土木工程结构设计中的抗震研究
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【摘 要】工程结构的抗震性能是工程结构性能的重要部分，也逐步被人们所关注。结合笔者土木工程相关工作体会，文章首先对工程结构抗震设计方式进行了分析，随后主要对抗震概念设计要点以及保证结构延性能力的抗震措施进行了探讨，以期提高土木工程结构的抗震性能。
【关键词】土木工程；结构；设计；抗震
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。
一、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。
二、土木工程结构抗震设计方式
1、采用隔震设计技术营造以柔克刚效果
建筑结构设计中采用隔震技术是一类效果显著的新型工程抗震方式，我们可通过安放消能隔震装置，例如隔震垫、橡胶于结构建筑基础与底部之间，将基础同上部结构有效隔开，进而令其动力作用与性能有效改变，显著减轻建筑结构地震反应，营造以柔克刚的良好建筑结构抗震效果。隔震设计体系可令结构水平加速度地震反应有效下降约百分之六十，进而控制或消除了建筑结构受到地震的损坏影响程度，提升了建筑物与空间内部人员的安全水平。一般来讲该隔震体系技术拥有强大的垂直方向承载力，可达到五十至两千吨，同时该设计技术体系拥有较大垂直向压缩刚度，相应的其水平向具有的变形刚度有限，仅为每毫米四分之一千牛至每毫米一点八千牛，而其在水平向变位极限值则较大，最大可达到五十厘米，并具有较充足的初始刚度，可抵抗轻微地震与风荷载。一旦发生强烈地震时可产生一定程度的柔性自由滑动。而倘若发生了较大变形则会回升刚度，发挥一定的限位与保护作用。
2、减震消能结构抗震设计方式
减震消能结构抗震设计方式主要指位于某些建筑结构部位，例如剪力墙、支撑、连接缝、节点或连接件等位置合理设置消能组件或阻尼装置，利用该消能装置内含的非线性摩擦滞回变形进行能量耗散，或对地震能量进行吸收，进而降低主体建筑结构竖向与水平向的地震反应，避免建筑结构在地震作用下发生倒塌或破坏现象，以实现抗震、减震科学目标。该类设计方式主体适用于超高层或高层建筑，并在日本、美国等地实现了一定水平的应用，具有良好的抗震害效果。目前该减震消能抗震设计方式已在我国通过试点形式应用于一些建筑工程中并积累了良好经验。同时随着新一轮抗震设计相关规范的出台对上述减震消能与隔振技术应用于建筑工程明确了指导意见，表明该类新型抗震设计方式已逐步进入了实用发展阶段。当然基于该类抗震设计方式的特殊性其造价成本相对较高，且由技术设计到构造再到施工均包含一定的复杂性，因此对其进行准确的掌握与合理的实施还存在一些问题，因此我们应继续对其进行深入研究，力争早日实现广泛大规模的实践应用。
三、抗震概念设计要点
震感强烈的地震在自然灾害中破坏性非常大。近年来颁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、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。竖向的设计。
2、均匀的进行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。另外要保证刚度以及延性，就要同一层面支柱和其他连接结构刚性一致，刚度趋于均衡，增加结构延性，使构件更能吸收和发散地震能量。设置填充墙时将墙与柱分开，在不影响整体结构的受力状态下，根据需要设置防震缝，进而保证其质量。
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河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。
四、保证结构延性能力的抗震措施
合理选择了结构的屈服水平和延性要求后，就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性能力，从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标系统的抗震措施包括以下几个方面内容：
1、“强柱弱粱”：人为增大柱相对于梁的抗弯能力，使钢筋混凝土框架在大震下，梁端塑性铰出现较早，在达到最大非线性位移时塑性转动较大；而柱端塑性铰出现较晚，在达到最大非线性位移时塑性转动较小，甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。
2、“强剪弱弯”：剪切破坏基本上没有延性，一旦某部位发生剪切破坏，该部位就将彻底退出结构抗震能力，对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值，使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。
3、抗震构造措施：通过抗震构造措施来保证相城塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，同时保证结构的整体性。这一系统的抗震措施理念已被世界各国所接受，但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。首先，这两种思路均是以优先对梁端出塑性铰进行引导为基础。不需要被塑性力学的机构概念所限制，若能够在大震下实现以下的塑性耗能机构，就能保障抗震设计的根本要求：
（1）以梁端塑性铰耗能为主；（2）不限制柱端塑性铰出现，然而通过适当增强柱端抗弯能力的方法使其在大震下的塑性转动离其塑性转动能力有充足的裕量；（3）同层各个柱的上下端若不同时处于塑性变形状态。当前我国对于抗震措施中耗能机构的分析也遵循这一思路，普遍应用“梁柱塑性铰机构”的结构形式。为了有效避免发生没有延性的剪切破坏，在抗震设计过程中通常采取“强剪弱弯”的方式对构件受弯能力以及受剪能力的关系问题进行处理。必须重视的是，相比于非抗震抗剪的破坏，地震作用下的剪切破坏是不相同的。对抗震来说延性是极为关键的性质之一，若想通过抗震措施对结构的延性进行保障，就必须明确影响延性的因素。对于梁柱等构件，延性的影响因素最终可以总结为最根本的两点：混凝土极限压应变，破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。。
结语
综上所述，在土木工程中，结构抗震性能已成为衡量工程整体质量安全地重要指标，随着相关制度规范的相继颁布，对工程建筑的抗震性能有了更高得要求。新技术、心里念得不断涌现，为抗震设计提供了很多新途径，进一步提升了建筑结构的整体抗震性能。在实际工作中，我们总经经验教训，分析以往大型灾难中受损建筑物的主要缺陷，应对建筑结构抗震设计进行深入探讨，明确设计思路，进而有效提升结构抗震设计水平。
参考文献：
[1]谢朝阳.土木工程结构中的抗震技术发展[J].中国新技术新产品，2014，（8）.
[2]赵真，谢礼立.浅析传统结构抗震概念设计思想形成的一般规律[J].地震工程与工程振动，2014，（2）.
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