新時期土木工程結構抗震設計策略

李 騰

大理電力設計院有限責任公司，云南大理 671003

近年來，由于全球信息化水平的不斷提升，人們能接觸到的與地震有關的訊息也越來越多，在這樣的背景之下，人們對于建筑自身所體現出的抗震性能的關注程度也越來越高。對于本文所討論的問題來說，土木工程在結構設計上所體現出的抗震性能是整體建筑抗震性能的根本。新的時期的新的要求，根據現狀對土木工程結構抗震設計策略進行研究是非常有必要的；同時，抗震設計也應全過程的在土工工程中有所體現，本文將在后續內容中進行詳細分析。

1 土木工程結構抗震設計應遵循的原則

1.1 結構形狀應盡量簡單

對于土木工程結構來說，簡單明了的形狀能輔助設計人員更迅速的計算出整體結構的受力情況，從而更好地保證抗震設計的精確性。相反的，如果土木工程在結構上的設計過于復雜，這樣的狀況不但會導致數據計算將變得更為復雜，地震對建筑物所帶來的損壞程度也會相應上升。結合這兩點內容，土木工程在結構上的設計應該是簡約且有效的，以此來避免復雜結構對后續工作產生的影響。

1.2 整體結構要科學合理

結構設計上的科學性和合理性將對建筑的抗震性能產生直接的影響，從這一點來說，在針對土木工程結構進行設計的過程中，設計人員應嚴格按照建筑物的實際情況和建設要求對其結構進行規劃。土木工程結構中的每一個連接件之間都應具備良好的穩定性和可靠性，而針對基礎、樓蓋、柱體等結構進行設計時，設計人員應能在保證這些結構自身剛度的基礎上提升整體結構的抗震性能。

1.3 結構設計應能降低地震對建筑的影響

為了提升建筑物的抗震性能，大部分工程都會在基礎與柱體之間加設一個隔離地震層，并通過這一設置來達到抗震的效果。為了進一步增強建筑物的抗震性能，施工單位可以通過在建筑物頂端加設“反擺”的方式來抵消地震所產生的作用力，進而減少地震對建筑物內部所造成的損壞。

2 抗震設計方法

2.1 抗震結構選擇

底部剪力法是現階段工程結構確定過程中最為常用的一種計算方法，這一方法主要是在地震反應譜理論的基礎上，以工程結構底部的總地震剪力與等效單質點的水平地震作用相等來確定結構總地震作用的。同時，這一方法是有一定的應用條件的，因此，在對抗震結構進行選擇的過程中，設計人員應主要選擇高度不超過40m，以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，或近似于單質點體系的結構。

2.2 不規則建筑結構的處理

針對不規則的建筑、甲類建筑及高度范圍有所限制的建筑來說，抗震結構的設計要更為復雜，在實際的設計過程中，設計人員應結合時程分析法進行多遇地震下的補充計算。簡單來說，時程分析法就是對結構動力方程直接進行積分求解的一種動力分析方法。這一分析法的應用將能在展現出結構地震反應全過程的基礎上，對地震過程中不同構件進入彈塑性變形階段的內力和變形狀態進行展示，設計人員則可以結合分析計算結果找出建筑結構中較為薄弱的部分。

2.3 土層加固處理

建筑基層的穩定性是影響建筑結構抗震性能的主要因素之一，對于這一點來說，如果建筑物所處區域為軟土層，那么施工人員就要先對建筑基層結構進行加固處理，以此來保證地面建筑的抗震性能。對于這一工作的展開來說，設計人員應首先進行地質勘察，掌握建筑所在區域的地基構造，進而提升其牢固性。

3 抗震設計要點

3.1 抗震設計要求

3.1.1 抗震設防烈度

對于甲類建筑來說，設計人員應根據地震動參數對其地震作用進行計算。對于乙類建筑，設計人員需要根據Ⅵ度設防進行計算。若乙類建筑處于Ⅰ～Ⅲ類場地上，那么這些建筑則不需要進行計算，若乙類建筑處于Ⅳ場地上，且屬于超高層建筑Ⅶ～Ⅺ設防時，那么設計人員就應按照設防烈度進行計算。

3.1.2 考量地震作用方式

在對抗震結構進行設計時，設計人員應結合地震作用特點對土木工程結構的抗震設計方案進行考量。如果建筑結構質量與剛度之間存在明顯的不對稱或不均勻的情況，此時，設計人員應著重對地震水平作用力對建筑結構的扭轉影響進行分析。當建筑屬于Ⅺ度設防時，設計人員則應結合地震在豎向上的作用力與水平方向上的作用對建筑結構產生的不利影響進行考量。

