抗震概念在高層建筑結構設計中的應用

黃 海 江西金科房地產開發(fā)有限公司

1 抗震結構性能要求

1.1 剛度要求

在對高層混凝土建筑的抗震結構進行設計時，要結合具體情況，對施工現(xiàn)場、施工材料質量等進行綜合性測量和分析，從而對建筑剛度值進行精準運算，并在此基礎上明確建筑結構的連接模式，提升其受力能力，從而強化其整體結構的抗震性能，以免在發(fā)生余震時降低結構破壞性，避免發(fā)生較大的結構變形問題，將其破壞力控制在可維修范圍之內，降低地震帶來的經濟損失，強化結構安全性[1]。

1.2 延展性要求

在對高層混凝土建筑的抗震結構進行設計時，要結合具體情況，對結構的剛度以及彈塑性之間的關系進行有效協(xié)調，嚴格按照設計圖紙進行設計施工，保障設計規(guī)范性，最大限度提升結構設計的延展性及整體結構受力的調節(jié)性，保障其在地震發(fā)生時的安全系數(shù)[2]。

1.3 受力均衡性

由于建筑構件既有剛性特點，也有一定的柔性特點。這種特性導致其在發(fā)生地震災害時，容易受到較大范圍的結構破壞，引起建筑物產生嚴重的倒塌、斷裂等問題[3]。因此，在具體的結構設計時，要注重對其構件受力均衡性進行有效調節(jié)和設計，保障設計方案的合理性，并盡量使用規(guī)則的建筑結構，強化其垂直方向的受力均勻性，保障平面和立面結構設計的對稱性，最大限度降低地震災害對建筑整體結構的破壞性。

2 高層建筑結構設計中抗震概念的意義及抗震性能設計流程

2.1 高層建筑結構設計中抗震概念的意義

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(xù)的發(fā)展中，將其大量的設計思想融入工程實際的實驗環(huán)節(jié)中，進而形成了概念設計的基本原則。在這些基本原則下，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(fā)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(fā)生改變，應用之前進行的大規(guī)模的模擬地震波測試也會存在一定的數(shù)據(jù)偏差，很多模糊不清的數(shù)據(jù)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。

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展以及人們生活水平的提高，對建筑物的質量和抗震能力提出了更高的標準，建筑設計單位開始逐漸重視抗震效果和抗震水平的進一步提高，保證建筑物的抗震效果能夠達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的要求。建筑單位開始關注基于性能的建筑結構的抗震設計，針對在設計過程中存在的危險因素進行及時排查，來保證建筑物的安全性和抗震性。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(qū)對應的抗震標準的規(guī)范要求，以此保障高層建筑結構對于抗震性能的應用。

2.2 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(yè)的工程師展開初步的建筑方案規(guī)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(guī)劃，在這之中需要以抗震性能標準作為主要依據(jù)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，送到專業(yè)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，這是詳細的抗震性能設計流程。

3 建筑結構設計中的抗震設計優(yōu)勢所在

3.1 建筑物的平面設計優(yōu)勢

對于建筑師來說，平面設計是整個建筑環(huán)節(jié)中十分重要的環(huán)節(jié)，平面設計的好壞將對建筑物后續(xù)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(fā)現(xiàn)，兩者的平面設計本質上具有很大的區(qū)別，這是因為建筑物的用途不同，在設計之時就必須要根據(jù)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(huán)節(jié)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(xié)調加以綜合的評價和考量。

想要更全面的實現(xiàn)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，只有這樣才能夠在保障美觀的同時，真正達到抗震性能的最佳效果。

3.2 建筑物的空間設計優(yōu)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(xiàn)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(tài)下，城市人口數(shù)量上的壓力迫使建筑物樓層逐漸增高。為了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(xiàn)代社會的發(fā)展過程中，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(guī)而言，建筑物的樓層越低，其穩(wěn)定性能就會越高，受到突發(fā)性地震災害的破壞也就會降低。相反，如果建筑樓層過高，其穩(wěn)定性能就會越來越差，當受到突發(fā)地震災害時，容易產生大量的損壞現(xiàn)象。因此，建筑物的空間設計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(wěn)定的抗震效果。

