新时期土木工程结构抗震设计策略

李 腾

大理电力设计院有限责任公司，云南大理 671003

近年来，由于全球信息化水平的不断提升，人们能接触到的与地震有关的讯息也越来越多，在这样的背景之下，人们对于建筑自身所体现出的抗震性能的关注程度也越来越高。对于本文所讨论的问题来说，土木工程在结构设计上所体现出的抗震性能是整体建筑抗震性能的根本。新的时期的新的要求，根据现状对土木工程结构抗震设计策略进行研究是非常有必要的；同时，抗震设计也应全过程的在土工工程中有所体现，本文将在后续内容中进行详细分析。

1 土木工程结构抗震设计应遵循的原则

1.1 结构形状应尽量简单

对于土木工程结构来说，简单明了的形状能辅助设计人员更迅速的计算出整体结构的受力情况，从而更好地保证抗震设计的精确性。相反的，如果土木工程在结构上的设计过于复杂，这样的状况不但会导致数据计算将变得更为复杂，地震对建筑物所带来的损坏程度也会相应上升。结合这两点内容，土木工程在结构上的设计应该是简约且有效的，以此来避免复杂结构对后续工作产生的影响。

1.2 整体结构要科学合理

结构设计上的科学性和合理性将对建筑的抗震性能产生直接的影响，从这一点来说，在针对土木工程结构进行设计的过程中，设计人员应严格按照建筑物的实际情况和建设要求对其结构进行规划。土木工程结构中的每一个连接件之间都应具备良好的稳定性和可靠性，而针对基础、楼盖、柱体等结构进行设计时，设计人员应能在保证这些结构自身刚度的基础上提升整体结构的抗震性能。

1.3 结构设计应能降低地震对建筑的影响

为了提升建筑物的抗震性能，大部分工程都会在基础与柱体之间加设一个隔离地震层，并通过这一设置来达到抗震的效果。为了进一步增强建筑物的抗震性能，施工单位可以通过在建筑物顶端加设“反摆”的方式来抵消地震所产生的作用力，进而减少地震对建筑物内部所造成的损坏。

2 抗震设计方法

2.1 抗震结构选择

底部剪力法是现阶段工程结构确定过程中最为常用的一种计算方法，这一方法主要是在地震反应谱理论的基础上，以工程结构底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作用相等来确定结构总地震作用的。同时，这一方法是有一定的应用条件的，因此，在对抗震结构进行选择的过程中，设计人员应主要选择高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，或近似于单质点体系的结构。

2.2 不规则建筑结构的处理

针对不规则的建筑、甲类建筑及高度范围有所限制的建筑来说，抗震结构的设计要更为复杂，在实际的设计过程中，设计人员应结合时程分析法进行多遇地震下的补充计算。简单来说，时程分析法就是对结构动力方程直接进行积分求解的一种动力分析方法。这一分析法的应用将能在展现出结构地震反应全过程的基础上，对地震过程中不同构件进入弹塑性变形阶段的内力和变形状态进行展示，设计人员则可以结合分析计算结果找出建筑结构中较为薄弱的部分。

2.3 土层加固处理

建筑基层的稳定性是影响建筑结构抗震性能的主要因素之一，对于这一点来说，如果建筑物所处区域为软土层，那么施工人员就要先对建筑基层结构进行加固处理，以此来保证地面建筑的抗震性能。对于这一工作的展开来说，设计人员应首先进行地质勘察，掌握建筑所在区域的地基构造，进而提升其牢固性。

3 抗震设计要点

3.1 抗震设计要求

3.1.1 抗震设防烈度

对于甲类建筑来说，设计人员应根据地震动参数对其地震作用进行计算。对于乙类建筑，设计人员需要根据Ⅵ度设防进行计算。若乙类建筑处于Ⅰ～Ⅲ类场地上，那么这些建筑则不需要进行计算，若乙类建筑处于Ⅳ场地上，且属于超高层建筑Ⅶ～Ⅺ设防时，那么设计人员就应按照设防烈度进行计算。

3.1.2 考量地震作用方式

在对抗震结构进行设计时，设计人员应结合地震作用特点对土木工程结构的抗震设计方案进行考量。如果建筑结构质量与刚度之间存在明显的不对称或不均匀的情况，此时，设计人员应着重对地震水平作用力对建筑结构的扭转影响进行分析。当建筑属于Ⅺ度设防时，设计人员则应结合地震在竖向上的作用力与水平方向上的作用对建筑结构产生的不利影响进行考量。

