探讨土木工程结构设计中的抗震问题

探讨土木工程结构设计中的抗震问题

彭雁平

珠海市建筑设计院 519000

摘要：随着建筑行业的快速发展，进一步推动了建筑工程项目数量的有效增加。为了有效避免建筑项目在地震中存在大面积的坍塌情况，减少由于地震带来的人身财产安全以及经济损失在土木工程结构设计过程中必须充分重视抗震结构设计，这也是建筑工程项目中的基础工程。在未来发展过程中加强建筑物抗震技术研究以及开发力度，才能够有效降低建筑物在地震中存在的各项安全隐患。

关键词：土木工程；结构设计；抗震问题

引 言

在开展土木工程结构设计期间，设计人员需要充分考虑建筑的抗震情况，减少地震灾害对建筑的不良影响。另外，在开展建筑之前，设计人员需要提前到现场进行勘察，结合考察结果制定合理的设计方案，从而提升土木工程的结构质量，达到良好的抗震效果。

1. 土木工程结构设计中抗震的重要性

近些年，地质状况变化时有发生，自然灾害发生频率提高，尤其是地震灾害所造成的伤亡损失连年增加。地震灾害的发生会导致房屋倾倒、建筑物严重破坏、河坝决堤、桥梁坍塌等。如果地震灾害比较严重，地面也会遭受毁损，引起塌陷、断裂、滑坡、泥石流等灾害。许多临海国家在遭遇地震灾害时还会伴随引发海啸，造成不可磨灭的影响。由于各地区地质状况不同，地震发生频率是存在差异化的。以我国为例，四川等地的地势特殊，西部高东部低，地形非常复杂，以盆地、高原、山地、丘陵等地形为主，地震灾害发生概率比其他地区要高得多，2008年5月12日的地震波及多个省市区域。针对这些地区要重视土木结构的抗震设计，尽量降低当地房屋建筑物受损程度。通过抗震设计务必使房屋建筑物等达到下述标准:历经低级地震灾害时，房屋建筑物不会有所毁损；发生中级地震灾害时，建筑物毁损性较小。

2. 土木工程结构抗震设计存在的问题

2.1选择施工场地问题

在进行土木工程抗震设计工作的过程中，准确选择施工场地是相当重要的。进行土木工程施工时，想要保证土木工程结构设计能够发挥出最大效能，施工单位一定要通过实地勘测来进行严格筛选，确保其所选取的施工场地，能够保护工程结构的稳定性。在地震灾害来临时，给建筑物造成的损害不只是超强的能量冲击，也会给土木工程结构带来很大的破坏性，而致使土木工程结构严重受损的重要因素之一，就是未选择到正确的施工场地，例如建筑单位所选择的施工场地存有土质过于松软，又或是容易产生液化，存有这些问题的场地是不能用来进行建筑施工的。如果在实际建筑过程中可能会因为某些因素无法避免绕过这些问题场地，那么就要求土木工程设计工作人员要进行实地调查和综合考虑，制定有效方法对存在问题的场地进行强化，如此一来就将有助于促使土木工程整体结构的稳定性得到提升。

2.2工程结构构造问题

当前，土木工程构造体系主要包括几方面内容：第一，应从一开始就需要基于影响建筑工程稳定性能的多种因素进行综合考量，并以此作为设计依据来构造土木工程结构体系，因此，相关设计工作者一定要做好全盘考虑，对于那些会由于结构受损而降低抗震能力的因素要加强研究和分析，并进行妥善解决。第二，工程设计工作者若是想要土木工程总体结构能够获得最理想的性能，其一定要重视与施工人员进行交流沟通，向其出示简图和讲述相关的抗震设计信息等，促使施工人员能够全面了解设计思路和建筑要求，以此来让工程结构的抗震能力得到有效提升。第三，相关人员要明确意识到工程结构体系需拥有三种能力，也就指的是超强的承载力、消除对冲地震能量的能力、良好的变形力。因此，土木工程结构设计工作者要加强运用钢筋混凝土结构，通过利用钢筋混凝土所具备的较强承载力和变形力还有传送能力来增强建筑物的抗震性能。第四，要尤其注意工程结构体系的强度、刚度要合适，这样才能将塑性力和应力集合到一起，有效规避因工程结构不稳定而造成建筑质量低下的不良现象。

2.3结构规则性问题

从事土木工程结构的设计工作者要结合如下几方面进行综合考虑：第一，在抗侧力架构进行设计时，要注意将两大主轴方向的刚度，还有，设计抗侧力架构变形特性尽可能保持一致。第二，确保使工程主体抗侧力架构变化保持较强的平衡，以此来防止在建筑源头发生问题。第三，在进行平面设计时，要尽最大可能让主体抗侧力架构的刚度，都能具有很大的平衡性，如此将有利于减少出现变形的问题。

