高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用探究

高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用探究

肖海

广东广龙建筑设计有限公司广东东莞523000

摘要：在地震等自然灾害频繁发生的今天，提高建筑的刚度和强度，对于保障人民的人身财产安全具有积极意义。抗震概念设计是提升房屋建筑抗震性能的一个设计概念，其中阐述了影响房屋建筑抗震性能的因素，及提高建筑抗震性的方式。高层建筑具有抗风险能力低的特点，要想提高其抗震性能，在进行结构设计时，必须合理应用抗震概念涉及理论，选择合适的建设场地，降低地震能量的输入，保证建筑平面的合理布局，以及建筑结构的合理设计，根据建筑的建设需求，选择合适的抗震结构，同时，设置多条抗震线，优化主体结构和非结构部件的结合设计，确保建筑结构的整体性和稳定性。

关键词：高层建筑；结构设计；抗震概念设计；应用策略

随着我国人口的不断增加，人均占地面积逐渐减少，为了提高土地资源利用率，建筑建设趋于高层化，尤其是在现代化城市中，各类高层建筑物已成为城市的标志物，比如说上海的环球金融中心，纽约的帝国大厦。根据1972年世界高层建筑委员会制定的标准，高层建筑物的定义是指大于9层的建筑物，不同国家有不同的规定，目前我国遵循的高层建筑物定义为不少于10层的住宅建筑或超过24米的其他民用建筑物[1]。高层建筑的实际面积比较大，功能性强，但是抗风险能力比较低，因此必须通过建筑结构的优化设计来提高建筑的安全性和抗性，其中，抗震设计是高层建筑结构设计体系中的重要组成部分。

1.抗震概念设计

近年来，自然灾害频频发生，使得各地的建筑物遭到大面积的破坏，其中，破坏力度最大的莫过于地震，从2008年5月12日的汶川大地震开始，基本上每年都会发生一定规模的地震，这样不仅会导致经济财产的损失，而且如果房屋建筑的抗震性能得不到保障，还会引起较大的人员伤亡。在这种环境下，加强抗震概念设计在房屋建筑结构设计中的应用，对于保障人民的生命财产安全具有积极意义。随着人们对于地震的进一步了解，房屋建筑的结构所受地震作用的规律慢慢为人们所知，使得房屋建筑的抗震概念设计理论体系进一步完善，相关规则制度基本确立，在最新一版的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中，明确规定了各种建筑物结构的抗震概念设计内容[2]。

随着建筑行业的发展，建筑设计趋于高层化，而高层建筑对于抗震设计的要求更高。抗震概念设计的主要内容包括以下几个要素：①建筑场地的地质稳定性；②建筑的平立面布置以及建筑的外形尺寸；③建筑抗震结构设计，包括抗侧力构件的布置、结构质量的分布等；④结构之间（主体结构与非结构构件）的锚拉；⑤其他因素。包括建筑原材料的质量、施工技术及质量管理等[3]。仿真概念设计，包括建筑学、建筑美学、结构力学等知识点，是一个综合性、系统性的设计理念，在进行高层建筑的抗震概念设计时，必须综合考虑上述因素，确保各个因素的控制质量，从各个方面加强建筑的抗震性能。

在高层建筑结构设计时，合理应用抗震概念设计理论知识，才能真正保障建筑的抗震性能能够达到高层建筑的抗性要求。具体来说，在应用抗震概念设计进行高层建筑结构设计时，需遵循以下几个原则：①降低地震能量的输入，减少建筑所受的地震作用力；②建筑刚度和强度的有机结合。正所谓过刚易折，建筑的抗震性不是意味着完全的建筑刚度，必须要适当降低抗侧移刚度，保持一定的强度，以便在地震时保持建筑整体结构的稳定性；③处理好非结构部件。一般情况下，只会考虑到主体建筑结构的重力荷载和侧向荷载，而非结构部件不在结构力学设计的范围内，但是在发生地震时，这些部位或多或少都会对整体承载结构的受力产生影响；④保持建筑结构的整体性和协调性。高层建筑是一个建筑整体，其结构设计和力学承载也应该遵循这一原则，保持地震发生时建筑结构受力的均衡性，才能够保持建筑的完整。

