浅谈土木工程结构设计中的抗震研究

任宇霞 唐玉娇 张静

【摘要】随着人类对地球资源的开采，尤其是地底深部资源的不断开采，同时由于地壳的不断移动，造成全球的地震频发，因为地震带来的经济损失和人员伤亡时有发生，为了避免因为建筑物结构不稳定造成的抗震能力不足而造成损失，本文从抗震概念设计的基本原则、选择抗震体系类型，以及抗震概念设计的几个基本点这三个方面对土木工程结构设计中的抗震进行研究和阐述。

【关键词】土木工程；结构；设计；抗震

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

随着我国社会的发展，我国的建筑结构设计也有了很大的发展。因此在对土木工程进行结构设计时，要加入对建筑物的抗震性能的相关设计，从而控制建筑结构的抗震性，使土木工程有更高的安全保障。所以对土木工程结构设计中的抗震研究是一件非常有意义的事情。

二、抗震概念设计的基本原则

1.建筑场地选择的基本原则

场地条件是造成建筑物震害的重要原因，因此在选择建筑物场地时，工程师应该注意掌握场地的工程地质、地震活动和地震地质等会影响工程的因素，并结合工程的实际需要，对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价。选择对建筑抗震有利的地段，例如平坦、开阔的坚硬场地土；避开对建筑抗震不利的地段，当无法避开时，要采取有效的抗震措施。

2.建筑体型的确定原则

建筑物体型应力求简单、规则、对称，质量和刚度变化均匀，以减少地震作用产生的形、应力集中及扭转反应。

3.选择合理的抗震结构体系

结构布置应具备多道抗震防线，多道设置抗震防线是为了防止由于地震的连续性对建筑物带来的多次冲击，以提高建筑物的防震能力。

结构应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和耗能能力，避免地震对抗震结构体系的破坏，同时结构的刚度和强度需分配合理，避免薄弱环节出现。而一旦薄弱环节的出现，就要采取有效的加强措施。

4.非结构构件的处理

考虑到结构可能在地震中会变形，建筑幕墙等应采用可靠的连接方法，加强非结构构件件的预埋件锚固部位，承受来自建筑非结构构件带给建筑主体的震力。墙体材料方面要优先考虑轻质材料。刚性护墙沿纵向宜均匀对称布置，与主体连接可靠，才能适应结构向不同方向的位移。

三、选择抗震体系类型

合理选择建筑的抗震结构体系决定了建筑结构的安全性和经济性。具体而言，应注重以下三方面的设计：

第一，建筑结构体系应当避免因部分结构或构件的破坏而导致整个建筑结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。建筑结构抗震设计的一个重要原则就是结构应当具有必要的赘余度、良好的变形能力和内力重分配的功能，地震中，即使一部分构件退出工作，其余部分构件仍能承担起竖向荷载，避免整体建筑结构失稳。

第二，建筑结构体系应当具有清晰明确的计算简图和恰当合理的地震作用传递路径。在这过程中，竖向建筑构件的布置，应尽量使竖向建筑构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平接近均匀；楼屋盖梁体系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去；转换结构体系的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传递来的垂直重力荷载通过转换层一次至二次转换。另外，建筑的整体抗侧力结构体系也必须明确，抗侧力结构一般由框架、简体、剪力墙、支撑等组成，它们宜尽量连续贯通。

第三，建筑结构体系应当具有合理适度的强度和刚度。宜具有合理恰当的强度和刚度分布，防止和避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的塑性变形集中或应力集中；建筑的框架结构设计应使节点基本不被破坏，底层柱底的塑性铰宜形成晚，应当使柱、梁端的塑性铰出现得尽可能地分散；对于可能出现的薄弱部位，应采取适当措施提高抗震能力。

四、抗震概念设计的几个基本点

1.震感强烈的地震在自然灾害中破坏性非常大。近年来，频繁的地震灾害造成了巨大的损失，抗震概念设计在建筑结构设计中所占的比重也越来越大，研究水平也大大提高，这就需要建筑设计师们更加精细的进行研究设计。因此,应当针对地震形态,制定结构抗震概念设计的原则,并保证其灵活的运用,使建筑物具有可靠的抗震性能。

