谈土木工程结构设计中的抗震研究

霍嘉豪

（许昌学院,河南 许昌 461000）

谈土木工程结构设计中的抗震研究

霍嘉豪

（许昌学院,河南 许昌 461000）

地震通常会对周围环境带来严重的灾难性破坏和威胁到居民的人身安全，要对土木工程结构进行抗震设计来减缓地震发生时对建筑的破坏作用，本文通过分析土木工程结构设计中影响抗震能力的因素，深入探讨了土木工程结构优化抗震设计方案，使建筑结构设计达到理想方案，获得良好的抗震性能。

土木工程；抗震能力；结构设计；承载能力

1 土木工程结构抗震设计的重要性和研究现状

当地壳运动时会对周围环境产生严重的灾难性破坏，如果地震强度较大会严重危害人民群众的人身安全和财产安全，随着社会经济的发展和科技的进步，建筑行业蓬勃发展，使用混凝土的建筑较为牢固能够在产生地震时有效保护人民的生命安全，所以要对土木工程结构进行抗震设计，以防出现地震自然灾害威胁到群众的人身安全，减少对群众生活的不利影响。

由于地震自身的特性，发生时间较为随机，最先进的测量设备也不可能准确进行预测，所以要对土木建筑进行抗震设计来保证当地震出现时，不会产生较为严重的变形和结构破坏，结合土木结构抗震理论和相关历史经验，提高土木结构的抗震能力以及承载力，在进行设计时必须要根据以往地震对结构造成的破坏程度来创新设计，从整体布局出发，统筹内部结构来推动土木工程结构的抗震研究取得一定的成果。

土木工程的结构具有自身的特性，土木建筑需要较多的层数来承载更多的居民，高层除了结构本身的重量要承载之外，还要关注高层受到的风力等自然压力，在进行土木工程结构设计时要将抗侧力放在重要的位置上，不同的高度会受到不同的风荷载和地震的破坏程度。

土木结构的抗震设计相比较于其他结构的抗震设计需要更加严苛，不仅要考虑到结构本身的承载能力，还要兼顾到结构本身的抗震能力，这样在遇到地震时才不会发生严重的破坏或者倒塌情况。要对土木结构延性进行计算，这项工作较为复杂和繁琐，最好的手段是利用其结构的构造措施来进行计算，为了提高结构的良性要在高层建筑的设计中对构建和原料设定较高的质量标准，为了减少土木结构建筑的变形情况需要在其设计中减小剪力墙的横截面积。

在目前的土木结构抗震设计中，出现了许多新型框架土木结构来提高高层建筑的抗震能力和承载能力，当地震发生时水平力通常对土木结构设计具有重大影响，但是随着建筑抗震性能的逐渐优化升级，剪切力承重墙的结构刚度越来越大，悬挂结构越来越少，多筒嵌套结构应用越来越多，在土木结构领域中对于抗震研究越来越准确深入。

2 土木工程结构设计中影响抗震能力的因素

2.1 结构高度

为了减少土木结构因为地震造成的损坏，要在土木工程结构中加强抗震设计来提高其安全性，在抗震结构设计中存在一些影响因素，首先最重要的就是土木工程结构中的高度因素，不同高度的土木工程结构需要进行不同的抗震设计，当地震发生时，层数较少的建筑会受到较小的损坏，所以在进行建筑设计时不能一味追求外观形象的独特而建造过高的建筑结构，在进行抗震设计时要关注土木工程的结构高度，根据结构内部受力情况准确计算抗震效果来进行合理科学的规划。

2.2 场地选择

场地选择也是在土木工程结构设计中影响抗震能力的重要因素，地理环境的不同可能出现地震的概率也不同，受到地震破坏的程度也有所差异，所以在进行土木工程建筑设计时要进行选址，宽阔的场所能够有效提高建筑结构的抗震能力，并且能够建造一个坚实牢固的地基，良好的地基是一个土木工程结构稳定性和安全性的前提条件，只有修建良好的地基才能从根本上保证土木工程结构的抗震能力，如果在场所的选择上出现问题，就会导致建筑结构无法在地震时有所抵抗，土地的选择也需要较为坚硬且密实，在容易出现滑坡的地方和靠近山坡的地方要尽量减少建筑施工。提高在土木工程结构设计中对建筑设计的简练性，花哨的外观不会减少地震带来的损害，要将内部构建的承载力和受力情况进行准确计算来提升结构的抗震能力。