2.高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用策略

2.1选择合适的建设场地

选择合适的建设场地，是抗震概念设计的第一步。我国国土面积大，地形地貌奇特，不同的区域其地质结构不同，因此发生地震的几率也是不同的，比如说四川就是地震高发地带，尤其是在北川地区，地形起伏大，存在着大量的断层区，且其地貌类型主要为侵蚀山地，因此地震危害性大。在进行高层建筑选址时，应该避开断裂带，选择地势开阔其地平平坦的区域，确保地质结构的稳定性。而在地震频发的地带，最好不要构建高层建筑物，如果受到地域限制，则应根据地质勘测结果，尽量选择地震作用力相对较低的区域[4]。

2.2建筑平面的合理布局

在抗震概念设计中，合理设置建筑平面布局，是提高高层建筑物抗震性的关键手段。在进行结构设计时，根据建筑抗震参数，确定建筑物的高、长、宽，使得建筑的抗震基础参数达到最大值。在进行建筑平面设计时，应该遵循以下几个原则：①布局简单化，保持建筑力学结构的对称和稳定；②保证建筑刚度、质量的均匀变化，以免出现楼层错位问题；③平面图形设计宜选用四角部重叠型或细腰形。建筑平面布局的不对称，会增加地震对于建筑结构的损坏程度，因此，在平面布局设计时，应尽量遵循对称均衡的原则，确保建筑的抗震系性能。

2.3建筑结构的合理设计

高层建筑的结构设计，将直接影响到建筑的性能和功能，而且会影响到建筑造价及施工的难度，因此，在进行抗震概念设计时，需要综合考虑到建设成本和建筑质量的问题。建筑结构有多种形式，但是抗震结构只有圆形、矩形、正六边形等较为规则平面图形，而多塔形、错层等其实是不利于建筑抗震设计的，设计师必须根据建筑的功能选择合适的抗震结构，同时，尽量保持建筑结构的对称性，避免发生结构扭转问题，这样在发生地震时可以保证主体结构的荷载均衡性，避免地震产生的作用力集中于建筑的一点，使得结构完整度被破坏。

2.4设置多条防震线

设置抗震线，是增加高层建筑抗震性能的方法之一。在发生地震时，防震线的抗侧力结构被破坏，但是相应地地震的冲击力也会随之降低，在经过数道防震线之后，地震作用力将逐步降低，从而降低建筑结构所受的地震冲击力，达到保护建筑物的作用。在进行防震线设置时，需要根据建筑结构的组成和需求来决定防震线的条数，将其设置在合适的建筑结构中。防震线是一个较为特殊的建筑构件，通常为钢筋混凝土结构，通过合理的结构设计，保证了其减震性能，是高层建筑物中的常用减震结构。

3.结语

高层建筑的建设，充分利用了城市的土地资源，缓解了城市土地利用的压力，但是由于建筑高度和功能复杂的原因，其力学结构相对脆弱，抗震性能比较低，简单的结构设计方案并不能达到现代化建筑的质量标准[5]。抗震概念设计是由于地质灾害频发而产生的一个建筑设计理念，旨在通过场地的合理选择、建筑结构的优化设计等来切实提升建筑物的抗震性能。在高层建筑结构设计时，合理进行抗震概念设计，对于进一步优化建筑结构的稳定性和承重结构的强度具有积极意义。在进行结构设计时，设计师应该严格按照相关设计规程，根据建筑物的性质和功能，进行建筑平面的合理布局，保持结构之间力学性质的平衡，切实提高建筑的抗震性。

参考文献：

[1]张念华.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中国新技术新产品，2014，04：78-79.

[2]李国珍.高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用浅析[J].江西建材，2014，02：29.

[3]揭伟.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用思考[J].城市建筑，2014，04：65+90.

[4]杨建，赵永倩.高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用分析[J].建筑知识，2016，05：30.

[5]华颖.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中华民居（下旬刊），2013，06：27-28.