抗震概念設計在高層建筑結構設計中的運用

吳永波

【摘要】我國國土面積廣闊，地理環境復雜，高層建筑的抗震設計所面臨的環境較為復雜，而地震災害難以預警，且沒有固定的規律可以研究，這使得高層建筑的抗震設計變得更加困難，本文深入分析了抗震概念設計在高層建筑結構設計當中的運用方式，對提升我國高層建筑的抗震性能，具有十分重要的意義。

【關鍵詞】抗震概念；高層建筑結構設計；運用

概念設計是建筑抗震設計的重要組成部分，建筑的抗震性能很大程度上取決于概念設計是否具備足夠的科學性，高層建筑的抗震設計開始之前，需要對高層建筑的建設地址進行科學的選擇，并且對建筑的平面圖設計方案進行評價，要加強對高層建筑內部結構的重視，根據建筑結構延性的特點對建筑抗震性的薄弱部分進行重點施工改造，以便高層建筑的抗震性能能夠真正滿足使用者想需求。

一、抗震概念設計在高層建筑結構設計方面運用情況概述

地震災害是我國自然災害中較為常見的種類，如果高層建筑的抗震性能不佳，無法應對劇烈地震，人們的生活質量將很難得到保證，因此，加強對抗震概念的關注，對提升高層建筑的抗震性能，具有十分重要的意義【1】。抗震概念的設計工作根據以往對高層建筑抗震設計的經驗進行總結，并且結合當前的科學理論對高層建筑的抗震設計方案進行改良，能夠保障高層建筑抗震性能得到提升。提升高層建筑整體結構設計的科學性，并增強建筑細部構造建設水平，建筑抗震概念的設計既包括對高層建筑建設位置進行勘察，也包括建筑外部形態和內部結構設計方案的考察，還包括研究建筑設計人員的基本理念和基本思想，以便了解建筑的最終設計方案，制定出符合建筑實際要求的抗震設計概念。要對歷次地震災害的具體破壞性進行總結，并根據抗震設計的經驗對抗震概念進行完善，高層建筑的抗震設計工作當中，概念的設計環節比相關參數的計算更加重要。在對高層建筑的抗震結構進行設計的過程中，要從影響建筑抗震性能的全局出發對建筑的結構進行科學的改造，并且結合建筑在重大地震災害中可能出現的問題，對抗震概念的準則進行制定，只有做好了高層建筑的抗震概念設計工作，高層建筑的抗震性能才能真正得到保障。

二、抗震概念設計在高層建筑設計中的具體運用

（一）科學的選擇高層建筑建設地址

地震災害的發生并沒有完善的預警系統，但是，高層建筑的抗震概念設計人員可以根據建筑建設地點在歷史上發生地震的強度和次數進行地震發生可能性的估測，要選擇歷史上發生地震次數較少或不曾發生地震的地質作為高層建筑的建設地址，并且對該地區的地質狀況進行調查，要選取地質條件較為堅硬的地區或周邊缺少大型河流和湖波的地區作為高層建筑的施工地點，以此保證高層建筑具備良好的抗震基礎。要盡可能選擇粘土作為高層建筑地基施工的土質，并且在檢測建筑抗震性能的過程中選擇間隔58m的點作為高層建筑的檢測距離，要在高層建筑抗震檢測的過程中做好參數的記錄，尤其是建筑外部凸起部分的檢測要加強重視程度【2】。研究表明，高層建筑外部凸起部分的抗震性能需要較凹陷部分的抗震性能強1.84倍，因此，要對高層建筑外部突出部位的抗震設施進行加強處理。

