分析抗震概念设计在高层建筑结构设计中的运用

齐能斌

（洛阳智中建筑设计院有限公司，河南洛阳 471000）

0 引言

随着我国社会经济以及科学技术的迅速发展，建筑工程在国内的发展空间也随之不断扩大。因此，针对高层建筑结构设计的质量要求也在不断提升。高层建筑是目前我国现代建筑工程最为主要的发展趋势，其对应建筑的结构设计是建筑物安全性的有效保障。地震作为一种自然现象，对高层建筑的结构设计具有一定的挑战性，即人为因素无法有效避免地震现象，但高层建筑的抗震结构设计能够进一步提高建筑的抗震性，以此保证高层建筑的安全性能。因此，对于高层建筑的抗震设计应不断进行基本的概念设计以及原则确定，由此科学合理地在高层建筑结构设计中应用抗震设计。

1 高层建筑中的抗震概念设计

在当前我国高层建筑结构的布局中，概念设计的应用能够充分提高高层建筑物的抗震功效，能够有效对高层建筑物进行生命财产的保证。而对于概念设计相关理论的有效保证，要求其理论设计与实际试验结果相结合，在概念设计的思想中，应严格融入相关的工程经验，形成概念设计的基本原则，并且将对应的原则进行融合运用，以此对高层建筑的结构进行合理化设计。对高层建筑的发展情况而言，伴随着城市化的进程加速，人们对高层建筑的需求也愈来愈大，而由地震等自然灾害造成的建筑损失也较大。因此，人们对高层建筑安全性以及抗震性的要求也逐渐加大，并深刻认识到建筑抗震概念设计对于建筑结构的重要性。

在目前高层建筑的结构设计过程中，为了进一步提高建筑物的抗震性，从建筑物的结构设计理念和相关原则出发，在不断提高建筑抗震性能的要求下对地震灾害进行严格的分析研究，以此为基础进行一系列模拟实验，并且对高层建筑的抗震性能进行合理的定量以及定性分析。与此同时，在对高层建筑中抗震概念设计的过程中，应不断对国内外的部分抗震结构设计进行经验总结分析，以确定我国建筑抗震结构设计的基本方案[1]。对于抗震概念设计，其应合理掌握对应的原则与方法，基于高层建筑的结构设计理念，以其对应的规则性为基础，利用概念方法对建筑设计过程中无法解决的问题进行规则化分析研究，从而做出正确合理的判断，以充分提高高层建筑结构设计中的抗震概念设计[2]。

2 高层建筑抗震概念设计的原则

2.1 抗震概念设计的简单性

针对高层建筑的抗震概念设计，其简单性主要指的是在地震作用下，建筑的结构具有较为明确以及直接的传力途径。在当前的高层建筑抗震结构设计的规范中，对于抗震结构的设计具有一定的要求，即结构体系应该具有明确的计算简图以及存在合理的地震作用传递途径。只其建筑具有简单的结构，才能够保证能够准确的对其结构位移、内力和模型进行分析，同时精准把握高层建筑结构设计过程中关于抗震性能设计的薄弱点，对应采取适当的措施，避免其薄弱点出现[3]。

2.2 抗震概念设计的规则性和均匀性

针对当前的高层建筑结构，其中对抗震概念设计的相关理念设计应从竖向布置和立面布置进行设计，保证其相关剖面的规则性。对于高层建筑抗震概念设计的相关结构设计，其中不仅语言掌握剖面布置的规则性，还应对建筑结构的侧向刚度进行考虑，保证其变化均匀性，从而进一步保证对应结构传力途径、侧向刚度以及抗侧力结构承载力的突然改变，以期防止高层建筑结构设计在竖向的楼层建筑或者是少数的楼层建筑过程中出现薄弱环节[4]。

