新時期土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計策略

李 騰

大理電力設(shè)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(guān)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(xiàn)出的抗震性能的關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計上所體現(xiàn)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(jù)現(xiàn)狀對土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計策略進行研究是非常有必要的；同時，抗震設(shè)計也應全過程的在土工工程中有所體現(xiàn)，本文將在后續(xù)內(nèi)容中進行詳細分析。

1 土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應遵循的原則

1.1 結(jié)構(gòu)形狀應盡量簡單

對于土木工程結(jié)構(gòu)來說，簡單明了的形狀能輔助設(shè)計人員更迅速的計算出整體結(jié)構(gòu)的受力情況，從而更好地保證抗震設(shè)計的精確性。相反的，如果土木工程在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計過于復雜，這樣的狀況不但會導致數(shù)據(jù)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(jié)合這兩點內(nèi)容，土木工程在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計應該是簡約且有效的，以此來避免復雜結(jié)構(gòu)對后續(xù)工作產(chǎn)生的影響。

1.2 整體結(jié)構(gòu)要科學合理

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

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)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(chǔ)與柱體之間加設(shè)一個隔離地震層，并通過這一設(shè)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(shè)“反擺”的方式來抵消地震所產(chǎn)生的作用力，進而減少地震對建筑物內(nèi)部所造成的損壞。

2 抗震設(shè)計方法

2.1 抗震結(jié)構(gòu)選擇

底部剪力法是現(xiàn)階段工程結(jié)構(gòu)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(chǔ)上，以工程結(jié)構(gòu)底部的總地震剪力與等效單質(zhì)點的水平地震作用相等來確定結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行選擇的過程中，設(shè)計人員應主要選擇高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，或近似于單質(zhì)點體系的結(jié)構(gòu)。

2.2 不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的處理

針對不規(guī)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(jié)構(gòu)的設(shè)計要更為復雜，在實際的設(shè)計過程中，設(shè)計人員應結(jié)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(jié)構(gòu)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(xiàn)出結(jié)構(gòu)地震反應全過程的基礎(chǔ)上，對地震過程中不同構(gòu)件進入彈塑性變形階段的內(nèi)力和變形狀態(tài)進行展示，設(shè)計人員則可以結(jié)合分析計算結(jié)果找出建筑結(jié)構(gòu)中較為薄弱的部分。

2.3 土層加固處理

建筑基層的穩(wěn)定性是影響建筑結(jié)構(gòu)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(qū)域為軟土層，那么施工人員就要先對建筑基層結(jié)構(gòu)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(shè)計人員應首先進行地質(zhì)勘察，掌握建筑所在區(qū)域的地基構(gòu)造，進而提升其牢固性。

3 抗震設(shè)計要點

3.1 抗震設(shè)計要求

3.1.1 抗震設(shè)防烈度

對于甲類建筑來說，設(shè)計人員應根據(jù)地震動參數(shù)對其地震作用進行計算。對于乙類建筑，設(shè)計人員需要根據(jù)Ⅵ度設(shè)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(shè)防時，那么設(shè)計人員就應按照設(shè)防烈度進行計算。

3.1.2 考量地震作用方式

在對抗震結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，設(shè)計人員應結(jié)合地震作用特點對土木工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方案進行考量。如果建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與剛度之間存在明顯的不對稱或不均勻的情況，此時，設(shè)計人員應著重對地震水平作用力對建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響進行分析。當建筑屬于Ⅺ度設(shè)防時，設(shè)計人員則應結(jié)合地震在豎向上的作用力與水平方向上的作用對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(jié)構(gòu)并不復雜的建筑，設(shè)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(jié)構(gòu)上比較復雜或存在質(zhì)量與剛度沿豎向分布不均勻的情況時，設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計要求