3. 土木工程结构抗震优化设计策略

3.1设计结构模型

为直观化了解土木工程结构抗震设计效果，可选择运用信息化手段，设计结构模型，在已知工程信息基础上筛选出常规指标与变量数据，如结构可靠性参数，将数据指标导入模型中，帮助设计人员综合衡量参考指标，起到辅助决策的作用。其次，明确土木工程结构的设计函数，分析所选择钢筋等函数指标的性质，准确获取设计参数的最佳值，以此强化结构抗震性能，降低工程造价。最后，在所制定初步设计方案基础上，模拟不同工况条件下的工程结构情况，标记模型中的抗震薄弱环节，通过深化设计来消除薄弱环节，提升建筑物抗震效果。

3.2细部结构优化设计

在土木工程中，细部结构是整体结构中的局部连接部位，也可将其视作为局部空间界面，发挥着围护、防水、保温隔热、防噪、通风等结构功能，如窗体起到墙体维护与满足室内采光需求的作用，门体起到墙体维护与满足人出入需求的作用。然而，在部分土木工程中，受到人为与外部因素影响，致使细部结构计算产生误差，无法取得预期的抗震设计效果，形成整体结构中的抗震薄弱环节。因此，设计人员应在初步设计方案基础上，对建筑细部结构进行优化设计，发现并解决设计不合理的地方，充分发挥细部结构的实用功能。例如，在墙体上开设窗户与通风口时，在不影响结构功能发挥的前提下，要求将窗体与通风口设置在墙体居中区域，并缩小窗体与通风口尺寸，如果开口位置不合理或尺寸过大，将影响到墙体抗弯与剪切强度。同时，沿水平方向设置水泥预制板等刚性楼板，与传统的托梁楼板和平拱楼板相比，在设置刚性楼板的前提下，当建筑承受强烈地震波冲击时，可以起到稳固外墙的抗震效果，避免墙体倾倒塌陷。

3.3桩基优化设计

在土木工程中，桩基是由桩体和连接桩顶的承台共同组成的深基础结构，在建筑物受到强烈地震波冲击时，桩基在地震力作用下的变形量较小，不会产生扭转地震效应，起到稳定整体结构的作用。为取得理想的结构抗震设计效果，应对桩基设计方案进行优化完善，结合上部结构与荷载情况，确定桩基结构中桩体的数量与柱下桩基排列形式。例如，在上部建筑结构荷载较大且占地面积较小时，在桩基结构内将墙下桩以片状进行排列，布置成满堂桩。同时，考虑到部分土木工程施工现场地质环境较为复杂，地下水位较高，虽然组织开展抗浮验算，但由于地下水位频繁变动与抗浮验算结果有误，偶尔出现结构上浮现象，严重破坏了建筑抗震结构。针对于此，应在桩基方案中开展抗浮设计，结合工程情况确定抗浮水位与抗浮水头压力，并在桩基结构中设置抗拔桩，于基岩较浅场地设置抗浮锚杆。

3.4基础结构优化设计

在建筑物承受地震波冲击时，基础结构发挥着始终承受上部结构传下的竖向与水平地震剪力、控制倾覆力矩、避免出现过大沉降与不均匀沉降现象的抗震作用。为充分发挥基础结构的抗震性能，应采取以下优化设计措施：第一，加强基础与上部结构连接。上部建筑结构与基础结构连接稳定与否，直接影响到结构整体抗震性能，也是基础结构抗震性能能否得以发挥的关键，可选择在内外墙地下室地坪标高处额外设置一道连续闭合的基础梁，在一般性砖混结构中使用防水砂浆来替代油毡防潮层。第二，选择基础类型。不同基础类型的适用范围、所发挥抗震效果有所不同，应结合工程情况合理选择。例如，低承台桩基础具有良好的抵抗水平剪力性能，砖石条形基础的抗震性能虽然有所不足，但在一般条件可仍具有足够的抗震性能。第三，加大基础埋深。设计人员可适当加大基础结构的埋深，随着埋深值的增加，可以明显增强地基土对建筑结构起到的嵌固作用，在出现地震灾害后，将减少建筑物振幅，减轻建筑结构受损程度。但是，禁止设计人员无限制增加基础埋设，这将加大工程造价成本与工程量。

3.5应用统计分析程序

考虑到现代土木工程的建设规模较为庞大，结构抗震设计涉及到诸多方面，需要处理庞大数据量，如果仍旧采取传统的人工设计方式，受人为因素影响，时常出现数据计算错误问题，进而对结构设计质量造成影响。因此，设计人员可选择应用统计分析程序，将所收集工程信息与设计资料导入程序中，程序基于运行准则，可以在极短时间内完成数据统计、指标计算、结构模型评价分析等任务，这对抗震结构设计水平与效率的提升有着重要意义。

结束语

在建筑结构设计过程中，抗震设计属于重要的设计内容之一，借助可靠的抗震设计，能够有效提升建筑结构的稳固性，降低地震发生时出现坍塌的概率。需要注意的是，所有的抗震设计内容需要严格遵守相应的建设规范，同时做好结构细节的设计工作，以此来提高建筑工程的综合性能，延长使用寿命。

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