高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的運(yùn)用研究

劉 均 偉

(重慶信科設(shè)計(jì)有限公司，重慶 401121)

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高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的運(yùn)用研究

劉 均 偉

(重慶信科設(shè)計(jì)有限公司，重慶 401121)

分析了抗震概念設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義，介紹了抗震概念設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)，并闡述了抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，旨在增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

抗震概念設(shè)計(jì)，高層建筑，結(jié)構(gòu)體系，抗震性能

0 引言

地震災(zāi)害不僅會(huì)造成人員傷害，而且會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前地震災(zāi)害愈發(fā)頻繁，并帶來慘重的人員傷亡。建筑物倒塌是造成這一現(xiàn)象的根本原因，其中在高層建筑中更為顯著。若能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程融入抗震概念設(shè)計(jì)，便可降低上述損失?，F(xiàn)階段，建筑設(shè)計(jì)人員更加重視抗震概念設(shè)計(jì)，并將其作為主要研究?jī)?nèi)容。

1 抗震概念設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值

抗震概念設(shè)計(jì)實(shí)際上是一種宏觀控制。從最初的場(chǎng)地選取至平立面形式、基本結(jié)構(gòu)規(guī)劃等著手，有效消除建筑內(nèi)部抗震薄弱點(diǎn)，外加科學(xué)計(jì)算與可行的構(gòu)造措施，便可保障抗震性能，提升抗震可靠性。對(duì)于高層建筑而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般較為關(guān)注抗震概念設(shè)計(jì)，這是因?yàn)楦邔咏ㄖ哂蟹爆嵉慕Y(jié)構(gòu)，一旦遭遇地震災(zāi)害，具有動(dòng)力不可預(yù)測(cè)特性，且結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)存在不足，外加材料性能的制約與施工安裝等的作用，使得計(jì)算結(jié)果背離實(shí)際。片面憑借數(shù)值計(jì)算獲取基本結(jié)構(gòu)無法有效應(yīng)對(duì)實(shí)際抗震，特別是地質(zhì)特征的不同，使得大部分國(guó)家頒布的抗震規(guī)范存在顯著差異。另外，抗震概念設(shè)計(jì)除參照數(shù)值計(jì)算外，還提高了實(shí)踐性，同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)突出于分析計(jì)算，促使該抗震設(shè)計(jì)理念可達(dá)到區(qū)域差別背景下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本需求。突顯抗震概念設(shè)計(jì)，借此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中引起人們對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)程的關(guān)注，明確抗震概念設(shè)計(jì)主要規(guī)范，以此來攻克傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)片面關(guān)乎計(jì)算結(jié)果這一問題，要求工程師依據(jù)設(shè)計(jì)原則，聯(lián)系地區(qū)抗震規(guī)定，進(jìn)而增強(qiáng)抗震性能。

2 抗震概念設(shè)計(jì)基本要點(diǎn)

2.1 挑選規(guī)則的結(jié)構(gòu)

建筑體形的綜合規(guī)劃與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，并在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)主要位置，因?yàn)榇蟛糠值顾ㄖ且虿贿m宜規(guī)劃產(chǎn)生的。適宜的水平面與合理的垂直面可促進(jìn)抗震。綜合來說，平面形狀自身的規(guī)則性決定著抗震性。其中平面形狀越平整，則抗震性能越強(qiáng)。水平地震的具體作用見圖1。由于規(guī)則平面可穩(wěn)步承擔(dān)荷載作用，其結(jié)構(gòu)整體性越突出。在高度方向中，應(yīng)確保結(jié)構(gòu)布置具有連續(xù)性，以此來讓側(cè)向剛度由上至下保持連續(xù)，防范薄弱層。

2.2 挑選適宜的傳力路線

現(xiàn)階段，在大部分高層建筑中，其抗震概念設(shè)計(jì)均較為依賴計(jì)算機(jī)程序，一般情形中，為增加計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需掌握簡(jiǎn)便計(jì)算。依托計(jì)算機(jī)獲取受力狀態(tài)情況下結(jié)構(gòu)件的具體計(jì)算簡(jiǎn)圖，然后通過力學(xué)以及數(shù)學(xué)模型圍繞地震反應(yīng)展開詳細(xì)剖析，以此來明確最終結(jié)果，要求結(jié)構(gòu)傳力路徑應(yīng)便捷、直白。

2.3 挑選可行的場(chǎng)地與理想的基地

經(jīng)大地震調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，建筑物的損毀和局部地形密切相關(guān)。另外，還關(guān)乎地基和斷層等其余因素。房屋破壞率和覆蓋土層厚度具體呈現(xiàn)關(guān)系見圖2。若場(chǎng)地表層自身的覆蓋層厚度不大，則表明土質(zhì)偏硬，且具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。遭遇地震時(shí)，便不會(huì)輕易出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。因此，開展抗震概念設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，需選取硬質(zhì)基地，以此來降低地震產(chǎn)生的放大效應(yīng)。

2.4 配備多條抗震防線

在開展抗震概念設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)配備多條抗震防線。由于地震時(shí)間存在差異，還伴隨余震，所以，連續(xù)的地震將反復(fù)沖擊，在建筑物中形成累積性破壞。若高層建筑物單純配備一道防線，便會(huì)遭遇一次破壞，無法抗衡連續(xù)破壞。若配備多條抗震防線，待第一道防線遭遇破壞時(shí)，仍可通過第二、第三道防線發(fā)揮保護(hù)作用，以此來保障建筑物。此種設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)，又實(shí)用，值得應(yīng)用。

