抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用

金承偉（浙江宸泰建筑設計研究院有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310014）

地震本身就是一種隨機性，且難以預測的自然災害現象。我國廣闊的地域以及復雜的地理位置中包含了很多地震帶，處于地震帶上的城市都有可能面臨地震的突襲。為了有效保障高層建筑居民的人身財產安全，在時代發展下，必須要將抗震概念的設計有效融入建筑施工中，而在這之前，務必要對建筑整體結構加以細致的分析，根據抗震所需，設計出合理的建筑方案，并對相關建筑材料的應用把控好標準，從多個方面不斷提高我國高層建筑結構設計抗震性能的應用效果。

1 高層建筑結構設計中抗震概念設計的意義及抗震性能設計流程

1.1 高層建筑結構設計中抗震概念設計的意義

最初，概念設計的理論是理論設計和試驗研究的共同結合體。概念設計在后續的發展中，將其大量的設計思想融入工程實際的實驗環節中，進而形成了概念設計的基本原則。在依照這些基本原則下，展開相關的建筑結構設計和建筑整體的施工布局。高層建筑結構的受力能力十分復雜，因為本身存在的動力具有不確定性的特點，當發生地震時，這項特點就會被激活。從本質上，對于地震災害以及對于建筑結構的認知存在一定的局限性，很多建筑材料的性能在安裝與施工過程中容易發生改變，應用之前大規模的模擬地震波測試也會存在一定的數據偏差，很多模糊不清的數據被應用到高層建筑中，以至于很多高層建筑的抗震質量令人擔憂。

高層建筑結構抗震設計概念主要以數值計算作為基礎，同時增設了實踐經驗元素，要知道，結合概念設計要比固定的分析運算更為關鍵，這也促使抗震設計理念能夠滿足當前不同地理位置區域差別所進行的高層建筑設計需求。在此原則中，在高層建筑結構設計中，一直重視抗震概念設計的應用，而且重視結構規程以及抗震概念中的性能標準，只有這樣才能夠與傳統的結構設計劃清界限，避免計算結果產生的誤差。更為重要的是，在標準上，對于結構工程師的設計要求也極為嚴格，必須按照結構設計原則展開設計，并且結合不同地區對應的抗震標準的規范要求，以此保障高層建筑結構對于抗震性能的應用。

1.2 高層建筑結構設計中抗震性能的設計流程

抗震性能標準基本選定之后，建筑設計師必須同其他專業的工程師展開初步的建筑方案規劃與設計，并對初步設計方案進行實際論證，有效判斷此項目能否達到預期的抗震性能指標。如果初步設計方案沒有得到一眾滿意的通過，就需要二次設計或者是修改，重新進行規劃，在這之中需要以抗震性能標準作為主要依據進行設計，并在設計之后再次論證，其論證內容包括：建筑功能、建筑體系、建筑外形、建筑結構、構件性能標準以及非結構構件性能等方面，當這些內容全部論證完成之后，送到專家機構進行預估、評審，如果預估、評審沒有通過，則需要建筑設計師進行再次修改設計，并依舊要對抗震性能加以重視，對于抗震性能設計的基本流程可以劃分為:性能目標設定、初步設計、建筑方案、論證、評審，其詳細的抗震性能設計流程（如圖1所示）。

圖1 性能設計的基本步驟

2 建筑結構設計中的抗震設計優勢所在

2.1 建筑物的平面設計優勢

對于建筑師來說，平面設計是整個建筑環節中十分重要的環節，平面設計的好壞將對建筑物后續的使用有著決定性的影響作用。我們以商務高層建筑和普通居住用途的高層建筑相比較能夠發現，兩者的平面設計本質上具有很大的區別，這是因為建筑物的用途不同，在設計之時就必須要根據不同建筑物所需的實用功能進行設計。為了能夠有效地將抗震性能融入平面設計環節中，不但要對建筑材料的質量進行深入考慮，還需要對整體的構架安裝是否合理、協調加以綜合的評價和考量。

想要更全面的實現平面設計與抗震設計性能的有效融合，必須要對設計者提出更高的設計標準，設計師不但要具有十分豐富的工作經驗，而且必須對建筑的美觀性和抗震技術應用能力要有著極為深厚的研究，只有這樣才能夠保障美觀的同時，真正做到抗震性能的最佳效果。

