市建筑勘察設(shè)計(jì)院，山西 晉中 030600）

0 引言

土木工程項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)作為比較關(guān)鍵的構(gòu)成部分，一旦在該方面出現(xiàn)偏差問題，則必然會(huì)影響到整個(gè)土木工程項(xiàng)目的應(yīng)用效果，甚至可能出現(xiàn)嚴(yán)重安全事故，導(dǎo)致土木工程項(xiàng)目出現(xiàn)變形或者坍塌風(fēng)險(xiǎn)。為了確保土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，切實(shí)做好前期設(shè)計(jì)工作極為必要，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮各方面要求，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生偏差問題。抗震設(shè)計(jì)作為土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的任務(wù)，必然也就需要引起設(shè)計(jì)人員高度重視，要求確保土木工程結(jié)構(gòu)具備理想的抗震性能，可以較好實(shí)現(xiàn)對(duì)于地震作用的積極應(yīng)對(duì)，由此規(guī)避土木工程項(xiàng)目可能在地震作用下出現(xiàn)的嚴(yán)重受損問題，相關(guān)研究極為必要。

1 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)概述

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要，作為確保土木工程結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定可靠運(yùn)用的關(guān)鍵條件，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重點(diǎn)圍繞著土木工程項(xiàng)目可能面臨的地震危害進(jìn)行積極應(yīng)對(duì)，以便促使土木工程項(xiàng)目可以在地震作用下形成較為理想的穩(wěn)定性，由此解決自身結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的變形或者受損問題。在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)工作開展中，設(shè)計(jì)人員往往需要首先明確項(xiàng)目面臨的抗震要求，對(duì)于相應(yīng)抗震強(qiáng)度予以明確，從土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、延性以及軸壓比等多個(gè)方面著手，確保相應(yīng)土木工程結(jié)構(gòu)體系更為穩(wěn)定可靠，降低地震災(zāi)害帶來的不良損失和威脅。

具體到土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的要求來看，往往需要確保相應(yīng)土木工程結(jié)構(gòu)體系具備“大震不倒、中震可修、小震不壞”的應(yīng)用效果，能夠在面對(duì)該區(qū)域常見地震災(zāi)害時(shí)，形成理想的安全保障作用，避免相關(guān)人員以及財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重影響[1]。為了有效提升土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)水平，設(shè)計(jì)人員往往需要首先準(zhǔn)確掌握抗震設(shè)計(jì)要求，對(duì)于土木工程項(xiàng)目的抗震強(qiáng)度予以明確，進(jìn)而切實(shí)做好抗震分析工作，借助于必要的計(jì)算分析手段，應(yīng)用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，分析土木工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)效果，由此更好為針對(duì)性防控提供指導(dǎo)意見。當(dāng)然，為了更好優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)人員還需要靈活運(yùn)用各個(gè)抗震措施，尤其是對(duì)于土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系的選型、地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)處理以及結(jié)構(gòu)材料的選用等，都需要設(shè)計(jì)人員予以高度重視，以便結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際狀況予以合理設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)體系安全性。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)要求

2.1 規(guī)范性要求

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中開展抗震設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該首先注重滿足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的基本要求，確保土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系可以具備相匹配的抗震性能，嚴(yán)禁在任何方面出現(xiàn)違規(guī)問題。基于這種規(guī)范性要求的落實(shí)，設(shè)計(jì)人員除了要從土木工程結(jié)構(gòu)抗震性能的整體要求出發(fā)，確保相應(yīng)設(shè)計(jì)方案具備理想的抗震效果，往往還需要重點(diǎn)從各個(gè)細(xì)節(jié)著手，避免在任何構(gòu)件或者是任何節(jié)點(diǎn)處理中出現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的問題。比如設(shè)計(jì)人員在依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范明確土木工程結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)后，還需要重點(diǎn)圍繞著一些具體的細(xì)節(jié)要求予以踐行，尤其是對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)受力狀況以及荷載方木年的規(guī)定，更是需要設(shè)計(jì)人員予以準(zhǔn)確掌握，由此更好完成土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)然，為了較好體現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范性，設(shè)計(jì)人員往往還需要重點(diǎn)規(guī)避經(jīng)驗(yàn)主義，要求能夠從標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范出發(fā)，確保相應(yīng)抗震設(shè)計(jì)工作能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的合理性和可靠性，降低人為因素干擾出現(xiàn)的土木工程結(jié)構(gòu)體系抗震性能不足問題[2]。