①需要简练的形状。第一，设计建筑结构上的简练精细可以使结构一目了然，而且也更加容易清晰明了的对各个构件的受力情况进行分析，这样就能在受力数据的分析中保证并大大提高了精准程度。其次,简单的建筑构造还减轻了地震对建筑物的破坏,减少了工程整体的薄弱环节,提高了建筑物的整体抗震能力。

②均匀的进行竖向的设计。竖向的均匀在设计过程中是必须要第一个考虑的，设计过程中，对于建筑横隔层，其上下结构比例的竖向收进尺寸必须要精确把握，为了分隔层称重均匀达标，一定要对竖向受力进行具体的分析。必须要整齐规则的开设洞口，使刚度与强度在整体结构上进行提升与增强，确保不会因为突然的外力状况造成刚度的突然变化，是整体结构造成扭曲。

③进行合理有效的整体设计。按照建筑要求进行基础的设计，避免基础因为设计问题使得承载能力的刚度强度无法达标，可靠稳定的连接上部的构件。对柱体、基础、隔板、楼盖基础的链接位置要保证充足的抗力和刚度，所有的部件应当牢固并紧密的连接和协同在一起，在水平和竖向的抗震性能上一定要进行增强。

④合理整齐的进行结构的规划。结构规则能保证建筑结构有一个对称的整体布局,包括立体刚度对称和外形对称,提高建筑抗侧力。并且保证质量对称,能使建筑物均衡抵御外力,很好的避免重心偏离,从而增强结构的抗震性能。

2.重视结构抗震概念设计

第一，当下国内经济发展迅速，大大提高了科技知识的水平。当今的社会分工已经越来越细致，在这种状态下的企业，对复杂冗余的数据进行精确的计算包括运作整体系统，手工与思维已经渐渐被计算机所取代，这往往使非规范性的应用方式被人们忽视。因此,概念设计在建筑结构抗震设计中的重要性被重新提取出来,更受愈来愈多建筑行业学者的强烈关注。此外，高层建筑结构非常复杂，而地震发生时的动力也非常不确定，这样就更会造成计算结果的误差。所以，概念设计在结构抗震设计中更应该被重视。

第二，合理性与实际性是概念设计的两大特点，仅仅只是计算数据和统计资料是无法满足一个立体的实物的建筑物的设计，要满足这一条件只有靠概念设计的实施。概念设计主要是经过对结构理念的整体架构,向人们呈现出一份比较真实的、适用的客观实体,从而优化建筑结构抗震设计。比如,结构平面或者竖向出现严重不规则或整体性差,那么仅仅按现有的结构设计计算水平,很难保证结构的抗震性能。

运用有效的手段来加强结构抗震的性能。經过对大量地震灾害建筑损坏的实例分析和统计整理，通过大量的实践经验，专家们才归纳出建筑抗震概念设计理念。在建筑抗震设计中，抗震概念设计是十分重要的一项，必须要非常重视。

第一，地震的外力能量在建筑物传递的过程中所经的传递与吸收的途径，一定要进行合理的布局，要确保构件双向抗侧力体系的形成，就必须要确保支柱和墙与梁的中轴线在同一个平面上。

第二，抗震结构一定要按照抗震等级来采用相应的措施，对梁和柱还有墙的节点应当分别处理，在地震发生时应当达到三个水准的设置防护标准，保证建筑的结构安全可靠。同时也需要确保在地震来临时钢筋混凝土结构保持良好的承载力与延展性。建筑的延展性必须要得到强化，合理有效的分布构件的强度和刚度，确保地震能量能被有效的吸收。在结构设计过程中如果要保证节点基本不被破坏，那么框架结构设计一定要使同层各个柱的两端屈服历程加长。要较晚的形成底层柱的柱底塑性铰，分散梁和柱端的塑性铰，这样才能是抗震能力在整体结构上有效的体现出来。

五、结语

随着建筑行业的不断发展，土木工程作为建筑行业中的重要工程，有着极其重要的地位。在土木工程的结构设计中，抗震研究的进行对建筑结构的性能和稳定性有着非常重要的作用。所以相关工作人员要重视结构抗震的概念设计，从而更好地表现抗震理念并进行实行，促进和发展当今建筑结构的抗震设计，提高建筑结构的安全和稳定性能。

参考文献

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