2.2 建筑物的空間設計優勢

在對高層建筑物進行空間設計時，主要的設計原理是在現有的三維空間內所進行的一種建筑物豎向的設計方案。基于我國城市人口不斷增多，城市化建設急劇增長的狀態下，城市人口數量上的壓力迫使建筑物樓層逐漸增高。為了能夠降低建筑土地占有面積不斷擴大帶來的破壞，有效保障國土資源的平衡，在現代社會的發展過程當中，高層建筑逐漸成為流行趨勢，這也對高層建筑的空間設計提出了更高的標準。

常規而言，建筑物的樓層越低，其穩定性能就會越高，受到突發性地震災害的破壞也就會降低。相反，如果建筑樓層過高，那么其穩定性能就會越來越差，當受到突發地震災害時，容易產生大量的損壞現象。因此，建筑物的空間感設計當中應當有效融合抗震性能設計，只有這樣才能夠促使高層建筑具有穩定的抗震效果。

3 抗震概念設計在高層建筑結構設計中的有效應用

3.1 抗震概念設計需要重視高層建筑結構規律

在高層建筑的抗震概念設計環節中，務必要對高層建筑的整體形態設計進行科學的設計與修正，要有效保障剛度、對稱性、規則性，以及各個設計環節的質量均勻分布，并保證整體設計的完整性，規避局部設計出現剛度性能過大的問題。而且高層建筑的整體結構布局對于抗震概念設計具有極為重要的影響作用，以對稱、簡單的建筑作為基礎，在地震應力分析環節和實際的狀態下，都能夠對于抗震性能產生一致效果。不過，在凹凸立面和錯層設計的建筑物中，一旦突發地震情況，將會產生難以預估的地震連鎖反應，面對這樣的情況，就難以對高層建筑抗震效果采取最適當的分析。所以說，在高層建筑抗震概念設計環節中，務必要重視結構規律。

3.2 抗震概念設計在結構體系上的有效應用

高層建筑抗震結構體系是抗震概念設計中的重中之重。抗震概念設計在建筑物結構體系上的應用，主要根據高層建筑物的實際高度和抗震等級來挑選最適合的抗側力體系，挑選的過程中以概念適用性來判定結構設計方案是否具有可行性，還要確定其內部構件的標準尺寸，方案選擇必須合理，這是因為抗震結構構件的有效選擇，將會直接對抗震概念設計的穩定性、經濟性造成影響，合理的挑選建筑結構體系需要注重如下兩個層面：

首先，所選擇的建筑結構體系應該是對內部使用功能、荷載、承載能力、整體建筑結構體系等多個層面采取分析，務必要堅持抗震設計原則當中的贅余度以及內力重分配的，這樣才能夠保障高層建筑在遭受突發地震災害時具有良好的抗震性能。

另外，在選擇建筑結構體系時，不但要考慮到建筑體系的受力能力、傳力路線，還需要慎重的考慮地震作用傳遞途徑以及明確計算的簡圖，這些細節應當持續性的與抗震性能分析相互結合。

3.3 抗震概念設計在建筑結構構造上的有效應用

高層建筑抗震性能的實現必須要以各個構件作為基礎支撐。所以，抗震結構體系當中的不同安裝構件都需要具有一定的強度和剛度。目前，在我國現有規范中，對建筑關鍵部位的構件也提出了全新的抗震構造標準，如最小配箍率、最小配筋率、最大軸壓比等等。高層建筑的整體結構呈現的是一個多元化、多層次的超靜定結構，所以抗震結構也需要設置多種抗震防線。

這樣一來，一旦發生地震情況，一部分構件會預先遭受破壞，但其剩余的安裝構件依然能夠完好的支撐并延續自身的作用能力，形成一道個體獨立的抗震防線，承受著地震災害與豎向荷載帶來的壓力。所以，有效合理的對高層建筑結構體系進行控制，在結構構造上將抗震耗能作為一種防線措施，能夠有效保障抗震結構概念設計的應用能力得到最大的發揮。

4 結語

綜上所述，由于我國城市人口不斷增長，城市化建設不斷加快，高層建筑成為當下時代發展的主流建筑趨勢。然而，現在的地震災害也時刻危及人們的生產、生活安全。對于城市高層建筑結構設計而言，必須要對其抗震概念設計進行有效融入，只有這樣，高層建筑物在遭受到突發地震災害時，才能夠有效保障人們的生命財產安全不受侵害。