浅析土木工程结构设计中的抗震设计

浅析土木工程结构设计中的抗震设计

张韬

清华大学房屋安全鉴定室北京市100084

摘要：近年来，随着地震的频发，给人们的生产生活带来了严重的影响。本文首先介绍了土木工程结构设计中抗震设计的要求和必要性，然后分析了土木工程结构设计中影响抗震设计的因素，最后提出了一些土木工程结构设计中的抗震设计，希望能对我国的土木工程结构设计减震工作提供些许帮助。

关键词：土木工程；结构设计；抗震设计

前言：地震不但会造成严重的直接损失，还会造成一系列的后续间接损失，在震后重建时亦需要花费大量的人力、物力和财力，给国家带来相应的经济损失。近年来，地震灾害频发，不仅造成了一定程度的经济损失，还造成了重大的人员伤亡，在这样的环境背景下，土木工程结构设计中的抗震设计不容迟缓。随着经济水平的提高，土木工程结构设计中的抗震设计受到了社会各界的关注。

1.土木工程结构设计中抗震设计的要求和必要性

近年来，地质情况在不断发生变化，自然灾害频发，而地震灾害在各大灾害中造成的人员伤亡人数逐年上升。地震灾害的发生可以直接导致建（构）筑物的破坏倒塌、河流水库大坝的决堤、公路铁路桥梁的塌陷等，严重的地震灾害还会造成地面破坏，比如地表土层的塌陷、断裂，山体滑坡、泥石流等，其中临海国家在经历地震灾害时，还会伴随有海啸的产生。针对不同的地震带，不同国家地区的地质情况各不相同，地震发生频率及烈度也有较大的差别。

比如就我国而言，在四川地区地势西高东低，从西北地区向东南地区倾斜，最高海拔高达七千多米，地形比较复杂，东部以四川盆地为主，西部以高原地势为主，其中丘陵和山地占全国土地的百分之九十以上。在此地形条件下，多次地震灾害，给当地人民的生活带来了极大的影响。如2008年的“五.一二”大地震，地震灾害波及到全国多个省市和地区，震区高达十万多平方千米。因此，在诸如此类地势复杂、地震发生率较高的地区，应该重点研究土木工程结构设计中的合理抗震设计，以尽可能减小地震灾害中对建筑、桥梁等结构的破坏。以达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求。

2.土木工程结构设计中的抗震原则

2.1结构设计的规则性和简练性

土木工程结构抗震设计中，需要严格遵循相应的原则，这也是规范设计的前提和基础。首先，在抗震设计中，要尽可能的保证土木工程的结构具有简单明了的规则性，进而对土木工程的结构以及构件具体的受力情况进行计算和分析，来保障其抗震设计具有良好的精确性。另外，土木工程结构的简练性也可以有效的降低地震产生的危害，这对土木工程结构整体性以及抗震性是有积极的促进作用。因此，在进行土木工程结构抗震设计中，要保证其结构设计具有精细化和简练化，同时还要对各个构件受力情况进行明确计算和分析；

另一方面，保证设计的合理性，其在地震发生时候，能够有效的减少建筑物损坏的程度，从而有效的提高其抗震能力。

2.2整体结构设计的合理性及特殊措施

在土木工程结构的设计中，一定要保证设计具有良好的合理性，对其主体结构进行设计时，需要严格按照相应的规范要求进行，避免出现不合理情况对建筑结构的强度和刚度造成影响，同时还应考虑结构的延性设计，在保证结构的承载能力基础上，可以存在一定的塑性变形能力；此外更应加强构件在连接上的强度及稳定性，并可考虑在此采用特殊材料或特殊装置，来降低地震的影响。

另外，在土木工程结构整体的布局规划中，还需要遵循整齐原则，要求结构的外形和立体的刚度保持对称和协调，同时不断的增加结构的抗侧力，以此提高结构抵御水平作用力的能力，在中心没有存在偏离情况，还可以进一步的提高工程结构抗震的性能。

3.土木工程结构设计中的抗震设计

3.1均匀竖向设计

在进行土木工程的抗震设计时，竖向结构是其抗震设计中的重要部分。竖向抗震设计中，在对其横隔层部分设计时，要对建筑的横隔层上下的比例进行准确的掌握，同时还需要对横隔层竖向的尺寸进行掌握，来保证其分隔层具有良好的均匀性，并符合规定的标准要求。然后，再对其竖向的受力进行准确有效的分析。另外，竖向设计中需要涉及到开设洞口的部分，还要保证其洞口具有良好的整齐性以及规则性，这样可以有效的提高土木工程结构的强度和刚度，从而避免土木工结构受到突然的冲击或者刚度发生突变时，而使土木工程结构产生扭曲或者变形。同时，还要保证土木工程结构具有良好的延性与相应的刚性，要求结构的相同层面支柱和其它的连接节点刚度接近，以此有效的提高其延展性。并在进行相应的填充墙设置的时候，保证其墙柱合理的分类，设置相应的防震缝。

3.2使用特殊的防震材料

土木工程结构的抗震性能与其防震材料的使用具有密切的关系，因此，为提高土木工程结构的抗震性能，可使用相应的隔震材料来进行工程结构的隔震处理。对于防震材料的使用，主要是针对工程的地基来进行相应的处理，从而来降低地震的发生对建筑所产生的损害。对于传统的防震处理来说，可以在工程地基底部部分铺设一定的砂子以及黏土，从而对地震能量产生一种缓冲延缓的效果。而近年来，随着技术的不断进步和提高，也是产生了一定的新型处理方法，比如于建筑的地基位置铺设一定的沥青，其比砂子以及黏土具有更好的减震效果。另外，在建筑围栏以及墙体材料的选择上，尽量选取一些材质材料，亦能有效的降低地震带来的危害。

3.3在建筑物的节点处设置隔震装置

在结构的关键节点位置设置相应的隔震材料，也是降低地震危害的有效措施之一。在地震发生时，其产生的竖向波具有不断上升的趋势和状态，这种能量是从建筑结构底部向顶部进行传递的，如果在建筑的关键节点处设置相应的隔震装置，就可以一定程度的对地震能量的传递产生抑制作用，从而降低其危害的程度。但是，设置节点隔震装置的方法也存在一定的局限性，一般不用于高层建筑，因高层建筑如果采用节点避震装置则会对楼层自振的周期进行加强，其避震的效果并不是很明显。对于这种节点隔震措施的使用来说，其组成比较简单，一般采用橡胶垫等比较常见的材料或者混合隔震的措施，其隔震方法包括摩擦隔震、隔震支座的设置以及粘性隔震等。隔震支座的设置一般具有稳定支撑建筑结构的效果，还具有良好的恢复能力，因此其对地震的能量吸收具有不错的效果。

结束语：

结构的安全性是最基本的保障，提高土木工程结构设计中的抗震设计，可以有效的预防地震灾害给人们的生活带来的影响。在土木结构设计过程中，作为结构的设计人员，应该熟悉结构设计的相关规范和准则，同时对当地的地质环境进行详细的了解，并对相应抗震材料及措施进行深化了解，因地制宜，提出最优化的结构设计。

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