2.3 高层建筑的刚度和抗震能力

对于高层建筑的抗震概念设计，其主要考察的是在地震等自然灾害作用下，相关建筑对于其地震的震感以及作用力的抵抗性。而高层建筑的抗震能力大小与其建筑结构的刚度是具有一定关联性的，在高层建筑的结构设计中，准确制定结构的刚度，继而对其建筑结构进行合理布置，能够在一定程度上充分抵御任意方向的地震作用。一般情况下，建筑过程中沿着平面设计的两个主轴方向都应该设计有一定程度的刚度以及抗震能力，这就要求应尽可能地对建筑结构的形态进行保持，即有效控制建筑结构的变形，以此充分降低地震作用对当前高层建筑结构带来的冲击性影响。以此有效避免对应的建筑结构发生更大的变形，从而造成重力二阶效应，引起高层建筑结构的失衡，从而造成一定程度的建筑结构损伤，并且严重影响了高层建筑的抗震性能[5]。

2.4 高层建筑的结构整体性

对于高层建筑的结构设计，其主要是对楼层的整体性进行统一的安排设计，其中楼盖的整体性是高层建筑结构整体性的重要部分。保持高层建筑的楼盖整体性，等同于利用具有聚集作用的水平隔板，能够有效帮助惯性力在各个竖向抗侧力子结构中的传递作用。因此，在高层建筑的结构设计过程中。抗侧力子结构应该具备一定的抗震性能。若是竖向抗侧力子结构未能均匀分布，其结构布置也相对复杂，那么将极容易造成抗侧力子结构出现水平变形特征差异。而这种情况的出现就对楼盖的整体性统一工作具有一定的要求和依赖性，即在此时的高层建筑结构设计过程中，楼盖成为保证抗侧力子结构顺利进行协同工作的必要条件[6]。

3 抗震概念设计在高层建筑结构中的设计要点

3.1 建筑结构设计

在高层建筑结构设计的过程中，抗震性能作为其建筑安全性的一大保证，与建筑的结构密切相关。高层建筑质量的分布与其对应结构的刚度都能够在一定程度上影响建筑结构，并且也是建筑抗震能力的重要因素。在建筑抗震设计中，高层建筑整体的一个结构质量分布以及对应的刚度较容易出现不均匀的现象，尤其是在地震等自然现象的突发状态下，建筑的刚度中心以及质量的中心难以重合，遇到地震扭转力较大的情况，极容易造成建筑的扭转，破坏高层建筑的结构，从而造成人员的伤亡。因此，在高层建筑的结构设计初期，就应该对其质量以及刚度中心的重合实行有效措施进行保持，以此提高建筑的抗震性，而较为简单整洁的设计能够在一定程度上帮助建筑结构质量与刚度中心的重合[7]。

3.2 高度和宽度的设计

就目前高层建筑的结构设计，其抗震性能的大小与建筑的高、宽度比具有一定的相关性，当高层建筑的高、宽比过大时，建筑的抗震性就会相对降低，在地震发生时建筑的损坏程度也较大。因此，在对高层建筑进行抗震设计时，应确保建筑的高、宽度比值较适中。尤其是在地震情况下，为了有效保证建筑的稳定性，应合理设计建筑的高、宽度比，在其结构设计的初期就应确定一定严格的比例。特别是处于地震高发区域的高层建筑，应严格限制高层建筑的整体高度，以防止地震时建筑振幅过大，进一步提高整个地区建筑的抗震性。

3.3 变形缝与纵横墙的设计

在高层建筑的抗震概念设计过程中，变形缝以及纵横墙能够有效保证抗震性能的稳定性。变形缝主要包括了伸缩缝、沉降缝以及防震缝。伸缩缝即温度缝，通常情况下会将较长的建筑分为好几个短单元，以此充分分散温度应力对建筑的破坏程度。沉降缝则指的是在建筑地基的土质较差或者建筑高度、负荷以及结构与其相邻部分差别较大时，建筑的沉降程度都具有一定的差异。而这类的差异都将导致建筑物的部分薄弱部分出现开裂等情况，以此影响建筑物的结构质量以及抗震性能。因此，对于建筑适当的位置应合理设置建筑物的垂直间隙，将其建筑分成各个单元，即将其建筑分为各个单元而能够保证建筑相邻沉降的缝隙就是沉降缝。防震接缝主要是能够将形状复杂、结构不规则的建筑物分为形状简单并且结构相对规则的独立单元，从而提高建筑的抗震性[8]。