（二）降低高層建筑的外部能量輸入

要加強對高層建筑施工場地覆蓋層的重視，盡可能選取較為輕薄的材質作為施工場地的覆蓋層，要根據國家科研機構制定的標準對覆蓋面的厚度進行控制，從施工場地的地面到堅硬場地上面的面積需要進行覆蓋面的處理，巖石是較為多見的堅硬場地的種類，場地的剪切波必須保證速度在500m/s以上【3】，在施工場地的土質較為堅硬的區域和硬夾層區域，必須進行特殊處理，不能采取同一般巖石施工相同的方法。在土質較為疏松的區域，要運用T0=4H/V作為公式，如果土質的整體含量較大，要運用T0=β4H/V作為公式。要借鑒其他國家的巖層處理經驗，如果建筑屬性為柔性建筑，要注意對土質密度較大的區域進行震害檢測，保證地震災害造成的破壞能夠盡可能多的對巖石材質構成影響，保證高層建筑的整體抗震性能。

（三）高層建筑的平立面布置

建筑設計應根據抗震概念設計的要求，明確建筑形體的規則性。不規則的建筑應按規定采取加強措施，特別不規則的建筑應進行專門研究和論證并采取特別的加強措施。不應采取嚴重不規則的建筑。規則性評價需綜合考慮幾何布局、結構設計以及使用等因素，總的要求是平面布置、質量和抗側力構件的平面布局宜規則、對稱，立面變化和側向剛度沿豎向宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免側向剛度和承載力的突變。建筑物的平面布置宜規則、對稱，平面不規則包括扭轉不規則、凹凸不規則和樓板局部不連續。

三、抗震概念設計在高層建筑結構設計方面的具體運用

在進行結構方案平面布置時，應盡可能使得抗側力體系對稱分布，減輕房屋重量且保持重量分布較為均勻，以減小地震的扭轉影響。結構布置應有利于加大抗扭剛度和提高抗傾覆能力。因此，應特別注意抗側剛度大的抗震墻、芯筒的位置，力求居中或對稱，在結構外圍布置一些抗震墻，可以提高結構的抗扭剛度和抗傾覆能力。在進行結構的豎向布置時，應盡可能使其豎向剛度、強度變化均勻，

避免出現薄弱層，并應盡可能降低房屋的重心。在地震中，第一道防線先行屈服或破壞，因此要求構成第一道防線的部分應當是不負擔或少負擔豎向荷載的構件，如填充墻、軸壓比小的抗震墻、柱或筒體等。在純框架結構中，梁應先于柱屈服，即“強柱弱梁”型框架。結構整體的承載能力、變形能力取決于構件的承載能力和變形能力的發揮，因此應保證關鍵構件、關鍵部位具有適當的強度和足夠的延性水平。在平面上，應該在房屋周邊轉角處、平面突變處以及復雜平面各翼相接處的構件延性著重提高。對于偏心結構，應該對房屋周邊特別是剛度較弱一端構件的延性進行特別的加大。對于具有多道抗震防線的抗側力體系，應著重提高第一道防線中構件的延性。在同一構件中，應著重提高關鍵桿件的延性。在進行抗震結構材料的選擇時，應該注重抗震結構材料的性能，主要要求如下：具有較好的連接性、較好的延性、構件的連接具有良好的整體性、能充分發揮材料的強度、延性系數高“、強度/重力”比值大、勻質性好。按照上述標準來衡量，高層建筑使用不同材料的結構類型，依其抗震性能優劣而排序為：鋼結構、型鋼混凝土結構、混凝土-鋼混合結構、現澆鋼筋混凝土結構、預應力混凝土結構、裝配式鋼筋混凝土結構、配筋砌體結構。

結束語：抗震概念設計是提升高層建筑抗震性能的重要設計工作，深入的分析抗震概念的重要意義，并從高層建筑具體施工和結構設計方面對抗震概念的運用進行具體分析，對提升高層建筑的抗震性能，具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1] 呂西林.高層建筑結構設計（第二版）[M].武漢：武漢理工大學出版社，2014.

[2] 郭繼武.建筑抗震設計[M].北京：高等教育出版社，2014.

[3] 中華人民共和國建設部. JGJ3-2002 高層建筑混凝土結構技術規程

[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[4] 中華人民共和國建設部. GB50011—2001 建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.