談土木工程結構設計中的抗震研究

霍嘉豪

（許昌學院,河南 許昌 461000）

談土木工程結構設計中的抗震研究

霍嘉豪

（許昌學院,河南 許昌 461000）

地震通常會對周圍環境帶來嚴重的災難性破壞和威脅到居民的人身安全，要對土木工程結構進行抗震設計來減緩地震發生時對建筑的破壞作用，本文通過分析土木工程結構設計中影響抗震能力的因素，深入探討了土木工程結構優化抗震設計方案，使建筑結構設計達到理想方案，獲得良好的抗震性能。

土木工程；抗震能力；結構設計；承載能力

1 土木工程結構抗震設計的重要性和研究現狀

當地殼運動時會對周圍環境產生嚴重的災難性破壞，如果地震強度較大會嚴重危害人民群眾的人身安全和財產安全，隨著社會經濟的發展和科技的進步，建筑行業蓬勃發展，使用混凝土的建筑較為牢固能夠在產生地震時有效保護人民的生命安全，所以要對土木工程結構進行抗震設計，以防出現地震自然災害威脅到群眾的人身安全，減少對群眾生活的不利影響。

由于地震自身的特性，發生時間較為隨機，最先進的測量設備也不可能準確進行預測，所以要對土木建筑進行抗震設計來保證當地震出現時，不會產生較為嚴重的變形和結構破壞，結合土木結構抗震理論和相關歷史經驗，提高土木結構的抗震能力以及承載力，在進行設計時必須要根據以往地震對結構造成的破壞程度來創新設計，從整體布局出發，統籌內部結構來推動土木工程結構的抗震研究取得一定的成果。

土木工程的結構具有自身的特性，土木建筑需要較多的層數來承載更多的居民，高層除了結構本身的重量要承載之外，還要關注高層受到的風力等自然壓力，在進行土木工程結構設計時要將抗側力放在重要的位置上，不同的高度會受到不同的風荷載和地震的破壞程度。

土木結構的抗震設計相比較于其他結構的抗震設計需要更加嚴苛，不僅要考慮到結構本身的承載能力，還要兼顧到結構本身的抗震能力，這樣在遇到地震時才不會發生嚴重的破壞或者倒塌情況。要對土木結構延性進行計算，這項工作較為復雜和繁瑣，最好的手段是利用其結構的構造措施來進行計算，為了提高結構的良性要在高層建筑的設計中對構建和原料設定較高的質量標準，為了減少土木結構建筑的變形情況需要在其設計中減小剪力墻的橫截面積。

在目前的土木結構抗震設計中，出現了許多新型框架土木結構來提高高層建筑的抗震能力和承載能力，當地震發生時水平力通常對土木結構設計具有重大影響，但是隨著建筑抗震性能的逐漸優化升級，剪切力承重墻的結構剛度越來越大，懸掛結構越來越少，多筒嵌套結構應用越來越多，在土木結構領域中對于抗震研究越來越準確深入。

2 土木工程結構設計中影響抗震能力的因素

2.1 結構高度

為了減少土木結構因為地震造成的損壞，要在土木工程結構中加強抗震設計來提高其安全性，在抗震結構設計中存在一些影響因素，首先最重要的就是土木工程結構中的高度因素，不同高度的土木工程結構需要進行不同的抗震設計，當地震發生時，層數較少的建筑會受到較小的損壞，所以在進行建筑設計時不能一味追求外觀形象的獨特而建造過高的建筑結構，在進行抗震設計時要關注土木工程的結構高度，根據結構內部受力情況準確計算抗震效果來進行合理科學的規劃。

2.2 場地選擇

場地選擇也是在土木工程結構設計中影響抗震能力的重要因素，地理環境的不同可能出現地震的概率也不同，受到地震破壞的程度也有所差異，所以在進行土木工程建筑設計時要進行選址，寬闊的場所能夠有效提高建筑結構的抗震能力，并且能夠建造一個堅實牢固的地基，良好的地基是一個土木工程結構穩定性和安全性的前提條件，只有修建良好的地基才能從根本上保證土木工程結構的抗震能力，如果在場所的選擇上出現問題，就會導致建筑結構無法在地震時有所抵抗，土地的選擇也需要較為堅硬且密實，在容易出現滑坡的地方和靠近山坡的地方要盡量減少建筑施工。提高在土木工程結構設計中對建筑設計的簡練性，花哨的外觀不會減少地震帶來的損害，要將內部構建的承載力和受力情況進行準確計算來提升結構的抗震能力。

