土木工程結構設計中的抗震設計要點

王曉羽

（山西省工業設備安裝集團有限公司，山西太原 030000）

地震是由地殼運動產生的震動而引起的，不僅會造成人員傷亡、建筑物破壞，還會引起火災、滑坡、海嘯、水災、有毒氣體泄露、放射物質及細菌擴散等次生災害。地震是無法預測的，所以只有提高建筑的抗震等級，才能降低地震所帶來的危害。

1 土木工程結構設計中抗震設計的重要性

在日常生活中，人們大部分時間都是蝸居于建筑空間內進行工作或起居休憩，一旦發生地震，首當其沖受到影響的便是蝸居在建筑空間內部的居住者。同時，地震無法精準預測，如果房屋建筑的抗震性能較弱或達不到一定級別，當地震來襲，一些房屋建筑就可能會在居住者逃生前發生坍塌，造成人員傷亡。對此，土木工程結構設計人員必須做好相應的抗震設計（如圖1所示），加強房屋建筑的抗震性能，提升土木工程結構的整體剛度，確保土木工程結構能夠承受一定的地震沖擊而不發生傾倒或坍塌，為人們爭取寶貴的逃生時間，將地震對人類造成的損失降到最低。

圖1 抗震設計

2 土木工程結構設計中的抗震設計原則

2.1 整體原則

土木工程結構是一個系統性的整體結構，每一個環節的設計都關乎著整個土木工程結構的質量。因此，土木工程結構的抗震設計要遵循整體原則，在進行每一個局部環節的抗震設計時，要從全局入手，既要確保局部抗震設計的合理性，還要確保局部設計與整體結構設計的相適性，加強不同結構之間的協調性和統一性，從而提升整個土木工程結構的抗震性能。

2.2 簡單原則

研究表明，越是簡單的土木工程結構，抗震性能越強，這是因為土木工程結構設計越簡單，受力情況越清晰，所得到的力學計算數據也更為精準，有利于對土木工程結構整體協調性進行控制，進而提升整個土木工程結構的穩定性和安全性，增強土木工程的抗震性能。因此，在抗震設計中，設計人員要遵循簡單原則，注重對結構細節的抗震能力設計，避免因設計過于復雜而出現失衡問題。

2.3 抵抗原則

地震的出現往往伴隨極大的破壞性，這種損害不僅體現在地表巖石、土層上，還體現在對建筑結構的破壞上。為了將地震對人類生命財產安全造成的損失降到最低，一直以來，人們都在想方設法的提高建筑工程的抵抗性，以減輕突發自然災害對建筑造成的瞬間損毀、以及后續持續性的破壞。為此，設計人員必須全面考慮土木工程結構力學特性，找尋能夠切實有效提高土木工程結構平整性與穩固性的設計方法，進而最終提高土木工程結構對地震的抵抗力。

3 提升木工程結構設計中的抗震性能的有效途徑

3.1 明確抗震設計強度

不同的土木工程在結構設計要求、建筑規模大小等方面都存在不同的要求，因此，土木工程結構設計中的抗震設計需要結合土木工程的實際情況，明確土木工程的抗震等級要求，嚴格按照國家規定抗震設計法律法規開展結構抗震設計工作。同時，參與土木工程結構抗震設計的設計人員應對土木工程抗震設計標準、地震危害標準、建筑抗震強度標準等文件內容有透徹的了解，并將其應用到實際的土木工程結構抗震設計中。之后根據建設單位要求，對土木工程結構的類型、房屋高度、工程外形、墻梁結構等進行合理設計，確保土木工程結構每個細節部位的結構設計都能符合相關的抗震設計標準，并達到一定的抗震強度。且不同部位間可以互相分擔對方在地震時所受到的沖擊破壞力，從而提升建筑的整體抗震性。

3.2 合理選擇施工場地

土木工程結構的建設質量及使用壽命，不僅受施工技術及施工材料質量的影響，還受施工場地地質活動狀況及周邊自然環境條件的影響。因此，在土木工程的設計初期，要合理選擇項目場址，技術人員應親臨現場勘察項目選址的土地結構、土壤狀況、周邊自然環境條件以及地殼運動狀況等，之后對勘察結果進行綜合性分析，預估該選址未來可能會發生地震等自然災害的概率。