2.3 材料的选择

不同的材料会使得土木工程结构中抗震设计取得不同的效果，如果建筑材料本身就具有较硬的强度，不轻易产生变形，能够在结构中避免建筑发生坍塌的情况，我国普遍的土木工程建筑都使用钢筋混凝土作为一般建筑材料，但这一材料的硬度和韧性都较低，容易产生弯曲、侧移和变形的状况，所以在进行抗震设计时一般不选择钢筋混凝土作为原料，而是选择具有较强硬度和韧性的钢结构作为抗震建筑材料。在材料的选择上要坚持科学、实用和有效的原则，确保建筑结构能够达到抗震设计中承载强度和刚度的目标要求，将内部结构进行稳定的连接，确保柱体和隔板之间具有充分的空间，提高土木工程结构建筑竖直水平上的抗震能力。

2.4 竖向设计的均匀性

要进行土木工程结构的抗震设计就必须考虑到结构内部竖向设计的均匀性，关注建筑横隔层的尺寸和规模符合标准要求，将分隔层的承重均匀开来，为了减少外来压力的负面作用，提高土木工程结构本身的刚度和延性就需要将结构中的开设洞口按照标准要求尽量整齐和规则，竖向设计均匀性能够推动地震发生时将地震能力吸收进来或发散出去，可以利用钢结构来保证水平面的统一性和均匀性。

3 土木工程结构优化抗震设计方案

3.1 树立土木工程结构抗震设计理念

随着建筑行业的蓬勃发展和建筑技术的进步，在建筑设计中越来越多的人开始应用到计算机而不是传统的手工图纸设计，但是在应用计算机进行设计的同时没有关注到设计的规则性，缺乏一套关于设计的标准要求和章程，要提高建树结构抗震设计方案就要树立一个结构抗震设计意识，建立概念设计理念。随着建筑工艺的不断提高越来越多的建筑结构越来越高，要应对地震产生时的外来压力越来越复杂，在建筑设计上的计算越来越繁琐，所以要优化土木工程结构抗震设计就应该广范围地应用概念设计。概念设计有其科学合理性和实用性，仅根据计算数据和档案资料不能为抗震设计提供详细的设计方案，要满足抗震需求就需要进行概念设计来建立一个完善的整体架构，模拟出一个较为客观和真实的模型来进行抗震结构设计。

3.2 设置抗震防线

要优化土木工程的结构抗震设计就要设置多个抗震防线来减少地震的冲击力和破坏力，能够有效提高建筑整体的稳定性和抗震性。当地震发生时，具有较好的延展性的部件会发挥较大的抗震作用，所以第一道抗震防线一定要以良好延性和高质量的部件为基础，最大程度上化解地震波对土木工程结构的冲击力。抗震设计要遵循多层级性和完善性的原则，当设置地震防线时要确保每一个构件都发挥到自身的效能来保护建筑建构的完整，对各个连接点进行着重保护，例如将同一水平的柱两端进行延长设计，有效分散柱端和梁端的塑性来提高结构的抗震能力和实用性。除此以外还要充分优化升级结构的刚度与强度，较强的刚度和强度结构能够有效吸收地震能力波。

3.3 加强隔震以及消能减震设计

土木工程结构内部结构的连接点需要使用隔震材料来减缓地震发生时的冲击波，当地震发生时冲击波带来的能力不断从结构底部传达到顶部，一旦传递的能力超过结构的负荷能力结构就会崩溃，如果在连接点上使用隔震材料作为隔震装置，减缓地震带来的冲击波能量如果地震登记超过七级就会对土木工程结构产生破坏性影响。高层建筑由于自身的高度不能够设置隔震装置，不会起到明显效果，所以隔震和效能减震适合于地层建筑结构，利用橡胶垫和隔震材料来增强摩擦和粘性，较好延性的建筑材料可以作为抗震和效能减震的构建，例如某些桥梁上使用了新型耗能减震装置，利用隔震支座来起到对建筑物的支撑作用和恢复能力，将地震带来的能量吸收掉部分。施工单位需要对地震可能产生时的走向进行分析，在进行建造时尽量让土木工程结构与地震走向呈现垂直的方向。