3.1.3 地震作用計算方法

對于大部分結構并不復雜的建筑，設計人員可以應用振型組合反應譜計算法、彈性動力時程法等對地震作用進行計算，而當建筑自身在結構上比較復雜或存在質量與剛度沿豎向分布不均勻的情況時，設計人員就應使用補充彈塑性動力時程法進行地震作用的分析和計算。

3.2 結構設計要求

對于土木工程抗震結構設計工作的展開來說，設計人員首先要保證的就是依照建筑設計要求來完成這一工作，同時，在針對建筑高度等進行考量的過程中，設計人員應避免這些數值超出國家標準的情況出現。在實際的設計過程中，設計人員也應及時的根據建筑現場狀況對設計方案進行調整。

在進行結構計算和分析的過程中，設計人員應依照以下規定來展開工作：首先，在針對建筑結構的荷載效應、非荷載作用進行計算時，設計人員可以使用彈性法來保證計算結果的準確性。其次，在進行計算復核的過程中，設計人員應以符合建筑實際狀況的計算簡圖為依據，運用三維空間分析法，采用兩個或兩個以上的不同力學模型來完成這一工作。最后，對于建筑結構的荷載效應來說，設計人員應通過施工模擬計算來對建筑結構剛度及重力荷載的形成過程進行展示。

3.3 層間位移限值

對于高層建筑來說，在風力與地震的共同作用下，建筑層與層之間很有可能會出現位移，通過對層間位移角的限制，這樣的狀況將能得到很好的控制。結合我國相關標準來說，鋼結構的層間位移限值為1/200～1/500，鋼混結構的層間位移應在1/400～1/700。設計人員應依據這些數據進一步的對設計方案進行完善。

4 提升土木工程結構抗震設計有效性的策略

4.1 場地選擇

針對建筑物抗震能力的設計是建立在場地選擇恰當的基礎上的，如果建筑場地本身就存在基礎不穩、土質松軟等問題，那么即使設計人員能保證設計方案的完善性，建筑物在抗震性能上的表現也難以達到建筑要求。總體來說，建筑場地應盡量選擇地勢平坦、開闊的區域，以此來保證抗震設計方案能更好的發揮作用。

4.2 建筑結構選擇

對于建筑結構的選擇來說，建筑企業應結合以下幾點內容來進行分析：

4.2.1 土木工程的載重范圍

在抗震設計的過程中，設計人員應針對建筑材料的變形情況進行觀察，以此來確保抗震設計方案能進一步的提升建筑的穩定性和安全性。

4.2.2 建筑結構平面的設置

建筑在平面和立面上的設置是影響建筑施工準確性的關鍵，在此基礎之上，相關人員應按照規定嚴格的對數據進行計算和管理，通過數據的精確度來保證實際施工過程中不會出現誤差。

4.2.3 材料的硬度和強度

建筑材料自身的硬度和強度也是影響建筑抗震性能的主要因素之一，對于這一特性來說，施工方在對建筑材料進行選擇時，應盡量選擇在硬度和強度上表現比較好的材料，以此來避免因為材料形變而影響整體建筑的穩定性和抗震性能。

4.3 設置多重抗震防線

多重抗震防線指的是：一個由若干個延性較好的分體系組成、且由延性較好的構件連接起來進行協同工作的抗震結構體系。通過這一體系的應用，如果第一道防線在地震作用下遭到破壞，第二道、第三道防線將依次接替第一道防線發揮抗震作用。這樣的處理方式能夠極大程度的避免建筑物在地震過程中出現損壞、坍塌的情況，從而更好的保證人民群眾的生命財產安全。在實際的工作過程中，施工單位應盡量選擇質量優良的材料來完成多重抗震防線的設置，同時，設計人員應保證多重抗震防線設置部件選擇的合理性，以此來保證這一抗震體系能更好的發揮出預期效用。

4.4 保證布局的科學性

合理的建筑結構布局能夠有效地減少地震能量，結合這一理論，在土木工程抗震結構設計的過程中，設計人員應首先對地震可能導致的建筑位移進行考量，通過對這一因素的預測和分析，設計人員則可以進一步的對建筑結構進行調整，以此來保證建筑結構能夠很好的削弱地震作用。對于地質硬度較大的土木工程建設來說，設計人員可以通過對建筑下層位置移動延性比的計算和分析來提升這一類建筑的抗震性能。

5 結語

綜上所述，在對土木工程結構抗震設計原則進行論述的基礎上，本文主要結合抗震設計方法、抗震設計要點等內容對具體的抗震設計策略進行了分析，最后一部分則針對提升抗震設計方案有效性的方法做了研究。總的來說，建筑物的抗震性是衡量建筑質量的主要因素之一，設計人員必須通過合理的方法來完成抗震設計工作，保證人民的生命財產安全。

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