2.3 材料的選擇

不同的材料會使得土木工程結構中抗震設計取得不同的效果，如果建筑材料本身就具有較硬的強度，不輕易產生變形，能夠在結構中避免建筑發生坍塌的情況，我國普遍的土木工程建筑都使用鋼筋混凝土作為一般建筑材料，但這一材料的硬度和韌性都較低，容易產生彎曲、側移和變形的狀況，所以在進行抗震設計時一般不選擇鋼筋混凝土作為原料，而是選擇具有較強硬度和韌性的鋼結構作為抗震建筑材料。在材料的選擇上要堅持科學、實用和有效的原則，確保建筑結構能夠達到抗震設計中承載強度和剛度的目標要求，將內部結構進行穩定的連接，確保柱體和隔板之間具有充分的空間，提高土木工程結構建筑豎直水平上的抗震能力。

2.4 豎向設計的均勻性

要進行土木工程結構的抗震設計就必須考慮到結構內部豎向設計的均勻性，關注建筑橫隔層的尺寸和規模符合標準要求，將分隔層的承重均勻開來，為了減少外來壓力的負面作用，提高土木工程結構本身的剛度和延性就需要將結構中的開設洞口按照標準要求盡量整齊和規則，豎向設計均勻性能夠推動地震發生時將地震能力吸收進來或發散出去，可以利用鋼結構來保證水平面的統一性和均勻性。

3 土木工程結構優化抗震設計方案

3.1 樹立土木工程結構抗震設計理念

隨著建筑行業的蓬勃發展和建筑技術的進步，在建筑設計中越來越多的人開始應用到計算機而不是傳統的手工圖紙設計，但是在應用計算機進行設計的同時沒有關注到設計的規則性，缺乏一套關于設計的標準要求和章程，要提高建樹結構抗震設計方案就要樹立一個結構抗震設計意識，建立概念設計理念。隨著建筑工藝的不斷提高越來越多的建筑結構越來越高，要應對地震產生時的外來壓力越來越復雜，在建筑設計上的計算越來越繁瑣，所以要優化土木工程結構抗震設計就應該廣范圍地應用概念設計。概念設計有其科學合理性和實用性，僅根據計算數據和檔案資料不能為抗震設計提供詳細的設計方案，要滿足抗震需求就需要進行概念設計來建立一個完善的整體架構，模擬出一個較為客觀和真實的模型來進行抗震結構設計。

3.2 設置抗震防線

要優化土木工程的結構抗震設計就要設置多個抗震防線來減少地震的沖擊力和破壞力，能夠有效提高建筑整體的穩定性和抗震性。當地震發生時，具有較好的延展性的部件會發揮較大的抗震作用，所以第一道抗震防線一定要以良好延性和高質量的部件為基礎，最大程度上化解地震波對土木工程結構的沖擊力。抗震設計要遵循多層級性和完善性的原則，當設置地震防線時要確保每一個構件都發揮到自身的效能來保護建筑建構的完整，對各個連接點進行著重保護，例如將同一水平的柱兩端進行延長設計，有效分散柱端和梁端的塑性來提高結構的抗震能力和實用性。除此以外還要充分優化升級結構的剛度與強度，較強的剛度和強度結構能夠有效吸收地震能力波。

3.3 加強隔震以及消能減震設計

土木工程結構內部結構的連接點需要使用隔震材料來減緩地震發生時的沖擊波，當地震發生時沖擊波帶來的能力不斷從結構底部傳達到頂部，一旦傳遞的能力超過結構的負荷能力結構就會崩潰，如果在連接點上使用隔震材料作為隔震裝置，減緩地震帶來的沖擊波能量如果地震登記超過七級就會對土木工程結構產生破壞性影響。高層建筑由于自身的高度不能夠設置隔震裝置，不會起到明顯效果，所以隔震和效能減震適合于地層建筑結構，利用橡膠墊和隔震材料來增強摩擦和粘性，較好延性的建筑材料可以作為抗震和效能減震的構建，例如某些橋梁上使用了新型耗能減震裝置，利用隔震支座來起到對建筑物的支撐作用和恢復能力，將地震帶來的能量吸收掉部分。施工單位需要對地震可能產生時的走向進行分析，在進行建造時盡量讓土木工程結構與地震走向呈現垂直的方向。