4 抗震概念在高層建筑結構設計中的有效應用

4.1 抗震概念設計需要重視高層建筑結構規(guī)律

在高層建筑的抗震概念設計環(huán)節(jié)中，務必要對高層建筑的整體形態(tài)設計進行科學的設計與修正，要有效保障剛度、對稱性、規(guī)則性，以及各個設計環(huán)節(jié)的質量均勻分布，并保證整體設計的完整性，規(guī)避局部設計出現(xiàn)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(huán)節(jié)和實際的狀態(tài)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(fā)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?shù)姆治?。所以說，在高層建筑抗震概念設計環(huán)節(jié)中，務必要重視結構規(guī)律。

4.2 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?？拐鸶拍钤O計在建筑物結構體系上的應用，主要根據(jù)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(wěn)定性、經濟性造成影響。

4.3 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(xiàn)必須要以各個構件作為基礎支撐。所以，抗震結構體系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(xiàn)有規(guī)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(xiàn)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(fā)生地震情況，一部分構件會預先遭受破壞，但剩余的安裝構件依然能夠完好的支撐并延續(xù)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性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(fā)揮。

5 抗震設計在建筑結構設計中的應用

5.1 設計過程中明確設計規(guī)則和方案

建筑單位在規(guī)劃建筑物的設計過程中，要明確具體規(guī)則并對相應建筑物的規(guī)劃進行有效布置，通過對我國一些地區(qū)抗震數(shù)據(jù)進行分析，結合當?shù)匕l(fā)生地震的頻率，對建筑物的抗震效果做好相應的規(guī)劃和設計。通過設立平立面可以有效提升建筑物的抗震能力和減少地震對建筑物的破壞，所以建設單位要明確有關建筑結構的抗震規(guī)則，多從建筑物平立面的外形、側力承受力等角度進行充分考慮。對于建筑物外部，要保證其對稱性和均勻性，減少不必要的復雜結構，增強建筑物的抗扭能力。

5.2 設計過程中考慮建筑物自身重量的問題

建筑物在地震來臨時會造成巨大破壞，不僅是由于地震所帶來的動力所引起的，還有可能是建筑本身的質量問題。因此，在對建筑物進行施工前，保證地基等具體設施條件不變的情況下，盡可能減少建筑物本身的重量和增加其設計質量。通過對我國地震災害的數(shù)據(jù)調查顯示，土質屬于軟土層的地區(qū)，如果建筑層數(shù)過高，建筑的結構屬于頭重腳輕，地震對建筑物的破壞程度會遠高于其他地區(qū)同樓層的建筑。

5.3 減少地震的能量輸入

建筑物抗震效果的具體體現(xiàn)就在于設計過程中能否對地震所帶來的最大破壞力做到提前預測，并對建筑物結構的形變能力做好提前的調整和規(guī)劃。對于建筑物的結構形變數(shù)值，設計單位應該對當?shù)氐木唧w情況進行充分調查以及對相應的公式進行有效運算，來保證建筑物的形變能力能夠充分適應地震的最大破壞能力，減少地震給建筑物帶來的能量輸入。

5.4 抗震性能設計方法

提升抗震設計性能的方法主要有位移影響系數(shù)、直接位移設計等。位移影響系數(shù)法主要是通過對結構性能的設計，做出最大期望位移值的判斷，通過模擬地震作用力，整體判斷建筑物的抗震效果。直接位移設計法通過對建筑材料的極限數(shù)據(jù)進行預期的位移判斷，來得到建筑物的抗震性能的實驗數(shù)據(jù)。位移影響系數(shù)法無法具體展現(xiàn)建筑物某一層樓的損壞情況，是屬于整體性的大體評估；而直接位移設計法的局限性就是無法測量建筑材料極限數(shù)據(jù)之外的抗震效果。

6 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(fā)展的主流建筑趨勢。然而，現(xiàn)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，必須有效融入抗震概念設計，只有這樣，高層建筑物在遭受到突發(fā)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。