3.1.3 地震作用计算方法

对于大部分结构并不复杂的建筑，设计人员可以应用振型组合反应谱计算法、弹性动力时程法等对地震作用进行计算，而当建筑自身在结构上比较复杂或存在质量与刚度沿竖向分布不均匀的情况时，设计人员就应使用补充弹塑性动力时程法进行地震作用的分析和计算。

3.2 结构设计要求

对于土木工程抗震结构设计工作的展开来说，设计人员首先要保证的就是依照建筑设计要求来完成这一工作，同时，在针对建筑高度等进行考量的过程中，设计人员应避免这些数值超出国家标准的情况出现。在实际的设计过程中，设计人员也应及时的根据建筑现场状况对设计方案进行调整。

在进行结构计算和分析的过程中，设计人员应依照以下规定来展开工作：首先，在针对建筑结构的荷载效应、非荷载作用进行计算时，设计人员可以使用弹性法来保证计算结果的准确性。其次，在进行计算复核的过程中，设计人员应以符合建筑实际状况的计算简图为依据，运用三维空间分析法，采用两个或两个以上的不同力学模型来完成这一工作。最后，对于建筑结构的荷载效应来说，设计人员应通过施工模拟计算来对建筑结构刚度及重力荷载的形成过程进行展示。

3.3 层间位移限值

对于高层建筑来说，在风力与地震的共同作用下，建筑层与层之间很有可能会出现位移，通过对层间位移角的限制，这样的状况将能得到很好的控制。结合我国相关标准来说，钢结构的层间位移限值为1/200～1/500，钢混结构的层间位移应在1/400～1/700。设计人员应依据这些数据进一步的对设计方案进行完善。

4 提升土木工程结构抗震设计有效性的策略

4.1 场地选择

针对建筑物抗震能力的设计是建立在场地选择恰当的基础上的，如果建筑场地本身就存在基础不稳、土质松软等问题，那么即使设计人员能保证设计方案的完善性，建筑物在抗震性能上的表现也难以达到建筑要求。总体来说，建筑场地应尽量选择地势平坦、开阔的区域，以此来保证抗震设计方案能更好的发挥作用。

4.2 建筑结构选择

对于建筑结构的选择来说，建筑企业应结合以下几点内容来进行分析：

4.2.1 土木工程的载重范围

在抗震设计的过程中，设计人员应针对建筑材料的变形情况进行观察，以此来确保抗震设计方案能进一步的提升建筑的稳定性和安全性。

4.2.2 建筑结构平面的设置

建筑在平面和立面上的设置是影响建筑施工准确性的关键，在此基础之上，相关人员应按照规定严格的对数据进行计算和管理，通过数据的精确度来保证实际施工过程中不会出现误差。

4.2.3 材料的硬度和强度

建筑材料自身的硬度和强度也是影响建筑抗震性能的主要因素之一，对于这一特性来说，施工方在对建筑材料进行选择时，应尽量选择在硬度和强度上表现比较好的材料，以此来避免因为材料形变而影响整体建筑的稳定性和抗震性能。

4.3 设置多重抗震防线

多重抗震防线指的是：一个由若干个延性较好的分体系组成、且由延性较好的构件连接起来进行协同工作的抗震结构体系。通过这一体系的应用，如果第一道防线在地震作用下遭到破坏，第二道、第三道防线将依次接替第一道防线发挥抗震作用。这样的处理方式能够极大程度的避免建筑物在地震过程中出现损坏、坍塌的情况，从而更好的保证人民群众的生命财产安全。在实际的工作过程中，施工单位应尽量选择质量优良的材料来完成多重抗震防线的设置，同时，设计人员应保证多重抗震防线设置部件选择的合理性，以此来保证这一抗震体系能更好的发挥出预期效用。

4.4 保证布局的科学性

合理的建筑结构布局能够有效地减少地震能量，结合这一理论，在土木工程抗震结构设计的过程中，设计人员应首先对地震可能导致的建筑位移进行考量，通过对这一因素的预测和分析，设计人员则可以进一步的对建筑结构进行调整，以此来保证建筑结构能够很好的削弱地震作用。对于地质硬度较大的土木工程建设来说，设计人员可以通过对建筑下层位置移动延性比的计算和分析来提升这一类建筑的抗震性能。

5 结语

综上所述，在对土木工程结构抗震设计原则进行论述的基础上，本文主要结合抗震设计方法、抗震设计要点等内容对具体的抗震设计策略进行了分析，最后一部分则针对提升抗震设计方案有效性的方法做了研究。总的来说，建筑物的抗震性是衡量建筑质量的主要因素之一，设计人员必须通过合理的方法来完成抗震设计工作，保证人民的生命财产安全。

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