2.2 簡潔性要求

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)工作的開展，為了形成較為理想的整體結(jié)構(gòu)抗震性能的提升，設(shè)計(jì)人員還需要遵循簡潔性要求，盡可能促使土木工程結(jié)構(gòu)體系較為簡潔，促使各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安排較為合理，由此更好改善整個(gè)結(jié)構(gòu)體系傳力效果。在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果相應(yīng)結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性較為突出，存在著較多不必要的構(gòu)件或者是平面結(jié)構(gòu)不規(guī)范，則必然會(huì)影響到結(jié)構(gòu)體系的整體抗震效果，容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)以及傳力不順暢問題，在地震作用下容易出現(xiàn)嚴(yán)重受損問題。因此，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)處理時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在較好滿足土木工程項(xiàng)目應(yīng)有功能價(jià)值的同時(shí)，注重從結(jié)構(gòu)簡化入手，盡可能促使各個(gè)構(gòu)件之間的關(guān)系較為協(xié)調(diào)有序，減少不必要的節(jié)點(diǎn)，如此也就可以促使土木工程結(jié)構(gòu)體系在面對(duì)地震作用力時(shí)，形成理想的傳遞以及應(yīng)對(duì)效果，進(jìn)而表現(xiàn)出更為理想的抗震性能。

2.3 協(xié)調(diào)性要求

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)還應(yīng)該滿足協(xié)調(diào)性要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該確保土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系具備理想的內(nèi)部協(xié)調(diào)表現(xiàn)，能夠在長期應(yīng)用中表現(xiàn)出理想的穩(wěn)定性，避免因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系中存在嚴(yán)重沖突或者相互矛盾因素，致使土木工程結(jié)構(gòu)體系的整體抗震效果受到嚴(yán)重影響和危害。比如對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的重心以及剛心，設(shè)計(jì)人員就需要促使兩者存在較為理想的協(xié)調(diào)關(guān)系，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，盡量促使兩者能夠保持一致，避免因?yàn)閮烧唛g存在較為明顯的差異，致使整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)體系的抗震效果受到影響[3]。此外，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性優(yōu)化，還需要設(shè)計(jì)人員綜合考慮到土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該關(guān)注的其他因素，比如土木工程項(xiàng)目的美觀性、實(shí)用性以及耐久性等指標(biāo)，就需要設(shè)計(jì)人員在確保土木工程結(jié)構(gòu)體系具備理想抗震性能的基礎(chǔ)上，予以協(xié)調(diào)兼顧，由此更大程度上提升土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案水平，同時(shí)規(guī)避其他因素給土木工程結(jié)構(gòu)抗震性能帶來的影響。

