分析抗震概念設計在高層建筑結構設計中的運用

文/ 吳海濤 中國建筑東北設計研究院 遼寧沈陽 110000

1、抗震概念設計的概述

概念設計本身應基于“小震不壞，中震可修，大震不倒”的結構三原則展開。概念設計主要指的是設計思維和理念，地震是不可預估的，進行結構抗震設計的計算方法是通過眾值烈度的概率計算，并不能準確的對每一次地震力的大小進行準確的計算，需要注意的是，在抗震概念設計時要注意高層建筑本身的實際情況，根據建筑物的高度、設防烈度的大小以及結構自身的體系來明確它們之間的力學關系，再根據力學關系來對建筑物實際受到地震作用帶來的損壞進行估算。由于地震破壞力的不確定性，也就導致了上述的損壞程度很難能夠準確計算。因此，從抗震的角度來看，在進行高層建筑結構設計時應用到抗震概念設計是很有現實意義的。概念設計本身包含了很多方面，內容較為廣泛。在高層建筑中選擇對建筑物抗震有利的結構方案和設計，加強對薄弱部位的分析，并且制定相應的保障措施，使高層建筑具有足夠的安全性，也讓人們的生活更安全、更有保障。

2、抗震概念在高層建筑結構設計中的應用

2.1 對建筑結構合理的選擇和布置

在建筑結構的選型上要根據許多綜合因素考慮，這些因素包括建筑的高度、建筑用途、設防烈度、基礎、地基、材料、施工、場地等，還要在經濟技術和經濟條件進行比較以后確定建筑選型。對于建筑結構的布置方面，應該遵循“平面對稱、豎向均勻”的原則。盡量避免框架柱和樓梯斜梁或平臺梁直接連接而形成的短柱，這類構件在地震下容易產生剪切破壞。

2.2 選擇有利的地基和場地

根據我國以往發生的多次地震造成的建筑損害情況分析，表明了地震對建筑物的破壞程度受建筑物所在場地地形以及地基的影響較大。一般情況下，建筑場地條件包括局部地形、斷層、地基土層、沙土液化等。在場地和地基的選擇方面，表層覆蓋層的厚度越小、土質硬，所以其承載力就高，穩定性也越好，在發生地震時地基不易失效；但是表層覆蓋層的厚度越大，土質越軟，那么對地震的效果作用也就會越大倍數的放大。另外，場地周圍如果有突出的山梁或者是孤立的山包，那么也會對地震效果放大。地震中，在斷層處常會出現地基失效、地層錯位、滑坡、土體變形等現象。因此，在高層建筑抗震設計時，要選擇硬質場地，盡可能避免不利因素的場地選擇，當實在無法避免時，就要采取必要的措施，較少地震效果的輸出。

2.3 設置多條抗震防線

多條抗震防線的設置可以保證抗震結構體系的可靠性，增強建筑物的抗震能力。設計多條抗震防線簡單來說就是設置多個延性較好的分體系，在設置分體系時應該注意選用實用性能較高的結構構件。需要特別注意的是，由于各個部件在建筑中的功能不同，受力條件也不盡相同，因此在選擇的過程中應該注意有所區分。

3、抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用

3.1 有機結合剛度和延性

一般來說一棟建筑物的靜力荷載是相對穩定的，變化不大，但是當地震來臨時，建筑物所承受的作用力一般不是靜力荷載，與其結構本身的動力特性密切相關。如果建筑物的抗側移的剛性大，它的自振周期短，地震給它帶來的影響就相對來說更為明顯，更容易受到影響。在建筑工程的實施前一定要對抗震概念設計有一定的研究，以達到更為理想的結果。由于地震本身是基于眾值烈度下的概率計算，所以有必要通過提高結構的延性去耗散地震能量，一次地震釋放的能量大小與結構構件的承載能力和結構自身的延性有關，一次地震釋放的能量大小是恒定的，當結構的延性變形足夠強，構件的承載能力就可以降低，從而既滿足了結構的安全性又提高了經濟性降低總成本。延性的提高一般通過結構的構造措施，比如軸壓比，配筋率，體積配箍率等。

3.2 降低地震時能量的輸入

根據以往的地震調查結果，增強高層建筑物抗震能力一個有效途徑就是減少地震能量的輸入。在進行高層建筑物的建設過程時，除了要考慮到局部地形的因素外，也應當將地震時的能量輸入納入考慮范圍之內，選擇地震輸入能量較少的地方相對來說較為安全。

3.3 處理好非結構部件

非結構部件一般指的是在結構分析中不參與考慮重力荷載和側向荷載的部件，這些側向荷載主要包括風和地震。內隔墻、建筑外圍墻等屬于非結構部件，這些部件雖然一般不參與荷載分析，但是在地震來臨時，這些部件都會或多或少的起到一定的積極或消極作用，甚至改變整個結構的承載力度，從而產生意料之外的抗震效果，或者是破壞原有的抗震效果，帶來局部危害。因此，為了建筑更好的抗震效果，有必要重新審視這些非結構部件，以達到理想效果。

3.4 遵從建筑結構整體性

高層建筑抗震能力的前提是建筑的整體性。當地震來臨時，力的作用是沿著平面不同方向同時傳遞的，此時，樓板的作用相當于水平隔板，成為力的傳播載體。尤其是在樓板有較大的開洞時，應該特別注意建筑結構整體性。

總結：

綜上所述，由于地震的隨機性和高層建筑的復雜性，增加了高層建筑抗震設計的難度。如果想簡單的依靠數值計算來解決現實中的抗震問題是不現實的。因此，越來越多的人把目光投向了抗震概念設計，借助抗震概念設計，可以避免設計人員陷入盲目計算，使其明確抗震設計思想，恰當應用抗震設計原則，從而合理的進行高層建筑結構的抗震設計。

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