丁国尚
青岛市市政工程设计研究院 山东省青岛市 266011
摘要：近年来，随着我国现代城市化发展进程的加快，土木工程建设规模持续扩大，对土木工程结构质量与设计水平提出了更高的要求。一些土木工程结构抗震设计体系较为滞后，在出现地震灾害时，容易出现建筑大面积损毁问题，造成严重经济损失，也给社会带来了极大的负面影响。因此，本文对土木工程结构设计抗震问题进行分析，阐述结构抗震原则，提出优化设计策略，为同类工程提供设计参考。
关键词：土木工程；结构设计；抗震问题；优化设计
一、土木工程结构抗震设计原则
1、简便化
地震是地壳快速释放能量过程中造成震动并发出地震波的一种自然现象，以现有科技水平来看，并无法准确预测地震的到来，也无法全面掌握地震特性与震中震源等关键参数，这对土木工程结构抗震设计造成了限制，难以预测后续出现的地震灾害对工程结构造成的具体影响。在这一工程背景下，如果土木工程结构过于复杂，将会对建筑结构稳定性与牢固性评估工作造成不利影响，无法取得理想的结构抗震设计效果，存在安全隐患。因此，在土木工程结构设计阶段，在满足工程建设标准与使用需求的前提下，应遵循简便化设计原则，尽可量设计形状较为简单的工程结构，这将在客观层面上提高工程设计水平与抗震效果。例如，针对简单的工程结构，设计人员将已知工程信息导入相关参数，即可准确掌握整体结构受力情况，获取各项设计参数的最佳值，发现并消除抗震结构薄弱环节。
2、设计整体性
抗震结构是由若干构件共同组成的结构体系，在各构件部分之间产生设计冲突时，将破坏抗震结构的整体性与平衡性，当地震来临时，难以充分发挥结构抗震性能，形成多处抗震薄弱环节，并在问题严重时出现建筑大面积损毁等安全事故。以常见的框架-抗震墙结构为例，是由横向与纵向抗震墙、框架结构共同组成的结构体系。因此，设计人员应遵循整体性设计原则，从全局统筹角度出发，正确处理抗震结构体系中各构件部位间的关系，做好结构整体布局工作，使得结构造承受地震波作用时可以有效抵抗侧压力，不会出现中心位置偏移现象。
二、土木工程结构抗震优化设计策略
1、设计结构模型
为直观化了解土木工程结构抗震设计效果，可选择运用信息化手段，设计结构模型，在已知工程信息基础上筛选出常规指标与变量数据，如结构可靠性参数，将数据指标导入模型中，帮助设计人员综合衡量参考指标，起到辅助决策的作用。其次，明确土木工程结构的设计函数，分析所选择钢筋等函数指标的性质，准确获取设计参数的最佳值，以此强化结构抗震性能，降低工程造价。最后，在所制定初步设计方案基础上，模拟不同工况条件下的工程结构情况，标记模型中的抗震薄弱环节，通过深化设计来消除薄弱环节，提升建筑物抗震效果。
2、细部结构优化设计
在土木工程中，细部结构是整体结构中的局部连接部位，也可将其视作为局部空间界面，发挥着围护、防水、保温隔热、防噪、通风等结构功能，如窗体起到墙体维护与满足室内采光需求的作用，门体起到墙体维护与满足人出入需求的作用。然而，在部分土木工程中，受到人为与外部因素影响，致使细部结构计算产生误差，无法取得预期的抗震设计效果，形成整体结构中的抗震薄弱环节。因此，设计人员应在初步设计方案基础上，对建筑细部结构进行优化设计，发现并解决设计不合理的地方，充分发挥细部结构的实用功能。
例如，在墙体上开设窗户与通风口时，在不影响结构功能发挥的前提下，要求将窗体与通风口设置在墙体居中区域，并缩小窗体与通风口尺寸，如果开口位置不合理或尺寸过大，将影响到墙体抗弯与剪切强度。同时，沿水平方向设置水泥预制板等刚性楼板，与传统的托梁楼板和平拱楼板相比，在设置刚性楼板的前提下，当建筑承受强烈地震波冲击时，可以起到稳固外墙的抗震效果，避免墙体倾倒塌陷。
3、桩基优化设计
在土木工程中，桩基是由桩体和连接桩顶的承台共同组成的深基础结构，在建筑物受到强烈地震波冲击时，桩基在地震力作用下的变形量较小，不会产生扭转地震效应，起到稳定整体结构的作用。为取得理想的结构抗震设计效果，应对桩基设计方案进行优化完善，结合上部结构与荷载情况，确定桩基结构中桩体的数量与柱下桩基排列形式。例如，在上部建筑结构荷载较大且占地面积较小时，在桩基结构内将墙下桩以片状进行排列，布置成满堂桩。同时，考虑到部分土木工程施工现场地质环境较为复杂，地下水位较高，虽然组织开展抗浮验算，但由于地下水位频繁变动与抗浮验算结果有误，偶尔出现结构上浮现象，严重破坏了建筑抗震结构。针对于此，应在桩基方案中开展抗浮设计，结合工程情况确定抗浮水位与抗浮水头压力，并在桩基结构中设置抗拔桩，于基岩较浅场地设置抗浮锚杆。
4、基础结构优化设计
在建筑物承受地震波冲击时，基础结构发挥着始终承受上部结构传下的竖向与水平地震剪力、控制倾覆力矩、避免出现过大沉降与不均匀沉降现象的抗震作用。为充分发挥基础结构的抗震性能，应采取以下优化设计措施：第一，加强基础与上部结构连接。上部建筑结构与基础结构连接稳定与否，直接影响到结构整体抗震性能，也是基础结构抗震性能能否得以发挥的关键，可选择在内外墙地下室地坪标高处额外设置一道连续闭合的基础梁，在一般性砖混结构中使用防水砂浆来替代油毡防潮层。第二，选择基础类型。不同基础类型的适用范围、所发挥抗震效果有所不同，应结合工程情况合理选择。例如，低承台桩基础具有良好的抵抗水平剪力性能，砖石条形基础的抗震性能虽然有所不足，但在一般条件可仍具有足够的抗震性能。第三，加大基础埋深。设计人员可适当加大基础结构的埋深，随着埋深值的增加，可以明显增强地基土对建筑结构起到的嵌固作用，在出现地震灾害后，将减少建筑物振幅，减轻建筑结构受损程度。但是，禁止设计人员无限制增加基础埋设，这将加大工程造价成本与工程量。
5、应用统计分析程序
考虑到现代土木工程的建设规模较为庞大，结构抗震设计涉及到诸多方面，需要处理庞大数据量，如果仍旧采取传统的人工设计方式，受人为因素影响，时常出现数据计算错误问题，进而对结构设计质量造成影响。因此，设计人员可选择应用统计分析程序，将所收集工程信息与设计资料导入程序中，程序基于运行准则，可以在极短时间内完成数据统计、指标计算、结构模型评价分析等任务，这对抗震结构设计水平与效率的提升有着重要意义。
结语：
综上所述，为实现工程预期建设目标，有效抵御地震灾害对建筑物结构造成的影响，保护人民群众安全。因此，在土木工程设计阶段，必须提高对抗震结构设计的重视程度，严格遵循简便化与整体性设计原则，落实以上结构抗震优化设计策略，及早构建起符合现代土木工程建设需求的抗震结构设计体系，推动我国建筑业的快速发展。
参考文献：
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