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

3.1 結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)工作開展應(yīng)該首先從材料著手，材料的選用狀況直接關(guān)系到土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)用效果，進(jìn)而和整體結(jié)構(gòu)抗震性能掛鉤，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合具體需求予以針對(duì)性控制，確保相應(yīng)構(gòu)件在使用中能夠具備理想抗震性能。基于土木工程結(jié)構(gòu)材料入手進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該從材料類型著手，考慮到土木工程項(xiàng)目的實(shí)際狀況，當(dāng)前比較常用的結(jié)構(gòu)材料為鋼筋和混凝土，鋼混結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以在土木工程項(xiàng)目中表現(xiàn)出理想的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠在地震作用下形成理想的應(yīng)對(duì)效果，抗震性能往往較為優(yōu)越。但是具體到土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土材料的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員還需要重點(diǎn)考慮到材料相互搭配使用狀況，比如針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的植筋率就需要嚴(yán)格把關(guān)，以便促使相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以表現(xiàn)出較為理想的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，尤其是對(duì)于一些薄弱位置以及不規(guī)則位置，設(shè)計(jì)人員更是需要通過適當(dāng)增加植筋率的方式，促使其抗震性能可以得到有效保障[4]。在此基礎(chǔ)上，具體到鋼筋材料以及混凝土材料的選用中，設(shè)計(jì)人員還需要從型號(hào)著手，確保相應(yīng)材料型號(hào)選擇較為適宜合理，能夠較好表現(xiàn)出理想的抗震性能，尤其是對(duì)于混凝土材料的級(jí)配，更是需要重點(diǎn)控制，除了要考慮到施工要求以及耐久性條件，還需要從抗震性能著手，避免選擇抗震性能不佳的混凝土材料類型，由此更好優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)體系的抗震效果。

3.2 抗震強(qiáng)度確定

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)工作的開展，設(shè)計(jì)人員還需要注重首先明確抗震強(qiáng)度，這也是決定后續(xù)土木工程結(jié)構(gòu)其他抗震設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵前提，避免在該方面產(chǎn)生不利影響和錯(cuò)誤指導(dǎo)。基于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震等級(jí)的確定而言，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重點(diǎn)結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，考慮土木工程所處區(qū)域的實(shí)際狀況，同時(shí)兼顧后續(xù)土木工程項(xiàng)目的應(yīng)用要求，進(jìn)而確定好土木工程項(xiàng)目抗震等級(jí)，對(duì)于抗震強(qiáng)度予以明確[5]。當(dāng)然，為了促使土木工程結(jié)構(gòu)體系的抗震強(qiáng)度確定適宜合理，設(shè)計(jì)人員除了要從基本抗震等級(jí)以及設(shè)防烈度等入手把關(guān)分析，往往還需要重點(diǎn)兼顧土木工程結(jié)構(gòu)體形狀況、型式以及材質(zhì)等，由此更好實(shí)現(xiàn)對(duì)于抗震設(shè)計(jì)工作的優(yōu)化落實(shí)，避免在抗震強(qiáng)度方面出現(xiàn)嚴(yán)重偏差問題。

3.3 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)工作的開展還需要從地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)入手，確保相應(yīng)地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具備理想的穩(wěn)定性，能夠?yàn)榍袑?shí)優(yōu)化整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)體系的抗震性能提供支持，解決來自于地基基礎(chǔ)方面的不利影響和危害。基于土木工程項(xiàng)目地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)處理，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注重首先從項(xiàng)目所處區(qū)域的水文地質(zhì)狀況著手，分析這些水文地質(zhì)條件可能對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)體系的抗震性能產(chǎn)生的影響，進(jìn)而促使后續(xù)設(shè)計(jì)方案更具針對(duì)性。比如針對(duì)土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)所處區(qū)域中存在的軟土地基，設(shè)計(jì)人員就需要予以必要加固設(shè)計(jì)，促使其具備更強(qiáng)穩(wěn)定性和承載力，進(jìn)而才能夠在地震作用下形成理想的積極應(yīng)對(duì)效果。在此基礎(chǔ)上，土木工程項(xiàng)目地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中抗震性能方面的思考還需要重點(diǎn)考慮到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選型以及布置狀況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合分析評(píng)估不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在抗震性能方面的表現(xiàn)，進(jìn)而密切結(jié)合土木工程項(xiàng)目的實(shí)際狀況，選擇最為適宜合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，避免在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面出現(xiàn)抗震隱患。在土木工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了確保其能夠形成理想的抗震性能，設(shè)計(jì)人員往往還需要重點(diǎn)關(guān)注于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的一些特殊組成部分，尤其是對(duì)于嵌固層，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重點(diǎn)考慮其可能對(duì)于抗震性能帶來的不利影響和危害，進(jìn)而合理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從構(gòu)件以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)入手，確保土木工程地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定可靠，且能夠形成整體性效果，可以為土木工程項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)提供可靠支持[6]。