3.4 選擇合適的建造場地

場地的選擇時影響土木工程抗震能力的重要因素，所以要對土木工程進行抗震設計時就要考慮到施工場地的實際情況，實際考察場地的地基情況并作調研，如果土木工程的地基不夠平穩會帶來較大的安全隱患。除了地基的穩定性之外還要保證施工場所較為平坦和開闊，一旦在地震中發生斷層和滑坡情況，開闊平坦的場地會減少損失，地基保持在一個較為穩定安全的狀態，從而提高了土木工程結構設計中的抗震能力。

3.5 劃分抗震等級

土木工程結構需要根據抗震等級來進行抗震設計，不同抗震等級需要使用到的人力物力資源和設計有所差異，根據不同等級的標準，結構中的梁和墻結構有所差異，越高抗震等級的結構的建筑抗震性能越好，防護標準越高，確保在高強度地震發生時建筑建構還具有較強的延展性和韌性，確保建筑在地震能力沖擊時保持結構較為完整。要將工程結構的每一個節點都不能被損壞，梁柱來分散地震帶來的沖擊力，推動柱端與梁連接時具有一定的塑膠性來提高自身的抗震能力。

3.6 優化土木工程結構

在對土木工程結構進行設計時，要提高抗震能力需要對結構進行優化，將各個因素充分考慮設計在內，包括抗側力的體型、荷載能力、建筑場地和外形等，這些因素在設計時感覺較為簡易，但是在實際情況中容易因為建筑人員的失誤沒有達到既定標準要求，建筑設計的外形為了追求美觀，建筑人員很難將施工方案簡單化，對于出現的問題一般進行控制和管理而不是徹底解決。我國缺乏對建筑結構設計的詳細規定和相關規章制度，缺乏建筑經驗的設計者就無法滿足土木工程結構的設計要求，進行的設計偏離建筑結構的實際情況，或者將較為科學合理的設計進行了更改，對于建筑結構設計具有負面影響。

在土木工程結構的設計中，最重要的就是要優化結構抗側力的體形，韌性較好的結構設計方案能夠防止結構在壓力下出現變形和縫隙，保證圍護結構的安全穩定性，土木工程結構要提高減弱地震能力的沖擊就要使用越多的塑性鉸，確保一定數目的超靜定，抗側力體系要構成一個雙向的，促使柱端和梁、墻在水平上保持一個方向，當地震對結構造成破壞作用時圍護結構底部產生塑性屈服來減緩對結構的損害，堅持墻強梁弱的原則來提高墻段的承載能力和抗震性能，避免剪力破壞結構穩定性。所以要從建筑結構的整體性出發，對桿件的軸力進行科學合理的設計，為了提高整個結構的延展性需要提高構件彎曲耗能效果。

3.7 培養相關人才

要加強土木工程結構中的抗震設計就要不斷推動專業院校培養出抗震結構設計的專業人才，通過對抗震結構設計的專業課程學習，將理論知識與實踐能力結合起來提高抗震設計能力，通過建筑抗震設計比賽和時間活動來提高這一領域學生設計的熱情和動力，充分挖掘這一專業學生的潛能和不斷提升個人能力，要培養全方位、多層次的專業型建筑人才就需要在培養過程中不斷鼓勵和引導，推動學生對結構抗震設計不斷探索和研究，使其具備優秀的理論知識和專業之間能力，為優化抗震結構設計貢獻出自己的力量。

3.8 使用防震材料

在土木工程結構的地基建設時應用隔震材料，減緩地震沖擊波帶來的損害，傳統中應用的防震材料是粘土和砂子，隨著抗震技術的不斷發展，新型的防震材料為瀝青，將其鋪設在建筑地基底部能夠取得更好的減震效果，對土木工程結構的圍護結構使用較輕的建筑材料來提高建筑整體的抗震能力。

4 結語

綜上所述，地震帶來的破壞較為嚴重，要確保人民的生命安全和財產安全就要對土木工程建設的抗震設計進行優化，將結構的安全和穩定放在設計的第一位，從結構設計上使建筑結構達到理想的抗震效果，抗震結構設計是目前土木工程結構設計的必然發展趨勢和關注點，要進行科學合理的抗震設計，提高抗震技術，推動土木工程結構設計的不斷發展。

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[4]默亞卿.淺談建筑結構設計中的抗震研究[J].商品與質量·建筑與發展,2014(04):1039.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.086

霍嘉豪（1995-）,男,河北唐山人,本科,學生,研究方向:土木工程。