如果項目選址地的地殼活動較為活躍，且處于地震多發地帶，則應上報相關部門，申請更換項目建設場地；或將項目選址更換到受地震沖擊較小或地殼板塊活動頻率低的區域。此外，項目建設場地也不宜選擇地質斷層帶、滑坡頻發地區、洪澇多發區域等自然災害發生頻繁的區域，這會對土木工程結構的安全穩定及使用壽命造成嚴重的負面影響。即使抗震設計水平再高，也難以彌補地理環境條件帶來的天然缺陷，進而造成人力、物力、財力的浪費，嚴重時還會發生重大人員傷亡，影響社會的穩定和諧。

3.3 結合抗震烈度需求合理設計土木工程結構

我國地震烈度分為12度，具體如下：Ⅰ度（1）無感。Ⅱ度（2）室內個別靜止中人有感覺，個別較高樓層中的人有感覺。Ⅲ度（3）室內少數靜止中人有感覺，少數較高樓層中的人有感覺。Ⅳ度（4）室內多數人、室外少數人有感覺，少數人睡夢中驚醒。Ⅴ度（5）室內絕大多數、室外多數人有感覺，多數人睡夢中驚醒，少數人驚逃戶外。Ⅵ度（6）房屋少數輕微破壞，絕大多數完好。多數人站立不穩，多數人驚逃戶外。Ⅶ度（7）房屋少數中等破壞，多數輕微破壞和基本完好。大多數人夢中驚逃戶外，騎自行車的人有感覺，行駛中汽車駕乘人員有感覺。Ⅷ度（8）房屋少數中等和嚴重破壞。多數人搖晃顛簸，行走困難。Ⅸ度（9）房屋少數毀壞，行動的人摔倒。Ⅹ度（10）房屋大多數毀壞，騎自行車的人會摔倒，處不穩狀態的人會摔離原地，有拋起感。Ⅺ度（11）房屋絕大多數毀壞，大量山崩滑坡。Ⅻ度（12）房屋幾乎全部毀壞，地面劇裂變化，山河改觀。在進行土木工程抗震結構設計時，需要根據地震烈度的不同，進行對應的抗震結構設計。在土木工程結構設計中，設計人員應根據土木工程所在區域的地質狀況進行實地抗震實驗，進一步明確土木工程結構所需的抗震等級，而后根據所確定的土木工程抗震等級，進行房屋框架結構、工程外形、建筑內空間布局等細節部分的設計，同時選擇性能佳、抗震性能較高的鋼筋、混凝土等施工材料，以用于土木工程結構施工，以此增強土木工程的承載力。通過科學合理的抗震設計，將建筑各構件部位擰成統一的建筑整體，進而增強建筑的整體抗震性能。

3.4 提升土木工程結構的整體抗震性能（見圖2）

圖2 提升土木工程結構的整體抗震性能

土木工程是一個整體結構，在對其進行抗震設計時，不能單獨考慮某一個設計部位的抗震能力，或將某一個工程結構單獨進行抗震設計。其需要設計人員從整體角度出發，在結構框架下對每一個細節部分的抗震能力進行優化和提升，從而提升土木工程結構的整體抗震性能，以防止建筑在地震來臨時，因為某一個建筑節點的破壞而影響其他建筑節點的抗震性能，最終導致建筑出現大面積坍塌。

為避免這種情況的發生，設計人員在進行土木工程結構抗震設計時，要保障工程結構抗震防線的多重性與完善性，并結合土木工程項目的實際使用情況，有針對性地對部分建筑部位的抗震防線進行延展設計。這樣一來，建筑就可以在地震來臨時更好地對其所受到的地震沖擊力進行分散，一定程度上抵抗地震所造成的壓力，降低地震對土木工程結構帶來的不良影響（如圖2所示）。最后，在對土木工程抗震結構構件進行安裝時，還可以適當增加抗震結構框架內部水平柱的兩端長度，降低塑性變形對增強柱端抗壓能力的影響。

4 結語

綜上所述，在土木工程結構設計中融入抗震設計，不僅是完善土木工程結構性能的必要手段，同時也是提升土木工程結構安全性、穩定性、延長使用壽命的關鍵。隨著我國建筑行業的不斷完善和發展，土木工程抗震設計已經成為土木工程結構設計的重點，只有不斷提高土木工程結構的抗震性能，才能維護社會穩定，推動建筑行業的良性發展。