對于土木工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的展開來說，設(shè)計人員首先要保證的就是依照建筑設(shè)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(shè)計人員應避免這些數(shù)值超出國家標準的情況出現(xiàn)。在實際的設(shè)計過程中，設(shè)計人員也應及時的根據(jù)建筑現(xiàn)場狀況對設(shè)計方案進行調(diào)整。

在進行結(jié)構(gòu)計算和分析的過程中，設(shè)計人員應依照以下規(guī)定來展開工作：首先，在針對建筑結(jié)構(gòu)的荷載效應、非荷載作用進行計算時，設(shè)計人員可以使用彈性法來保證計算結(jié)果的準確性。其次，在進行計算復核的過程中，設(shè)計人員應以符合建筑實際狀況的計算簡圖為依據(jù)，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(jié)構(gòu)的荷載效應來說，設(shè)計人員應通過施工模擬計算來對建筑結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jié)合我國相關(guān)標準來說，鋼結(jié)構(gòu)的層間位移限值為1/200～1/500，鋼混結(jié)構(gòu)的層間位移應在1/400～1/700。設(shè)計人員應依據(jù)這些數(shù)據(jù)進一步的對設(shè)計方案進行完善。

4 提升土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計有效性的策略

4.1 場地選擇

針對建筑物抗震能力的設(shè)計是建立在場地選擇恰當?shù)幕A(chǔ)上的，如果建筑場地本身就存在基礎(chǔ)不穩(wěn)、土質(zhì)松軟等問題，那么即使設(shè)計人員能保證設(shè)計方案的完善性，建筑物在抗震性能上的表現(xiàn)也難以達到建筑要求?？傮w來說，建筑場地應盡量選擇地勢平坦、開闊的區(qū)域，以此來保證抗震設(shè)計方案能更好的發(fā)揮作用。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)選擇

對于建筑結(jié)構(gòu)的選擇來說，建筑企業(yè)應結(jié)合以下幾點內(nèi)容來進行分析：

4.2.1 土木工程的載重范圍

在抗震設(shè)計的過程中，設(shè)計人員應針對建筑材料的變形情況進行觀察，以此來確?？拐鹪O(shè)計方案能進一步的提升建筑的穩(wěn)定性和安全性。

4.2.2 建筑結(jié)構(gòu)平面的設(shè)置

建筑在平面和立面上的設(shè)置是影響建筑施工準確性的關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)之上，相關(guān)人員應按照規(guī)定嚴格的對數(shù)據(jù)進行計算和管理，通過數(shù)據(jù)的精確度來保證實際施工過程中不會出現(xiàn)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(xiàn)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(wěn)定性和抗震性能。

4.3 設(shè)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(gòu)件連接起來進行協(xié)同工作的抗震結(jié)構(gòu)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(fā)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(xiàn)損壞、坍塌的情況，從而更好的保證人民群眾的生命財產(chǎn)安全。在實際的工作過程中，施工單位應盡量選擇質(zhì)量優(yōu)良的材料來完成多重抗震防線的設(shè)置，同時，設(shè)計人員應保證多重抗震防線設(shè)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(fā)揮出預期效用。

4.4 保證布局的科學性

合理的建筑結(jié)構(gòu)布局能夠有效地減少地震能量，結(jié)合這一理論，在土木工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)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(shè)計人員則可以進一步的對建筑結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)能夠很好的削弱地震作用。對于地質(zhì)硬度較大的土木工程建設(shè)來說，設(shè)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(jié)語

綜上所述，在對土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原則進行論述的基礎(chǔ)上，本文主要結(jié)合抗震設(shè)計方法、抗震設(shè)計要點等內(nèi)容對具體的抗震設(shè)計策略進行了分析，最后一部分則針對提升抗震設(shè)計方案有效性的方法做了研究?？偟膩碚f，建筑物的抗震性是衡量建筑質(zhì)量的主要因素之一，設(shè)計人員必須通過合理的方法來完成抗震設(shè)計工作，保證人民的生命財產(chǎn)安全。

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