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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.