4 美洲马那瓜高层建筑抗震概念设计案例

通过对1972年12月22日美洲马那瓜的突发性强烈地震情况进行建筑楼的数据分析，其中，高18层的马那瓜美洲银行大楼只是出现了一些裂缝，而同在市区的15层马那瓜中央银行却严重受损，因此，对马那瓜美洲银行大楼的建筑结构进行分析研究，其结构形状规则对称，运用了许多防震设计思想，相比之下，中央银行平面以及竖向上都不规则。而在对其相关建筑进行的震后调查以及结构分析中，可以得到中央银行的塔楼结构存在非常严重的扭转效应。即楼层三层以上的北面和南面多数柱子抗震性能较低，率先破损，而其在水平地震的作用下，柔长的楼板产生了一定的竖向运动，而美洲银行的结构系统总体呈现平面以及竖向结构相对均匀对称，具有多道防线以及刚柔结合的概念设计结构，对应的承载力、刚度和延性都相对较理想。

5 抗震概念设计在高层建筑中的具体应用

5.1 科学选择建筑建设地址

在地震等自然灾害的突发情况面前，其预警系统还未完善，高层建筑抗震概念的相关设计人员应该根据对应的建筑建设地点从前实际发生地震的次数和情况进行地震突发可能性的预估，依据其相关数据选择次数减少或者是未发生过地震的区域作为建设地址，并且对其地质情况进行调查。相对于高层建筑周围的环境选取，其应该选择地质条件相对坚硬的地区或者是周边缺少大型湖泊、河流的地区作为施工地点，以此有效保证高层建筑能够具备一定的抗震基础。并且在一定情况下应选择黏土作为其施工土质，并且严格确定其检测距离，做好参数记录，尤其应做好建筑外部凸起部分的检测，其经过研究表明，高层建筑的外部凸起部分需要较强的抗震性能，因此需要对其相关部分加强施工处理[9]。

5.2 合理降低建筑的外部能量输入

对于抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用，其主要是为了加强高层建筑的抗震性能。因此，在其结构建设过程中提高对高层建筑施工场地覆盖层的材料甄选，尽量选择较为轻薄的材质作为其场地覆盖层，并且根据国家制定的覆盖面厚度进行一定控制，从其施工场地的地面到坚硬场地上面的相关面积都应该进行覆盖面的处理。尤其是岩石较多的坚硬场地，其应针对实际土地情况进行特殊处理，并且借鉴其他国家对岩层的处理方法，对土质密度较大的区域进行严格检测，以此保证地震造成的损害尽可能得作用在岩石材质上，从而进一步保障高层建筑的抗震性能。

5.3 高层建筑平面与立面的布置

在高层建筑的抗震概念设计过程中，其抗震概念设计要求应严格确定建筑结构的规则性，不规则的部分建筑应该按一定标准和规定加强措施，而特别不规则的建筑则应该进行专门的研究和论证，并且同时采取特殊的加强措施，在其建筑设计过程中不能采取严重不规则的建筑。对于高层建筑的规则性评价应结合建筑的整体进行考虑，例如其建筑的几何结构布局、结构设计以及其他的使用因素，总体的要求主要是对建筑的平面布置、结构质量以及抗侧力构件的平面布局进行，即要求其对应的平面布局应该规则对称、立面布局的变化以及侧向刚度的变化都应是均匀的，其竖向的抗侧力构件截面尺寸以及材料强度应该是从下到上逐渐减小，能够充分避免侧向刚度以及承载力的突变[10]。

6 结语

对于目前我国高层建筑的建设情况，随着城市化的不断推进以及城市经济的不断提高，人们对高层建筑的需求愈来愈大，对其建筑的安全性以及抗震性也有了更严格的要求。抗震概念设计则是有效提升高层建筑抗震性能的重要工作。针对抗震概念的意义对高层建筑的结构进行深入分析和研究，并且从高层建筑的施工工作以及结构设计方面进行具体分析，以提高高层建筑的抗震性能。