土木工程结构设计中对抗震问题的分析

土木工程结构设计中对抗震问题的分析

张正涛

身份证号： 32082319730527

北京铁城建设监理有限责任公司

摘要：近年来，我国人口不断涌入城市，对建筑的需求提高，使各种建筑愈发密集，抗震设计的难度也随之增加。结合实际情况，详细分析了建筑工程结构设计中的抗震问题，并针对建筑选址、结构设计、建筑材料等方面进行研究，希望能起到借鉴作用。

关键词：建筑工程；结构设计；抗震问题

中图分类号：TU352.11文献标识码：A

引言

建筑工程结构的抗震设计缺陷，在安全时期不会暴露任何问题，当地震来临时会十分致命。频发的地震灾害促使我国建筑行业不断完善结构设计，增强建筑性能，提高安全性，本文通过分析目前我国建筑抗震设计中尚未解决的问题，有针对性地提出有效建议。

1地震对于建筑的危害

地震是一种常见的、普遍发生在全球大多数地区的自然灾害，每年都会有数万场地震发生，但绝大多数震级很小，甚至不会被人们感觉到。但每年都会发生强度较高的地震，且很难进行预测，造成世界各地大量人员伤亡，并带来高额经济损失。一般而言，地震对建筑的危害有以下4种。

1. 1. 建筑结构体系

我国最常用的建筑结构是填墙框架结构或钢筋混凝土结构，在地震发生时，平面内柱上端会受到强大的剪切力，从而导致破坏，而外墙框架柱也会承受较大的剪切力，但同时受到窗下方墙的约束，容易发生剪切破坏。采用抗震结构的房屋，在面对剪切力时，发生的形变较小，破坏程度也较小，面对一般的地震时破坏程度较轻，且不会直接发生倒塌，安全系数更高。底框结构的建筑在面对地震时会遭受严重破坏，很容易发生倒塌。

1. 2. 建筑的刚度分布

在矩形平面内进行设计和布置的结构，如电梯井等，在地震发生时，其抗侧力构件一般会发生扭转振动，造成扭曲变形，引发严重后果，因此，在地震发生时不能使用电梯。此外，采用不对称平面的建筑，如三角形结构和L形结构、之字形结构，都会在地震面前发生扭转振动，扩大地震的伤害。

1. 3. 建筑地基

在建筑使用过程中，可能会由于人们对地下水的过度使用和不透水路面等的作用而导致地下水水位下降，从而引发不同程度的沉降问题，或导致地基土结构松散，在地震来临时，很可能发生地下水流向改变及地基土液化、松动等，从而导致局部不均匀沉降，使地基对地上建筑的应力发生改变，建筑受力不均，可能会倾斜或倒塌，甚至导致裂缝等，结构遭受严重破坏；另外，若软弱冲积土层场地较厚，地震时就可导致上层建筑的破坏，加深建筑结构受损程度；在地形因素不利或较危险地段建造的房屋，会直接因地基破坏而发生倒塌。

1. 4. 构件

根据我国对多次地震相关数据的统计，总结出以下规律：一般来说，采用框架结构的建筑中，在地震发生时相对于房梁和材料板而言，承重柱的破坏程度更加严重；在钢筋混凝土结构中，一般窗户下方的墙体会在地震时遭受斜向应力，从而产生裂缝；但采用螺旋箍筋的混凝土结构，在地震过后仍然能保存得较为完整，核心混凝土结构一般不会遭到太大的破坏，柱体仍然保留较强的抵抗能力。

2目前我国建筑工程抗震设计存在的问题

2.1选址问题

如今我国城市人口逐渐增多，为扩大城市人口容量，需要更多建筑，许多开发商都扩大了建筑规模，因此，一些不适于进行建造的土地也被用作建筑工程施工场地，在不发生灾害时，场地因素并不会对建筑产生明显影响，但如果发生较强的地震，就会使建筑迅速遭到破坏。

