抗震性在工程結構設計中的應用

盧俊澄

摘 要：我國由于幅員遼闊，許多地方都非常容易發生地震，因此，在工程建設當中，加強工程結構的抗震性設計是工程師在設計時主要考慮的問題之一。特別是近年來我國的工程建設腳步逐漸加快，為了應付日益頻繁的地震災害，必須要使建筑結構具有非常高的抗震能力，減少地震帶來的損失。抗震性設計是工程結構設計中的重要環節，抗震性設計要兼顧工程實際以及地震類型以使抗震效果得到最大發揮。該文正是基于此，研究地震發生時的特質，分析工程結構設計中的關鍵要素，旨在為今后的工程抗震性設計提供參考建議。

關鍵詞：抗震性 工程結構 設計 應用

中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0037-01

眾所周知，地震會對工程結構產生復雜的機理破壞，而工程抗震設計就是為了抵消地震對建筑物的不良作用，降低建筑的受影響程度，即：“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計標準。在工程結構的抗震設計上，不應將計算設計作為唯一方式，更主要的是將工程抗震理念與實踐經驗相結合。解決抗震問題主要經過定性的實際現象、物理機制分析、變化過程研究以及總結特性規律和震后情況分析等方式來解決。這些理念共同組成了抗震概念設計，即概念化設計，其主要研究結果如下。

1 我國目前工程結構抗震理論的問題

從世界各國的建筑方式來看，普遍采用吸收消耗地震作用力為主的插入式整體結構，但是對于工程結構抵抗地震作用力的受力設計與分析，則必須從結構的整體來分析建筑的抗震性能。

隨著城市化進程的不斷深入，超高層建筑的數量激增，這給建筑抗震工作帶來了更大的難度，對于這些不同種類的建筑，基礎深度的差異主要對應于地震作用的強弱，建筑基礎的深度與受地震影響的大小成正比，同時加上基礎設施的多樣化：例如地鐵、管道、電纜等地下設施都增加了地震場地的不穩定性。當前的抗震設計沒有考慮建筑本身的效果，忽略了建筑地基的地震場地效應衍生的種種問題。

2 抗震概念的關鍵要素

因為近年來我國幾次嚴重的地震災害給受災區域的經濟、群眾人身安全帶來嚴重打擊，所以目前國內抗震技術也在不斷地發展，其占工程結構設計的比重也逐漸增加。因此根據地震的形態進行抗震設計非常具有必要性。其中需要注意的有以下幾點：第一，抗震概念設計要求工程結構的形態足夠簡練。當工程各構件的受力情況清晰時，抗震設計的難度也會相應降低，同時保證了受力信息分析的準確性。且簡明的建筑結構也能降低建筑的受損害程度，避免了過多的結構薄弱點，從而保證了建筑的整體性，增強了建筑的抗震能力。第二，設計當中首先要研究豎向力的均勻分布，要保證建筑橫隔層上下部分比例的豎向收進尺寸的準確性，只有合理分析結構的豎向受力情況才能使分隔層平衡達標。洞口的開設要保證整齊規則，確保建筑整體的剛度和強度得到加強，防止因為地震外力導致剛度不穩定變化以及整體結構變形的情況出現。另外還應保證建筑的剛度和延性，這需要相同高度的層面支柱與相關連接構件保持統一。剛度均勻分布和強化結構的延性，使建筑具有更強的地震抵抗能力，同時保證填充墻的墻和柱不直接接觸，必要時可以設置防震縫。第三，建筑的基礎設計是工程結構設計的核心工作，為了使基礎更好的連接上部構件，則必須保證基礎具有承載的足夠剛度和強度，構件的鏈接應該足夠地牢固，利用設計的整體化增強建筑的水平和縱向抗震能力。第四，使結構的受力更加對稱（包含外形對稱以及立體剛度的對稱），增強工程的側向抵抗力。尤其注意要保證質量對稱，抗震性能需均勻分布共同抵抗地震外力，防止重心偏移導致結構的薄弱點暴露出來。

3 抗震概念設計的必要性

社會經濟的發展帶動了科技產業的進步，從而使社會分工也呈現多樣化發展趨勢。在這樣的大環境下，施工單位對抗震數據的計算和運作方式就應該進行革新。傳統的手工和思維模式已經存在明顯的滯后性，而計算機技術的發展正好為抗震技術數據測量提供了更為便捷和有效地技術支撐，結合以往的經驗教訓，概念設計理念逐漸被眾多的行業人士所接受。

高層建筑的結構相對復雜，所以地震發生時對受力情況的分析難度很大，使得計算結果難以保證準確性。此時只有用抗震概念設計才能預測建筑的受力情況。抗震概念設計的核心是合理性和實際性，由于受到技術手段的限制，簡單的數據計算和統計無法勝任一個建筑工程的設計，此時也只能依靠抗震概念設計才能達到設計要求。抗震概念設計能夠為設計人員提供一個真實、實用的客觀實體，使工程結構的設計更加完善。例如，當結構縱向或橫向壓力出現嚴重偏差，根據現有的計算技術，難以確定結構具有良好的抗震能力。

4 增強工程結構抗震性能的有效手段

通過對大量受到地震損壞建筑的研究以及設計人員長期的經驗積累，才得以總結出建筑抗震概念設計理論。其對于工程結構抗震的重要性不言而喻。第一，要合理布局地震對于建筑的作用力在傳遞過程中所通過的傳送和消耗途徑，保證構件的雙向抗側力體系完善，確保支柱、墻、梁的中軸線處于同一平面，當地震發生時，使其破壞形態為彎剪狀，盡量將塑性屈服控制在墻面下部，連梁則應該在梁端塑性屈服，并且保證一定程度上的可變形。在墻端完全產生抗震性能時，需要依據強墻弱梁的原則增加墻肢的負荷力，防止墻肢出現剪切破壞的情況。第二，抗震結構需要根據地震等級進行針對性的防護，墻、梁、柱的節點需要獨立處理，當地震發生時應該滿足三個水平的設置防護標準，確保建筑的結構足夠穩固。另外在地震來臨前應該使鋼筋混凝土結構具有較強的承載力以及延展性。依據強剪弱彎的標準開展設計，設計合理的截面尺寸，把握好柱的軸壓比以及構件配筋標準，特別是增強節點的結構措施。第三，為了避免地震對某一構件的損害，從而影響其他構件抗震效果的問題，則必須要設置多條抗震防線，使同一時間內其他防線都能起到抗震作用。構件的強度和剛度以及工程結構的延展性是建筑吸收地震作用力的關鍵，因此必須增強工程結構的延展性，加強構件的強度和剛度。在結構設計中要保證節點的完好，使同一平面每個柱兩端的屈服時間延長，底層柱的柱底塑性鉸產生時間適當延后，以分散梁與柱端的塑性鉸，使工程結構設計的抗震性得到充分體現。

5 結語

綜上所述，抗震概念設計在工程結構抗震設計中占有重要地位，將抗震理念反映在工程結構設計的過程中，則為設計師提供了更多的抗震手段，同時也能夠避免抗震設計的很多問題。雖然數值設計存在諸多不完善的地方，但是其也具有重要的意義，只有將數值設計以及概念設計兩者相結合，進行優勢互補，才能更充分地使計算數據的準確性得到保障。

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