抗震概念在高层建筑结构设计中的应用

2021-12-26江西金科房地产开发有限公司

门窗 2021年12期

黄海江西金科房地产开发有限公司

1 抗震结构性能要求

1.1 刚度要求

在对高层混凝土建筑的抗震结构进行设计时，要结合具体情况，对施工现场、施工材料质量等进行综合性测量和分析，从而对建筑刚度值进行精准运算，并在此基础上明确建筑结构的连接模式，提升其受力能力，从而强化其整体结构的抗震性能，以免在发生余震时降低结构破坏性，避免发生较大的结构变形问题，将其破坏力控制在可维修范围之内，降低地震带来的经济损失，强化结构安全性[1]。

1.2 延展性要求

在对高层混凝土建筑的抗震结构进行设计时，要结合具体情况，对结构的刚度以及弹塑性之间的关系进行有效协调，严格按照设计图纸进行设计施工，保障设计规范性，最大限度提升结构设计的延展性及整体结构受力的调节性，保障其在地震发生时的安全系数[2]。

1.3 受力均衡性

由于建筑构件既有刚性特点，也有一定的柔性特点。这种特性导致其在发生地震灾害时，容易受到较大范围的结构破坏，引起建筑物产生严重的倒塌、断裂等问题[3]。因此，在具体的结构设计时，要注重对其构件受力均衡性进行有效调节和设计，保障设计方案的合理性，并尽量使用规则的建筑结构，强化其垂直方向的受力均匀性，保障平面和立面结构设计的对称性，最大限度降低地震灾害对建筑整体结构的破坏性。

2 高层建筑结构设计中抗震概念的意义及抗震性能设计流程

2.1 高层建筑结构设计中抗震概念的意义

最初，概念设计的理论是理论设计和试验研究的共同结合体。概念设计在后续的发展中，将其大量的设计思想融入工程实际的实验环节中，进而形成了概念设计的基本原则。在这些基本原则下，展开相关的建筑结构设计和建筑整体的施工布局。高层建筑结构的受力能力十分复杂，因为本身存在的动力具有不确定性的特点，当发生地震时，这项特点就会被激活。从本质上，对于地震灾害以及建筑结构的认知存在一定的局限性，很多建筑材料的性能在安装与施工过程中容易发生改变，应用之前进行的大规模的模拟地震波测试也会存在一定的数据偏差，很多模糊不清的数据被应用到高层建筑中，以至于很多高层建筑的抗震质量令人担忧。

随着建筑行业的快速发展以及人们生活水平的提高，对建筑物的质量和抗震能力提出了更高的标准，建筑设计单位开始逐渐重视抗震效果和抗震水平的进一步提高，保证建筑物的抗震效果能够达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的要求。建筑单位开始关注基于性能的建筑结构的抗震设计，针对在设计过程中存在的危险因素进行及时排查，来保证建筑物的安全性和抗震性。更为重要的是，在标准上对于结构工程师的设计要求也极为严格，必须按照结构设计原则展开设计，并且结合不同地区对应的抗震标准的规范要求，以此保障高层建筑结构对于抗震性能的应用。

2.2 高层建筑结构设计中抗震性能的设计流程

抗震性能标准基本选定之后，建筑设计师必须同其他专业的工程师展开初步的建筑方案规划与设计，并对初步设计方案进行实际论证，有效判断此项目能否达到预期的抗震性能指标。如果初步设计方案没有得到一众满意的通过，就需要二次设计或者是修改，重新进行规划，在这之中需要以抗震性能标准作为主要依据进行设计，并在设计之后再次论证，其论证内容包括：建筑功能、建筑体系、建筑外形、建筑结构、构件性能标准以及非结构构件性能等方面，当这些内容全部论证完成之后，送到专业机构进行预估、评审，如果预估、评审没有通过，则需要建筑设计师进行再次修改设计，并依旧要对抗震性能加以重视，对于抗震性能设计的基本流程可以划分为：性能目标设定、初步设计、建筑方案、论证、评审，这是详细的抗震性能设计流程。

3 建筑结构设计中的抗震设计优势所在

3.1 建筑物的平面设计优势

对于建筑师来说，平面设计是整个建筑环节中十分重要的环节，平面设计的好坏将对建筑物后续的使用有着决定性的影响作用。我们以商务高层建筑和普通居住用途的高层建筑相比较能够发现，两者的平面设计本质上具有很大的区别，这是因为建筑物的用途不同，在设计之时就必须要根据不同建筑物所需的实用功能进行设计。为了能够有效地将抗震性能融入平面设计环节中，不但要对建筑材料的质量进行深入考虑，还需要对整体的构架安装是否合理、协调加以综合的评价和考量。

想要更全面的实现平面设计与抗震设计性能的有效融合，必须要对设计者提出更高的设计标准。设计师不但要具有十分丰富的工作经验，而且必须对建筑的美观性和抗震技术应用能力要有着极为深厚的研究，只有这样才能够在保障美观的同时，真正达到抗震性能的最佳效果。

3.2 建筑物的空间设计优势

在对高层建筑物进行空间设计时，主要的设计原理是在现有的三维空间内所进行的一种建筑物竖向的设计方案。基于我国城市人口不断增多，城市化建设急剧增长的状态下，城市人口数量上的压力迫使建筑物楼层逐渐增高。为了降低建筑土地占有面积不断扩大带来的破坏，有效保障国土资源的平衡，在现代社会的发展过程中，高层建筑逐渐成为流行趋势，这也对高层建筑的空间设计提出了更高的标准。

