高層建筑結構設計中抗震概念的應用

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摘要：基于抗震概念設計理念，開展高層建筑結構設計，能夠增強高層建筑結構的抗震性能。應用抗震概念設計，通過合理選擇建筑場地，科學布置建筑總體，優選建筑結構體系，按照建筑抗震等級規范要求，合理設計建筑結構，以確保建筑性能，提高建筑的抗震性。貴州地區處于地震頻發帶，對建筑的抗震性能要求較高，因此加強此課題的研究，有著必要性。

關鍵詞：抗震概念設計;建筑結構;工程設計;抗震性

對于高層建筑結構設計，要遵守抗震設計規范，從抗震概念設計應用入手，結合工程實際情況，提出定量控制要求。值得注意的是，開展高層建筑結構抗震設計，要在概念清晰且技術可靠的基礎上，合理的設計建筑結構，以確保建筑的抗震性能。通常情況下，高層建筑結構抗震設計，需要從概念設計、抗震計算、抗震措施等方面加以把控，以確保設計的合理性。

1高層建筑結構抗震性設計的意義

貴州省位于我國南北地震帶南段的東側，省內西部部分區域位于地震帶上。貴州地震的頻度與強度為中等水平，地震平面分布不均。若發生地震，會造成極大的損失，以尼泊爾大地震為例，涉及到多個多家，地震造成近4000人死亡，約7000人受傷，對尼泊爾國造成超過50億美元的經濟損失，由此可見地震的損失性。在地震中，建筑既是人們的保護工具，也是威脅人們安全的物體，若能夠提升建筑的抗震性，對保護人們的財產與安全，有著積極的作用，因此加強高層建筑結構抗震性設計研究，有著必要性。

2抗震概念設計應用的基本要點

2.1合理選擇建筑結構

高層建筑結構抗震性設計，最為重要的是建筑體形和結構設計，占據著重要地位，多數倒塌建筑主要是因為規劃不合理造成的，所以要科學的選擇水平面與垂直面，提升建筑的抗震性能。一般來說，建筑平面形狀規則，直接影響著建筑的抗震性，平面形狀平整度越高，則建筑的抗震性能就越強，圖1為水平地震作用。規則平面能夠承擔荷載作用，建筑結構的整體性較為突出。在高層建筑結構設計中，于高度方向，需要保證結構布置的連續性，實現側向剛度保持連續，以免出現薄弱層。

2.2合理選擇傳力路線

高層建筑結構抗震設計多利用計算機程序，來確保計算的準確性，建筑結構設計人員只需要掌握簡單的計算方法即可。利用計算機，在獲取受力狀態下，形成建筑結構件計算簡圖。接著利用力學模型和數學模型，從地震反應入手，做好詳細的分析，明確計算結果，合理選擇建筑結構路徑，提高傳力路線選擇的效率。

2.3合理選擇建筑位置

通過相關研究發現，建筑物損毀與建筑所處的地形，有著直接的關系。除此之外，建筑損壞和地基、斷層等，也有著緊密關系。以覆蓋土因素為例，建筑破壞率和此因素呈現的是正相關，覆蓋土層厚度小，證明土質偏硬，具有較強的穩定性，當遇到地震時，不易發生倒塌情況，因此在設計高層建筑時，要選擇硬質地基，降低地震效應，確保建筑結構的穩定性[1]。

2.4設置多條抗震防線

高層建筑結構抗震設計時，需要設置多條抗震防線。考慮到地震時間存在差異，伴隨多次余震，受到地震反復沖擊，會給建筑結構的穩定性造成損壞，若高層建筑物設置一道防線，當建筑受到一次破壞后，難以抗衡后續破壞，因此需要設置多道保護，確保高層建筑結構的穩定性。

3抗震概念設計在高層建筑抗震設計中的具體應用

3.1提升結構延性

高層建筑抗震設計水平低于地震等級，極易因為脆性破壞，造成建筑倒塌，所以在建筑結構抗震設計中，要提高結構延性，增強建筑結構抵抗能力?？梢詮囊韵路矫嫒胧郑孩俨牧?。選擇延性材料，此類材料的應用，當發生非彈性變形，或者發生反復彈性變形時，其延性不會明顯下降。②桿件。通過控制桿件的延性，包括塑性變形與能量收納與耗散等，提高結構延性，通常從墻肢與框架的柱等方面捂手。③構件。構件的延性指的是某個構件的塑性變形與能量消耗的能力，通過控制墻體或者框架延性，來提高建筑結構整體延性?？偟脕碚f，建筑結構延性指的是抗倒塌能力與塑性變形能力。在設計時，可以采取以下措施：①在平面上，增強突變處與轉角處等構件的延性；②對于豎向，則可以加強薄弱樓層的延性，比如體型突變處、主樓與裙房相接的樓層等；③增強首道抗震防線部分的構件延性[2]。