2.2结构设计问题与材料问题

近年来，我国已在建筑抗风抗震性能上作出了十分详细且明确的设计规范，但个别建筑施工企业在实际执行过程中，为减少材料的使用量和建筑工程量，降低工程造价，节省成本，从而获取更多的经济效益，往往采用性能等级不合格的材料进行工程建设，或故意降低建筑的抗震等级，尤其是在钢结构、高层建筑中，部分设计师认为钢结构自身具备的抗风抗震性能已经足够抵御危机，不必增设抗震体系。采用这种方式设计和构建的建筑，存在极大的安全隐患，平时或许容易发生裂缝或其他小问题，但在地震灾害来临时，一些节点连接处会由于无法承受突然集中的应力而被破坏，导致整栋建筑物坍塌，居民来不及逃出建筑。另外，在建筑结构的抗震设计中，有些设计师考虑问题不周全，不能将所有位置对于抗震性的影响均考虑在内，常忽略一些细节，在建筑结构中留下不合理的设计或薄弱的地方，导致在灾害发生时有一些承重结构局部遭受破坏，失去支撑后整体建筑都会受到影响，容易直接发生倒塌^[1]。

3建筑工程中抗震结构设计要点

3.1选址方面

地震对于建筑物的破坏，除了源自地震来临释放的巨大能量造成的冲击，另一个重要因素就是地震通过地基来实现巨大的应力传导，破坏建筑物底层，从而导致建筑倒塌。因此在建筑工程的抗震设计中，十分重要的一项就是要做好建造场地的选址，在制订建造计划时，应做好实地考察，对目标区域的地质条件和土壤种类、破碎程度、粘性、含水量等进行细致的检测，选择场地土强度较高、能通过碾压等技术达到较高紧密程度、土壤不易液化且状态均匀分布的地段，要避开对于建筑的抗震设计不利的地形，如易液化土等。另外，若无法避开此类地形的选址，应在施工时采取相应的加固措施，从而强化建筑抗震能力

^[2]。

3.2结构设计方面

随着地震工程理论的逐步建立和近年来实际发生的地震对建筑行业的进一步考验，广大设计师积累了丰富的经验，对早期隔震方法进行了重新评估和适当的淘汰，并在此基础上进行改进和提升，增加了许多优化后的抗震设计方案，能适用于不同情况下的建筑施工。目前叠层橡胶垫基础隔震体系被公认为抗震结构设计中的最优选择，其适应性强，在不同结构的建筑物中都能得到使用，且造价相对低廉，抗震性强，受到了设计师的广泛欢迎。在地震发生时，建筑物地震反应的大小主要受2个因素影响，即结构周期和阻尼比，未采用抗震结构设计的建筑刚度大、周期短，且周期恰好处于地震输入能量最大的波频，会与地震源发生共振，因此在地震来临时，容易发生倒塌。叠层橡胶垫体系则可减少结构的加速度反应，在很大程度上提高建筑的抗震性能。经过多年实践工作的检验和实验室试验观测结果，在现有的多种隔震体系中，叠层橡胶垫基础隔震体系性能最优。首先，该体系中隔振器的耐久性很好，具有很强的抗酸性腐蚀和抗氧化作用，还对水的腐蚀有着很强的抵抗作用，能长时间保持原有状态，不会由于潮湿或其他原因发生腐蚀，导致强度减弱，一般来说，其使用寿命高达60年，并且不需要进行过多维护^[3]。

3.3建筑材料方面

在建筑工程的抗震结构设计中，材料问题也会直接影响建筑的抗震性能，从制订施工计划、选材再到施工过程中对于材料的保管养护，都要足够重视。需要根据现场情况选择材料种类，如在气候湿润、多雨地区的建筑，要选用抗腐蚀性较强的材料，并对金属材料进行防水处理，防止生锈；在易发生酸雨的地区，则要选取抗酸性腐蚀的材料。在施工时，要做好材料的养护保管工作，分类进行保存，防止橡胶老化、混凝土碳化等，在混凝土浇筑完成后，还要做好保温和保湿，增强材料性能，减少裂缝的产生^[4]。

结束语

相关工作者在进行大规模工程建造的同时，必须注重建筑的抗震结构设计，严格遵循国家的相关规定，采取科学的方法做好抗震设计，并使用性能较好的原材料，提高建筑安全性能和抗震性能，保障我国居民的安全^[5]。

参考文献：

1. 辛桂芹.建筑工程结构设计中对抗震问题的分析[J].绿色环保建材，2018（4）：88.

2. 黄元元.结构设计中常见的问题与解决办法[J].建材与装饰，2018（11）：102–103.

3. 舒林，谭继可，贾善坡.高层建筑结构抗震性能评估实例[J].建筑技术，2016，47（4）：371–374.

4. 张海峰.结构抗震概念设计在房屋建筑中的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2014（33）：159–159，234.

[5]司旭鹏，赵建昌，王佳.高烈度区框架结构抗震加固设计探讨[J].低温建筑技术，2014，36（4）：113–115.