分析抗震概念设计在高层建筑结构设计中的运用

文/ 吴海涛 中国建筑东北设计研究院 辽宁沈阳 110000

1、抗震概念设计的概述

概念设计本身应基于“小震不坏，中震可修，大震不倒”的结构三原则展开。概念设计主要指的是设计思维和理念，地震是不可预估的，进行结构抗震设计的计算方法是通过众值烈度的概率计算，并不能准确的对每一次地震力的大小进行准确的计算，需要注意的是，在抗震概念设计时要注意高层建筑本身的实际情况，根据建筑物的高度、设防烈度的大小以及结构自身的体系来明确它们之间的力学关系，再根据力学关系来对建筑物实际受到地震作用带来的损坏进行估算。由于地震破坏力的不确定性，也就导致了上述的损坏程度很难能够准确计算。因此，从抗震的角度来看，在进行高层建筑结构设计时应用到抗震概念设计是很有现实意义的。概念设计本身包含了很多方面，内容较为广泛。在高层建筑中选择对建筑物抗震有利的结构方案和设计，加强对薄弱部位的分析，并且制定相应的保障措施，使高层建筑具有足够的安全性，也让人们的生活更安全、更有保障。

2、抗震概念在高层建筑结构设计中的应用

2.1 对建筑结构合理的选择和布置

在建筑结构的选型上要根据许多综合因素考虑，这些因素包括建筑的高度、建筑用途、设防烈度、基础、地基、材料、施工、场地等，还要在经济技术和经济条件进行比较以后确定建筑选型。对于建筑结构的布置方面，应该遵循“平面对称、竖向均匀”的原则。尽量避免框架柱和楼梯斜梁或平台梁直接连接而形成的短柱，这类构件在地震下容易产生剪切破坏。

2.2 选择有利的地基和场地

根据我国以往发生的多次地震造成的建筑损害情况分析，表明了地震对建筑物的破坏程度受建筑物所在场地地形以及地基的影响较大。一般情况下，建筑场地条件包括局部地形、断层、地基土层、沙土液化等。在场地和地基的选择方面，表层覆盖层的厚度越小、土质硬，所以其承载力就高，稳定性也越好，在发生地震时地基不易失效；但是表层覆盖层的厚度越大，土质越软，那么对地震的效果作用也就会越大倍数的放大。另外，场地周围如果有突出的山梁或者是孤立的山包，那么也会对地震效果放大。地震中，在断层处常会出现地基失效、地层错位、滑坡、土体变形等现象。因此，在高层建筑抗震设计时，要选择硬质场地，尽可能避免不利因素的场地选择，当实在无法避免时，就要采取必要的措施，较少地震效果的输出。

2.3 设置多条抗震防线

多条抗震防线的设置可以保证抗震结构体系的可靠性，增强建筑物的抗震能力。设计多条抗震防线简单来说就是设置多个延性较好的分体系，在设置分体系时应该注意选用实用性能较高的结构构件。需要特别注意的是，由于各个部件在建筑中的功能不同，受力条件也不尽相同，因此在选择的过程中应该注意有所区分。

3、抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用

3.1 有机结合刚度和延性

一般来说一栋建筑物的静力荷载是相对稳定的，变化不大，但是当地震来临时，建筑物所承受的作用力一般不是静力荷载，与其结构本身的动力特性密切相关。如果建筑物的抗侧移的刚性大，它的自振周期短，地震给它带来的影响就相对来说更为明显，更容易受到影响。在建筑工程的实施前一定要对抗震概念设计有一定的研究，以达到更为理想的结果。由于地震本身是基于众值烈度下的概率计算，所以有必要通过提高结构的延性去耗散地震能量，一次地震释放的能量大小与结构构件的承载能力和结构自身的延性有关，一次地震释放的能量大小是恒定的，当结构的延性变形足够强，构件的承载能力就可以降低，从而既满足了结构的安全性又提高了经济性降低总成本。延性的提高一般通过结构的构造措施，比如轴压比，配筋率，体积配箍率等。

3.2 降低地震时能量的输入

根据以往的地震调查结果，增强高层建筑物抗震能力一个有效途径就是减少地震能量的输入。在进行高层建筑物的建设过程时，除了要考虑到局部地形的因素外，也应当将地震时的能量输入纳入考虑范围之内，选择地震输入能量较少的地方相对来说较为安全。

3.3 处理好非结构部件

非结构部件一般指的是在结构分析中不参与考虑重力荷载和侧向荷载的部件，这些侧向荷载主要包括风和地震。内隔墙、建筑外围墙等属于非结构部件，这些部件虽然一般不参与荷载分析，但是在地震来临时，这些部件都会或多或少的起到一定的积极或消极作用，甚至改变整个结构的承载力度，从而产生意料之外的抗震效果，或者是破坏原有的抗震效果，带来局部危害。因此，为了建筑更好的抗震效果，有必要重新审视这些非结构部件，以达到理想效果。

3.4 遵从建筑结构整体性

高层建筑抗震能力的前提是建筑的整体性。当地震来临时，力的作用是沿着平面不同方向同时传递的，此时，楼板的作用相当于水平隔板，成为力的传播载体。尤其是在楼板有较大的开洞时，应该特别注意建筑结构整体性。

总结：

综上所述，由于地震的随机性和高层建筑的复杂性，增加了高层建筑抗震设计的难度。如果想简单的依靠数值计算来解决现实中的抗震问题是不现实的。因此，越来越多的人把目光投向了抗震概念设计，借助抗震概念设计，可以避免设计人员陷入盲目计算，使其明确抗震设计思想，恰当应用抗震设计原则，从而合理的进行高层建筑结构的抗震设计。

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