土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)分析

譚曉虎

（六安市建筑勘察設(shè)計(jì)院，安徽 六安 237000）

1 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的必要性

近幾年我國各地地震自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示2018 年全國3.0 級以上地震發(fā)生542 次，2019 年截止到6 月初，3.0 級以上地震發(fā)生243 次，地震災(zāi)害發(fā)生次數(shù)呈現(xiàn)逐年上升趨勢。城市中受地震威脅最大的就是建筑工程，尤其是一些高層建筑。我國國土遼闊，各地區(qū)的地質(zhì)情況不同，地震發(fā)生概率和地震強(qiáng)度也會有所不同。雖然不能避免地震發(fā)生，但是可以通過抗震設(shè)計(jì)減小地震對建筑物的損傷，從而把地震造成的損失降到最低。近十幾年我國最嚴(yán)重的一次地震就是2008 年的汶川大地震，汶川縣處于四川省，四川省內(nèi)有大量丘陵、盆地和山區(qū)，地震發(fā)生頻率高、強(qiáng)度大。在這次地震后，汶川市區(qū)內(nèi)還有很多房屋建筑在地震中沒有坍塌，甚至沒有明顯的裂痕，專家發(fā)現(xiàn)這些房屋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都采用了合理的抗震設(shè)計(jì)，其抗震系數(shù)較高。由此看來，合理的抗震設(shè)計(jì)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的地位非常高，在發(fā)生地震時(shí)可以有效降低地震對建筑物的損傷，保障了人們生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

2.1 建設(shè)場地選擇

上文提到過，不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生地震的概率和強(qiáng)度有所不同，為了從根本上減小地震對建筑物的損傷，工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)土木工程結(jié)構(gòu)時(shí)，需要盡可能避開那些地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū)，如丘陵、斷層等。為了充分了解土木工程建設(shè)環(huán)境的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘察，選擇一片合適的建設(shè)區(qū)域。在調(diào)查地質(zhì)結(jié)構(gòu)前，詳細(xì)了解建筑周圍區(qū)域的地形地貌，并對建筑地發(fā)生的歷史地震進(jìn)行分析。同時(shí)可以組織一支勘察隊(duì)伍，對建筑區(qū)域內(nèi)的地形結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面勘察。在勘查過程中，檢測地上結(jié)構(gòu)和地下結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)現(xiàn)凹陷區(qū)域和斷裂層，及時(shí)上報(bào)給上級人員，上級人員再對其進(jìn)行分析，選擇規(guī)避和填補(bǔ)等措施。如果凹陷和斷層區(qū)域較小，對土木工程建設(shè)影響不大，可以用沙土進(jìn)行填補(bǔ)或者用其他材料進(jìn)行加固防護(hù)。相反凹陷和斷層面積較大，甚至出現(xiàn)延伸的情況時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行規(guī)避，繞開此片地形。

2.2 選用特殊材料

對于土木工程建筑來說，建筑材料的質(zhì)量非常重要，在對土木工程進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用特殊的抗震材料。隨著建筑材料市場的不斷發(fā)展，市場中涌現(xiàn)了很多種抗震材料，其中以地基材料居多。在土木工程地基的建設(shè)中使用抗震材料，可以極大程度上降低地震能量波對建筑的損傷。在過去設(shè)計(jì)地基結(jié)構(gòu)的過程中，都是在地基底部鋪設(shè)粘土和砂石，雖然有效降低了地震對建筑物帶來的負(fù)面影響，但是加大了工程建設(shè)資金。近幾年，建筑材料不斷更新，在抗震設(shè)計(jì)中取得了很大的進(jìn)展，不僅提高了建筑材料的質(zhì)量，而且還降低了材料成本，從而使這些抗震材料在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了普及。例如：瀝青就是近兩年土木工程中常使用的抗震材料，瀝青的減震效果要優(yōu)于砂石和粘土，它的成本較低，來源廣泛，有著極高的應(yīng)用價(jià)值。將瀝青鋪設(shè)到建筑地基上，可以減弱地震能量波，從而減小地震對建筑物的損傷。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還可以選用材質(zhì)較輕的材料用于建筑物圍欄和墻體等設(shè)計(jì)中，在發(fā)生地震時(shí)能夠降低建筑物對周圍人群的傷害[2]。

2.3 合理設(shè)置結(jié)構(gòu)

在土木工程的抗震設(shè)計(jì)中，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效提高土木工程的抗震能力，從而把地震造成的損失降到最低。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)土木工程結(jié)構(gòu)時(shí)，一般會考慮建筑物的外形尺寸、區(qū)域地形、載荷分布和抗側(cè)力等因素。這些布置分開來看比較簡單，但是將它們統(tǒng)一設(shè)計(jì)的難度卻非常大，很有可能達(dá)不到預(yù)期的效果。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極為復(fù)雜的項(xiàng)目，由于設(shè)計(jì)人員無法預(yù)知施工過程中的問題，只能降低問題發(fā)生的概率。近幾年我國相關(guān)建筑部門對不同種類建筑物的抗震能力提出了不同要求，同時(shí)也頒布了明確的設(shè)計(jì)規(guī)范。土木工程的投資商不可以過多干預(yù)建筑物的安全設(shè)計(jì)，也不能對設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)隨意更改，以保證建筑物的穩(wěn)定性，從而減小地震對建筑物的損傷。近幾年，我國很多專家學(xué)者對抗震技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并取得了相應(yīng)的成果。例如：在2018 年9 月19 日全國工程抗震與隔震減振技術(shù)交流大會上，一些建筑學(xué)專家結(jié)合自身研究，針對土木工程結(jié)構(gòu)減震規(guī)范與地震振動控制理論，分析了最新的減震技術(shù)發(fā)展趨勢和應(yīng)用案例，提出了結(jié)構(gòu)抗震鑒定加固規(guī)范和設(shè)計(jì)方法，分享了最新研究成果和進(jìn)展。結(jié)構(gòu)隔震減震控制技術(shù)目前在我國已有初步發(fā)展，截止到2018 年5 月全國已建成近6500 幢隔震結(jié)構(gòu)工程。在2018 年4 月20 日蘆山大地震中，采用結(jié)構(gòu)隔震減震控制技術(shù)的蘆山縣人民醫(yī)院門診樓完好無損，房屋震動強(qiáng)度僅為正常房屋的1/6。地震之所以造成重大災(zāi)害，主要原因就是因?yàn)橥聊竟こ滩荒艹浞值钟卣鸲鴮?dǎo)致失效和破壞。針對這種情況，需要對土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的抗震設(shè)計(jì)，以此提高建筑物的抗震能力。

3 結(jié)語

總而言之，抗震設(shè)計(jì)是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員需要加以重視，尤其要注意建筑材料選擇、建筑場地選定和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，將工程建筑的抗震能力提到最高，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)。