分析抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

文/ 吳海濤 中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院 遼寧沈陽 110000

1、抗震概念設(shè)計(jì)的概述

概念設(shè)計(jì)本身應(yīng)基于“小震不壞，中震可修，大震不倒”的結(jié)構(gòu)三原則展開。概念設(shè)計(jì)主要指的是設(shè)計(jì)思維和理念，地震是不可預(yù)估的，進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的計(jì)算方法是通過眾值烈度的概率計(jì)算，并不能準(zhǔn)確的對(duì)每一次地震力的大小進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，需要注意的是，在抗震概念設(shè)計(jì)時(shí)要注意高層建筑本身的實(shí)際情況，根據(jù)建筑物的高度、設(shè)防烈度的大小以及結(jié)構(gòu)自身的體系來明確它們之間的力學(xué)關(guān)系，再根據(jù)力學(xué)關(guān)系來對(duì)建筑物實(shí)際受到地震作用帶來的損壞進(jìn)行估算。由于地震破壞力的不確定性，也就導(dǎo)致了上述的損壞程度很難能夠準(zhǔn)確計(jì)算。因此，從抗震的角度來看，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用到抗震概念設(shè)計(jì)是很有現(xiàn)實(shí)意義的。概念設(shè)計(jì)本身包含了很多方面，內(nèi)容較為廣泛。在高層建筑中選擇對(duì)建筑物抗震有利的結(jié)構(gòu)方案和設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)薄弱部位的分析，并且制定相應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)合理的選擇和布置

在建筑結(jié)構(gòu)的選型上要根據(jù)許多綜合因素考慮，這些因素包括建筑的高度、建筑用途、設(shè)防烈度、基礎(chǔ)、地基、材料、施工、場地等，還要在經(jīng)濟(jì)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行比較以后確定建筑選型。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的布置方面，應(yīng)該遵循“平面對(duì)稱、豎向均勻”的原則。盡量避免框架柱和樓梯斜梁或平臺(tái)梁直接連接而形成的短柱，這類構(gòu)件在地震下容易產(chǎn)生剪切破壞。

2.2 選擇有利的地基和場地

根據(jù)我國以往發(fā)生的多次地震造成的建筑損害情況分析，表明了地震對(duì)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(zhì)硬，所以其承載力就高，穩(wěn)定性也越好，在發(fā)生地震時(shí)地基不易失效；但是表層覆蓋層的厚度越大，土質(zhì)越軟，那么對(duì)地震的效果作用也就會(huì)越大倍數(shù)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(huì)對(duì)地震效果放大。地震中，在斷層處常會(huì)出現(xiàn)地基失效、地層錯(cuò)位、滑坡、土體變形等現(xiàn)象。因此，在高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇硬質(zhì)場地，盡可能避免不利因素的場地選擇，當(dāng)實(shí)在無法避免時(shí)，就要采取必要的措施，較少地震效果的輸出。

2.3 設(shè)置多條抗震防線

多條抗震防線的設(shè)置可以保證抗震結(jié)構(gòu)體系的可靠性，增強(qiáng)建筑物的抗震能力。設(shè)計(jì)多條抗震防線簡單來說就是設(shè)置多個(gè)延性較好的分體系，在設(shè)置分體系時(shí)應(yīng)該注意選用實(shí)用性能較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。需要特別注意的是，由于各個(gè)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(yīng)該注意有所區(qū)分。

3、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

3.1 有機(jī)結(jié)合剛度和延性

一般來說一棟建筑物的靜力荷載是相對(duì)穩(wěn)定的，變化不大，但是當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，建筑物所承受的作用力一般不是靜力荷載，與其結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性密切相關(guān)。如果建筑物的抗側(cè)移的剛性大，它的自振周期短，地震給它帶來的影響就相對(duì)來說更為明顯，更容易受到影響。在建筑工程的實(shí)施前一定要對(duì)抗震概念設(shè)計(jì)有一定的研究，以達(dá)到更為理想的結(jié)果。由于地震本身是基于眾值烈度下的概率計(jì)算，所以有必要通過提高結(jié)構(gòu)的延性去耗散地震能量，一次地震釋放的能量大小與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和結(jié)構(gòu)自身的延性有關(guān)，一次地震釋放的能量大小是恒定的，當(dāng)結(jié)構(gòu)的延性變形足夠強(qiáng)，構(gòu)件的承載能力就可以降低，從而既滿足了結(jié)構(gòu)的安全性又提高了經(jīng)濟(jì)性降低總成本。延性的提高一般通過結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施，比如軸壓比，配筋率，體積配箍率等。

3.2 降低地震時(shí)能量的輸入

根據(jù)以往的地震調(diào)查結(jié)果，增強(qiáng)高層建筑物抗震能力一個(gè)有效途徑就是減少地震能量的輸入。在進(jìn)行高層建筑物的建設(shè)過程時(shí)，除了要考慮到局部地形的因素外，也應(yīng)當(dāng)將地震時(shí)的能量輸入納入考慮范圍之內(nèi)，選擇地震輸入能量較少的地方相對(duì)來說較為安全。

3.3 處理好非結(jié)構(gòu)部件

非結(jié)構(gòu)部件一般指的是在結(jié)構(gòu)分析中不參與考慮重力荷載和側(cè)向荷載的部件，這些側(cè)向荷載主要包括風(fēng)和地震。內(nèi)隔墻、建筑外圍墻等屬于非結(jié)構(gòu)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(shí)，這些部件都會(huì)或多或少的起到一定的積極或消極作用，甚至改變整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力度，從而產(chǎn)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(jié)構(gòu)部件，以達(dá)到理想效果。

3.4 遵從建筑結(jié)構(gòu)整體性

高層建筑抗震能力的前提是建筑的整體性。當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，力的作用是沿著平面不同方向同時(shí)傳遞的，此時(shí)，樓板的作用相當(dāng)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(shí)，應(yīng)該特別注意建筑結(jié)構(gòu)整體性。

總結(jié)：

綜上所述，由于地震的隨機(jī)性和高層建筑的復(fù)雜性，增加了高層建筑抗震設(shè)計(jì)的難度。如果想簡單的依靠數(shù)值計(jì)算來解決現(xiàn)實(shí)中的抗震問題是不現(xiàn)實(shí)的。因此，越來越多的人把目光投向了抗震概念設(shè)計(jì)，借助抗震概念設(shè)計(jì)，可以避免設(shè)計(jì)人員陷入盲目計(jì)算，使其明確抗震設(shè)計(jì)思想，恰當(dāng)應(yīng)用抗震設(shè)計(jì)原則，從而合理的進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。

[1]黃川騰,蒲爽.高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)淺析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2017（8）:87-88.

[2]梁國章.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析[J].門窗,2017（6）:134-134.