2.5 增加結(jié)構(gòu)的整體性

發(fā)生地震時(shí)，若想讓建筑物的每一個(gè)部件有機(jī)協(xié)調(diào)工作，這要求建筑物具備優(yōu)良的整體性。對(duì)建筑物而言，當(dāng)遭受地震后仍具有整體性，方可有較強(qiáng)的抗震能力。簡(jiǎn)而言之，空間結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性與綜合剛度影響著抗震能力，關(guān)乎著施工質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)的鋼筋混凝土能夠防范散落滑移、改善樓板的剛度，最終增加結(jié)構(gòu)的整體性。

3 抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)的具體運(yùn)用

3.1 抗震概念設(shè)計(jì)需明確結(jié)構(gòu)規(guī)律

對(duì)高層建筑而言，利用抗震概念設(shè)計(jì)時(shí)需合理調(diào)節(jié)高層建筑自身的體型設(shè)計(jì)，有效保障質(zhì)量，使其在規(guī)則上科學(xué)分布，增強(qiáng)設(shè)計(jì)整體性，以免在局部產(chǎn)生剛度過大現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)布局和抗震概念設(shè)計(jì)密切相關(guān)，以簡(jiǎn)約、對(duì)稱建筑為例，發(fā)生地震時(shí)，其應(yīng)力分析較為容易達(dá)成，實(shí)際反映便于促成，同時(shí)，可保持一致，然而，錯(cuò)層高層建筑卻恰恰相反，當(dāng)遭遇地震，出現(xiàn)地震效應(yīng)時(shí)，具有復(fù)雜性，無法精準(zhǔn)評(píng)判抗震效果。由此可知，抗震概念設(shè)計(jì)需明確結(jié)構(gòu)規(guī)律。

3.2 在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的具體運(yùn)用

實(shí)現(xiàn)抗震離不開構(gòu)件支撐，由此可知，抗震結(jié)構(gòu)體系包含的每一個(gè)構(gòu)件均應(yīng)具備較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度，同時(shí)，具有良好的連接性。從本質(zhì)層面而言，高層結(jié)構(gòu)體系屬于多層次超靜定結(jié)構(gòu)。我們應(yīng)面向其抗震結(jié)構(gòu)添加不同的抗震防線，即便遭遇地震，部分構(gòu)件發(fā)生損壞，其他構(gòu)件仍可繼續(xù)支撐，組建成抗震結(jié)構(gòu)，以此來承受地震力、擔(dān)負(fù)豎向荷載。綜合來說，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)先屈服部位，有效調(diào)整，構(gòu)建多道抗震防線，達(dá)到全面控制，這是可行、合理的結(jié)構(gòu)抗震耗能手段，也是抗震概念設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

3.3 在結(jié)構(gòu)體系中的具體運(yùn)用

在抗震概念設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系尤為重要，其實(shí)際應(yīng)用需結(jié)合高層建筑物的實(shí)際高度，結(jié)合抗震等級(jí)，科學(xué)挑選抗側(cè)力體系，借助概念計(jì)算掌握主要構(gòu)件的實(shí)際尺寸，增加方案的可行性。抗震結(jié)構(gòu)方案界定著抗震概念設(shè)計(jì)，因此，我們應(yīng)選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系，通常應(yīng)注意下述內(nèi)容：其一，對(duì)由于部分結(jié)構(gòu)作用所引發(fā)整體建筑結(jié)構(gòu)體系實(shí)際抗震能力下降或荷載承受能力降低，需遵循贅余度功能，遵守內(nèi)力重新劃分功能。該原則經(jīng)建筑實(shí)踐得到了有效證實(shí)；其二，選取結(jié)構(gòu)體系時(shí)，除需保證建筑體系受力清晰、傳力規(guī)范、傳力路線適宜外，還需具備精準(zhǔn)的地震作用傳遞路線和完整的計(jì)算簡(jiǎn)圖，上述均應(yīng)滿足抗震分析；其三，延性作為建筑結(jié)構(gòu)的基本特性，它關(guān)乎著結(jié)構(gòu)體系的整體變形能力。增強(qiáng)構(gòu)件延性是優(yōu)化抗震概念設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用的主要內(nèi)容，借助混凝土構(gòu)件可進(jìn)一步限制砌體結(jié)構(gòu)，即便經(jīng)由地震作用，配筋砌體出現(xiàn)裂縫，依然不會(huì)出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，增強(qiáng)荷載承受能力。

4 結(jié)語

對(duì)高層建筑而言，抗震概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中占據(jù)著重要位置，經(jīng)由科學(xué)的設(shè)計(jì)，可增強(qiáng)抗震穩(wěn)定性。由此可知，設(shè)計(jì)人員一定要認(rèn)識(shí)到抗震概念設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，掌握并精通抗震概念設(shè)計(jì)，有效運(yùn)用，綜合考慮每一項(xiàng)因素，最終打造牢固、優(yōu)質(zhì)的高層建筑。

[1] 陳琳琳.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用[J].江西建材,2014(9):30-31.

[2] 葉敬明,李永亮.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的重要性[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2015(22):502-503.

[3] 段陸陽.對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的分析[J].城市建筑,2014(33):56.

[4] 羅 旭.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2014(27):79.

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Application research of seismic concept design in high-rise building structure design

Liu Junwei

(ChongqingXinkeDesignCo.,Ltd,Chongqing401121,China)

The paper analyzes realistic meaning of seismic concept design, introduces basic points of seismic concept design, and describes the application of seismic concept design in high-rise building structure design, with a view to improve the seismic performance of high-rise building structure.

seismic concept design, high-rise building, structural system, seismic performance

1009-6825(2016)20-0043-02

2016-05-05

劉均偉(1986- )，男，助理工程師

TU352

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