3.2提升結構的整體性

高層建筑結構的整體性較強，能夠確保建筑結構在地震力的作用下，處于協調運行的狀態，可避免建筑倒塌。采取以下措施：①選用鋼結構支撐結構。鋼結構作為建筑行業的新技術，其市場份額不斷擴大，貴州地區已經逐步引入鋼結構，比如貴州鋼結構發展中心樓，樓層高24層，建筑面積為26000m2，建筑承板使用的是鋼筋線桁架工藝，建筑整體性較好，抗震性能較好。高層建筑結構設計中，采取鋼結構支撐體系，對提升高層建筑框架結構中的側向剛度，有著積極的影響，可以抵抗水平荷載，提升高層建筑整體強度。與純框架架構相比，支撐結構穩定性較好，將窗臺下方-下層窗戶頂部區域位置，作為支撐位置，合理設置支撐，能夠達到結構支撐要求。采取環向封閉同一平面，能夠提高建筑鋼結構側向剛度，在強震區應用，其效果更為凸顯。②抗側力結構。若高層建筑結構為多種框架結構形式，應用鋼結構，可以承載建筑物豎向負載與部分橫向負載。采用抗側力結構，可以按照建筑的各類要求，來選用抗側力結構。若高層建筑中桁架高度和單樓層相同，可以利用交錯桁結構，來設置上下樓層，確保各單元設置的靈活性。應用此結構，在鋼結構平面內，梁柱彎矩較小，側向位移也較小。

3.3準確計算結構抗震

開展高層建筑結構抗震設計前，需要準確的計算建筑結構的地震作用，接著計算結構與構件的地震作用效應，并且和其它載荷效應，做好相互結合，檢驗建筑結構抗震承載力與變形，確保能夠達到新《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）規范相關要求。需要做好以下計算：①地震作用計算。建筑結構抗震承載力主要考慮水平地震作用，高層建筑結構設計，還需要注意豎向地震作用。②抗震驗算。主要包括截面抗震驗算、彈性變形驗算、薄弱層彈塑性變形驗算等[3]。

3.4做好非結構部件設計

非結構部件指的是建筑結構分析中，不考慮側向荷載與重力荷載的建筑部件，包括內隔墻與外圍墻等。雖然建筑結構設計時，此類部件不參與荷載分析，但若發生地震，此類部件會起到作用，極有可能會改便建筑結構承載力，或是提升建筑抗震性，或是增加破壞性，因此需要做好非結構部件的處理。可以采取以下措施：①加強建筑框架和填充墻之間的聯系，使得填充墻可以成為建筑主體抗震結構的組成部分。對于墻體連接，可以采取柔性連接方式，削弱墻柱的聯系，避免發生嵌固作用。②對于附著在建筑樓與屋面結構的，需要做好此類非結構構件和主體結構的連接處理，以免發生地震時，造成人員傷亡。③加強幕墻和裝飾貼面等和建筑主體結構的有效連接，避免貼面損壞。

3.5做好倒塌分析

開展高層建筑結構設計時，采取倒塌分析法，做好建筑倒塌分析，以優化建筑結構抗爭性設計，達到抗震標準?？梢越梃b超高層建筑經驗，譬如：某超高層建筑為Ⅷ度抗震設防烈度建筑，在建筑結構設計時，利用倒塌分析法，進行結構設計方案分析，發現采取內嵌鋼支撐剪力墻方案，能夠有效的增強建筑結構強度?；诘顾治?，明確此工程采取全支撐方案建設總材料用量可節約11.2%，建筑結構抗倒塌儲備能力可以增加14.8%，建筑的抗震性能較好。采取對比各種最小地震剪力系數調整方案，能夠明確采取調整地震剪力，開展剛度驗算，設計建筑構件承載力，能夠獲得較好的效果，此方案和提高剛度縮短建筑結構自振周期的方案相比，具有較強的經濟性。對于建筑結構倒塌關鍵位置，能夠提高建筑結構整體的抗倒塌能力，此方案的實施，增加鋼用量約0.1%?？偠灾?，在建筑結構設計時，做好倒塌分析，能夠準確衡量各類結構設計方案的效果，明確各類抗震措施對建筑結構抗震性能的影響，發揮著積極的作用[4]。

4結束語

應用概念設計，開展高層建筑結構抗震設計，需要充分的借鑒工程經驗，嚴格按照建筑抗震設計相關規范，采取相應的措施，提升建筑結構的整體性能，提高結構的抗震性能。

參考文獻

[1]陸新征，楊蔚彪，盧嘯，齊五輝，劉斌，張萬開，葉列平.倒塌分析在某500m級超高層建筑抗震設計中的應用[J].建筑結構，2015（23）：91~97.

[2]劉均偉.高層建筑結構設計中抗震概念設計的運用研究[J].山西建筑，2016（20）：43~44.

[3]雷雨潤.高層建筑結構中抗震概念設計的應用[J].建設科技，2017（08）：80.

[4]王鴻飛.淺析抗震概念設計在建筑結構設計中的應用[J].建材與裝飾，2016（44）：72~73.

作者:馮光永 單位:貴陽市建筑設計院有限公司