常规而言，建筑物的楼层越低，其稳定性能就会越高，受到突发性地震灾害的破坏也就会降低。相反，如果建筑楼层过高，其稳定性能就会越来越差，当受到突发地震灾害时，容易产生大量的损坏现象。因此，建筑物的空间设计中应当有效融合抗震性能设计，只有这样才能够促使高层建筑具有稳定的抗震效果。

4 抗震概念在高层建筑结构设计中的有效应用

4.1 抗震概念设计需要重视高层建筑结构规律

在高层建筑的抗震概念设计环节中，务必要对高层建筑的整体形态设计进行科学的设计与修正，要有效保障刚度、对称性、规则性，以及各个设计环节的质量均匀分布，并保证整体设计的完整性，规避局部设计出现刚度性能过大的问题。而且高层建筑的整体结构布局对于抗震概念设计具有极为重要的影响作用，以对称、简单的建筑作为基础，在地震应力分析环节和实际的状态下，都能够对于抗震性能产生一致效果。不过，在凹凸立面和错层设计的建筑物中，一旦突发地震情况，将会产生难以预估的地震连锁反应，面对这样的情况，就难以对高层建筑抗震效果采取最适当的分析。所以说，在高层建筑抗震概念设计环节中，务必要重视结构规律。

4.2 抗震概念设计在结构体系上的有效应用

高层建筑抗震结构体系是抗震概念设计中的重中之重。抗震概念设计在建筑物结构体系上的应用，主要根据高层建筑物的实际高度和抗震等级来挑选最适合的抗侧力体系，挑选的过程中以概念适用性来判定结构设计方案是否具有可行性，还要确定其内部构件的标准尺寸，方案选择必须合理，这是因为抗震结构构件的有效选择，将会直接对抗震概念设计的稳定性、经济性造成影响。

4.3 抗震概念设计在建筑结构构造上的有效应用

高层建筑抗震性能的实现必须要以各个构件作为基础支撑。所以，抗震结构体系中的不同安装构件都需要具有一定的强度和刚度。目前，在我国现有规范中，对建筑关键部位的构件也提出了全新的抗震构造标准，如最小配箍率、最小配筋率、最大轴压比等等。高层建筑的整体结构呈现的是一个多元化、多层次的超静定结构，所以抗震结构也需要设置多种抗震防线。

这样一来，一旦发生地震情况，一部分构件会预先遭受破坏，但剩余的安装构件依然能够完好的支撑并延续自身的作用能力，形成一道个体独立的抗震防线，承受着地震灾害与竖向荷载带来的压力。所以，有效合理的对高层建筑结构体系进行控制，在结构构造上将抗震性能作为一种防线措施，能够有效保障抗震结构概念设计的应用能力得到最大的发挥。

5 抗震设计在建筑结构设计中的应用

5.1 设计过程中明确设计规则和方案

建筑单位在规划建筑物的设计过程中，要明确具体规则并对相应建筑物的规划进行有效布置，通过对我国一些地区抗震数据进行分析，结合当地发生地震的频率，对建筑物的抗震效果做好相应的规划和设计。通过设立平立面可以有效提升建筑物的抗震能力和减少地震对建筑物的破坏，所以建设单位要明确有关建筑结构的抗震规则，多从建筑物平立面的外形、侧力承受力等角度进行充分考虑。对于建筑物外部，要保证其对称性和均匀性，减少不必要的复杂结构，增强建筑物的抗扭能力。

5.2 设计过程中考虑建筑物自身重量的问题

建筑物在地震来临时会造成巨大破坏，不仅是由于地震所带来的动力所引起的，还有可能是建筑本身的质量问题。因此，在对建筑物进行施工前，保证地基等具体设施条件不变的情况下，尽可能减少建筑物本身的重量和增加其设计质量。通过对我国地震灾害的数据调查显示，土质属于软土层的地区，如果建筑层数过高，建筑的结构属于头重脚轻，地震对建筑物的破坏程度会远高于其他地区同楼层的建筑。

5.3 减少地震的能量输入

建筑物抗震效果的具体体现就在于设计过程中能否对地震所带来的最大破坏力做到提前预测，并对建筑物结构的形变能力做好提前的调整和规划。对于建筑物的结构形变数值，设计单位应该对当地的具体情况进行充分调查以及对相应的公式进行有效运算，来保证建筑物的形变能力能够充分适应地震的最大破坏能力，减少地震给建筑物带来的能量输入。

5.4 抗震性能设计方法

提升抗震设计性能的方法主要有位移影响系数、直接位移设计等。位移影响系数法主要是通过对结构性能的设计，做出最大期望位移值的判断，通过模拟地震作用力，整体判断建筑物的抗震效果。直接位移设计法通过对建筑材料的极限数据进行预期的位移判断，来得到建筑物的抗震性能的实验数据。位移影响系数法无法具体展现建筑物某一层楼的损坏情况，是属于整体性的大体评估；而直接位移设计法的局限性就是无法测量建筑材料极限数据之外的抗震效果。