抗震概念设计在高层建筑结构设计中的运用

吴永波

【摘要】我国国土面积广阔，地理环境復杂，高层建筑的抗震设计所面临的环境较为复杂，而地震灾害难以预警，且没有固定的规律可以研究，这使得高层建筑的抗震设计变得更加困难，本文深入分析了抗震概念设计在高层建筑结构设计当中的运用方式，对提升我国高层建筑的抗震性能，具有十分重要的意义。

【关键词】抗震概念；高层建筑结构设计；运用

概念设计是建筑抗震设计的重要组成部分，建筑的抗震性能很大程度上取决于概念设计是否具备足够的科学性，高层建筑的抗震设计开始之前，需要对高层建筑的建设地址进行科学的选择，并且对建筑的平面图设计方案进行评价，要加强对高层建筑内部结构的重视，根据建筑结构延性的特点对建筑抗震性的薄弱部分进行重点施工改造，以便高层建筑的抗震性能能够真正满足使用者想需求。

一、抗震概念设计在高层建筑结构设计方面运用情况概述

地震灾害是我国自然灾害中较为常见的种类，如果高层建筑的抗震性能不佳，无法应对剧烈地震，人们的生活质量将很难得到保证，因此，加强对抗震概念的关注，对提升高层建筑的抗震性能，具有十分重要的意义【1】。抗震概念的设计工作根据以往对高层建筑抗震设计的经验进行总结，并且结合当前的科学理论对高层建筑的抗震设计方案进行改良，能够保障高层建筑抗震性能得到提升。提升高层建筑整体结构设计的科学性，并增强建筑细部构造建设水平，建筑抗震概念的设计既包括对高层建筑建设位置进行勘察，也包括建筑外部形态和内部结构设计方案的考察，还包括研究建筑设计人员的基本理念和基本思想，以便了解建筑的最终设计方案，制定出符合建筑实际要求的抗震设计概念。要对历次地震灾害的具体破坏性进行总结，并根据抗震设计的经验对抗震概念进行完善，高层建筑的抗震设计工作当中，概念的设计环节比相关参数的计算更加重要。在对高层建筑的抗震结构进行设计的过程中，要从影响建筑抗震性能的全局出发对建筑的结构进行科学的改造，并且结合建筑在重大地震灾害中可能出现的问题，对抗震概念的准则进行制定，只有做好了高层建筑的抗震概念设计工作，高层建筑的抗震性能才能真正得到保障。

二、抗震概念设计在高层建筑设计中的具体运用

（一）科学的选择高层建筑建设地址

地震灾害的发生并没有完善的预警系统，但是，高层建筑的抗震概念设计人员可以根据建筑建设地点在历史上发生地震的强度和次数进行地震发生可能性的估测，要选择历史上发生地震次数较少或不曾发生地震的地质作为高层建筑的建设地址，并且对该地区的地质状况进行调查，要选取地质条件较为坚硬的地区或周边缺少大型河流和湖波的地区作为高层建筑的施工地点，以此保证高层建筑具备良好的抗震基础。要尽可能选择粘土作为高层建筑地基施工的土质，并且在检测建筑抗震性能的过程中选择间隔58m的点作为高层建筑的检测距离，要在高层建筑抗震检测的过程中做好参数的记录，尤其是建筑外部凸起部分的检测要加强重视程度【2】。研究表明，高层建筑外部凸起部分的抗震性能需要较凹陷部分的抗震性能强1.84倍，因此，要对高层建筑外部突出部位的抗震设施进行加强处理。

（二）降低高层建筑的外部能量输入

要加强对高层建筑施工场地覆盖层的重视，尽可能选取较为轻薄的材质作为施工场地的覆盖层，要根据国家科研机构制定的标准对覆盖面的厚度进行控制，从施工场地的地面到坚硬场地上面的面积需要进行覆盖面的处理，岩石是较为多见的坚硬场地的种类，场地的剪切波必须保证速度在500m/s以上【3】，在施工场地的土质较为坚硬的区域和硬夹层区域，必须进行特殊处理，不能采取同一般岩石施工相同的方法。在土质较为疏松的区域，要运用T0=4H/V作为公式，如果土质的整体含量较大，要运用T0=β4H/V作为公式。要借鉴其他国家的岩层处理经验，如果建筑属性为柔性建筑，要注意对土质密度较大的区域进行震害检测，保证地震灾害造成的破坏能够尽可能多的对岩石材质构成影响，保证高层建筑的整体抗震性能。

（三）高层建筑的平立面布置

建筑设计应根据抗震概念设计的要求，明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施，特别不规则的建筑应进行专门研究和论证并采取特别的加强措施。不应采取严重不规则的建筑。规则性评价需综合考虑几何布局、结构设计以及使用等因素，总的要求是平面布置、质量和抗侧力构件的平面布局宜规则、对称，立面变化和侧向刚度沿竖向宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免侧向刚度和承载力的突变。建筑物的平面布置宜规则、对称，平面不规则包括扭转不规则、凹凸不规则和楼板局部不连续。

三、抗震概念设计在高层建筑结构设计方面的具体运用

在进行结构方案平面布置时，应尽可能使得抗侧力体系对称分布，减轻房屋重量且保持重量分布较为均匀，以减小地震的扭转影响。结构布置应有利于加大抗扭刚度和提高抗倾覆能力。因此，应特别注意抗侧刚度大的抗震墙、芯筒的位置，力求居中或对称，在结构外围布置一些抗震墙，可以提高结构的抗扭刚度和抗倾覆能力。在进行结构的竖向布置时，应尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，

避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。在地震中，第一道防线先行屈服或破坏，因此要求构成第一道防线的部分应当是不负担或少负担竖向荷载的构件，如填充墙、轴压比小的抗震墙、柱或筒体等。在纯框架结构中，梁应先于柱屈服，即“强柱弱梁”型框架。结构整体的承载能力、变形能力取决于构件的承载能力和变形能力的发挥，因此应保证关键构件、关键部位具有适当的强度和足够的延性水平。在平面上，应该在房屋周边转角处、平面突变处以及复杂平面各翼相接处的构件延性着重提高。对于偏心结构，应该对房屋周边特别是刚度较弱一端构件的延性进行特别的加大。对于具有多道抗震防线的抗侧力体系，应着重提高第一道防线中构件的延性。在同一构件中，应着重提高关键杆件的延性。在进行抗震结构材料的选择时，应该注重抗震结构材料的性能，主要要求如下：具有较好的连接性、较好的延性、构件的连接具有良好的整体性、能充分发挥材料的强度、延性系数高“、强度/重力”比值大、匀质性好。按照上述标准来衡量，高层建筑使用不同材料的结构类型，依其抗震性能优劣而排序为：钢结构、型钢混凝土结构、混凝土-钢混合结构、现浇钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、装配式钢筋混凝土结构、配筋砌体结构。

结束语：抗震概念设计是提升高层建筑抗震性能的重要设计工作，深入的分析抗震概念的重要意义，并从高层建筑具体施工和结构设计方面对抗震概念的运用进行具体分析，对提升高层建筑的抗震性能，具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 吕西林.高层建筑结构设计（第二版）[M].武汉：武汉理工大学出版社，2014.

[2] 郭继武.建筑抗震设计[M].北京：高等教育出版社，2014.

[3] 中华人民共和国建设部. JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程

[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[4] 中华人民共和国建设部. GB50011—2001 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.