3.4 結(jié)構(gòu)選型

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)工作的開展同樣需要從結(jié)構(gòu)選型入手，不同土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系在抗震方面的表現(xiàn)不同，相應(yīng)抗震設(shè)計(jì)工作同樣也存在明顯差異，要求設(shè)計(jì)人員能夠予以針對(duì)性處理，避免在整體結(jié)構(gòu)抗震性能方面出現(xiàn)偏差問題。結(jié)合當(dāng)前我國土木工程項(xiàng)目中比較常用的結(jié)構(gòu)類型來看，框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較為常見，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合土木工程項(xiàng)目的功能定位以及實(shí)際應(yīng)用要求，確定好較為匹配的結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)而從抗震性能入手予以分析把關(guān)，確保相應(yīng)結(jié)構(gòu)體系可以表現(xiàn)出理想的抗震效果。具體到土木工程結(jié)構(gòu)選型后的抗震設(shè)計(jì)工作進(jìn)行分析，最為關(guān)鍵的工作任務(wù)就是切實(shí)做好力學(xué)分析工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注重切實(shí)做好受力分析，從土木工程結(jié)構(gòu)體系中的各個(gè)構(gòu)件著手，明確其傳力路徑，進(jìn)而做好力學(xué)分析計(jì)算，分析判斷是否可以在實(shí)際應(yīng)用中具備理想的地震作用力應(yīng)對(duì)效果，以此更好提升整體結(jié)構(gòu)抗震水平。因?yàn)楫?dāng)前土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系越來越復(fù)雜，為了更好提升結(jié)構(gòu)選型后的受力分析準(zhǔn)確度，設(shè)計(jì)人員往往還需要輔助運(yùn)用一些先進(jìn)設(shè)計(jì)工具，尤其是對(duì)于自帶計(jì)算功能的一些設(shè)計(jì)軟件，更是可以在該方面發(fā)揮積極作用，成為土木工程結(jié)構(gòu)選型中抗震設(shè)計(jì)工作優(yōu)化落實(shí)的重要輔助手段，應(yīng)該引起設(shè)計(jì)人員重視。

3.5 抗震裝置應(yīng)用

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)工作的開展還需要重點(diǎn)考慮到抗震裝置的恰當(dāng)運(yùn)用，以便促使土木工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系能夠具備理想的隔震以及減震效果，避免土木工程結(jié)構(gòu)體系在較大地震作用下受到嚴(yán)重影響和危害。在土木工程結(jié)構(gòu)體系中融入運(yùn)用抗震裝置時(shí)，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)該注重選擇恰當(dāng)?shù)陌惭b位置，確保相應(yīng)抗震裝置能夠緩解該部位存在的抗震不良問題，促使其具備理想穩(wěn)定效果。具體到土木工程結(jié)構(gòu)中不同類型的抗震裝置應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員同樣也需要體現(xiàn)出針對(duì)性，比如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器以及各類抗震支架的應(yīng)用都需要設(shè)計(jì)人員靈活選用和優(yōu)化布置，促使其可以在有效融入土木工程結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，選擇最佳型號(hào)，更好發(fā)揮出自身應(yīng)有的抗震作用[7]。

4 結(jié)語

綜上所述，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的重要性不容忽視，為了更好優(yōu)化整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的抗震效果，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注重明確基本設(shè)計(jì)原則和要求，確保土木工程結(jié)構(gòu)體系較為規(guī)范、簡潔和協(xié)調(diào)，進(jìn)而重點(diǎn)把握好各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和影響因素，促使其可以在后續(xù)長期應(yīng)用中具備較強(qiáng)抗震性能。