3.4 选择合适的建造场地

场地的选择时影响土木工程抗震能力的重要因素，所以要对土木工程进行抗震设计时就要考虑到施工场地的实际情况，实际考察场地的地基情况并作调研，如果土木工程的地基不够平稳会带来较大的安全隐患。除了地基的稳定性之外还要保证施工场所较为平坦和开阔，一旦在地震中发生断层和滑坡情况，开阔平坦的场地会减少损失，地基保持在一个较为稳定安全的状态，从而提高了土木工程结构设计中的抗震能力。

3.5 划分抗震等级

土木工程结构需要根据抗震等级来进行抗震设计，不同抗震等级需要使用到的人力物力资源和设计有所差异，根据不同等级的标准，结构中的梁和墙结构有所差异，越高抗震等级的结构的建筑抗震性能越好，防护标准越高，确保在高强度地震发生时建筑建构还具有较强的延展性和韧性，确保建筑在地震能力冲击时保持结构较为完整。要将工程结构的每一个节点都不能被损坏，梁柱来分散地震带来的冲击力，推动柱端与梁连接时具有一定的塑胶性来提高自身的抗震能力。

3.6 优化土木工程结构

在对土木工程结构进行设计时，要提高抗震能力需要对结构进行优化，将各个因素充分考虑设计在内，包括抗侧力的体型、荷载能力、建筑场地和外形等，这些因素在设计时感觉较为简易，但是在实际情况中容易因为建筑人员的失误没有达到既定标准要求，建筑设计的外形为了追求美观，建筑人员很难将施工方案简单化，对于出现的问题一般进行控制和管理而不是彻底解决。我国缺乏对建筑结构设计的详细规定和相关规章制度，缺乏建筑经验的设计者就无法满足土木工程结构的设计要求，进行的设计偏离建筑结构的实际情况，或者将较为科学合理的设计进行了更改，对于建筑结构设计具有负面影响。

在土木工程结构的设计中，最重要的就是要优化结构抗侧力的体形，韧性较好的结构设计方案能够防止结构在压力下出现变形和缝隙，保证围护结构的安全稳定性，土木工程结构要提高减弱地震能力的冲击就要使用越多的塑性铰，确保一定数目的超静定，抗侧力体系要构成一个双向的，促使柱端和梁、墙在水平上保持一个方向，当地震对结构造成破坏作用时围护结构底部产生塑性屈服来减缓对结构的损害，坚持墙强梁弱的原则来提高墙段的承载能力和抗震性能，避免剪力破坏结构稳定性。所以要从建筑结构的整体性出发，对杆件的轴力进行科学合理的设计，为了提高整个结构的延展性需要提高构件弯曲耗能效果。

3.7 培养相关人才

要加强土木工程结构中的抗震设计就要不断推动专业院校培养出抗震结构设计的专业人才，通过对抗震结构设计的专业课程学习，将理论知识与实践能力结合起来提高抗震设计能力，通过建筑抗震设计比赛和时间活动来提高这一领域学生设计的热情和动力，充分挖掘这一专业学生的潜能和不断提升个人能力，要培养全方位、多层次的专业型建筑人才就需要在培养过程中不断鼓励和引导，推动学生对结构抗震设计不断探索和研究，使其具备优秀的理论知识和专业之间能力，为优化抗震结构设计贡献出自己的力量。

3.8 使用防震材料

在土木工程结构的地基建设时应用隔震材料，减缓地震冲击波带来的损害，传统中应用的防震材料是粘土和砂子，随着抗震技术的不断发展，新型的防震材料为沥青，将其铺设在建筑地基底部能够取得更好的减震效果，对土木工程结构的围护结构使用较轻的建筑材料来提高建筑整体的抗震能力。

4 结语

综上所述，地震带来的破坏较为严重，要确保人民的生命安全和财产安全就要对土木工程建设的抗震设计进行优化，将结构的安全和稳定放在设计的第一位，从结构设计上使建筑结构达到理想的抗震效果，抗震结构设计是目前土木工程结构设计的必然发展趋势和关注点，要进行科学合理的抗震设计，提高抗震技术，推动土木工程结构设计的不断发展。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.086

霍嘉豪（1995-）,男,河北唐山人,本科,学生,研究方向:土木工程。