地震是一种较为常见的自然灾害,对于建筑设施的破坏性较强,因此,在进行建筑结构设计的过程中,必须充分考虑其抗震性能。特别是对于高层建筑而言,其上层建筑结构的载荷本身就较大,稳定性也较普通建筑结构偏弱,因此更容易受到地震的能量冲击发生结构破坏。这就需要相关建筑设计人员从多方面入手进行建筑综合抗震能力考量,有效保障建筑抗震性能。
1抗震概念设计的重要性
在高层建筑结构设计中,有不少结构设计软件都可计算高层结构,但这些结构设计软件都有各自的使用范围和特点,且结构的实际受力情况并不能从计算结构时所采用的计算模型中完全反应出来,因此,在高层建筑中不能仅凭结构设计软件来计算建筑结构。且在建筑抗震设计规范(CB50011-2001)和高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3--2002)等各种新规范(流程)中都强调了建筑与结构概念设计的重要性。因此,在结构设计中应重视结构的概念设计。
2高层建筑抗震概念设计的内容
2.1场地的选择
影响高层建筑抗震能力强弱的因素是多方面的,从设计角度而言,其最为基础的一个因素就是场地的选择,这也是建筑抗震性能的前提要素。所选场地土质结构稳定,强度良好,则对于上层建筑结构就能够产生较强的承载能力,面临地震危害的时候,地基土体结构不容易发生变形,有利于保证整体建筑结构的稳定性。而如果所选场地土质松软,当面临地震振动作用力的时候,地基很容易出现结构沉降或位移,进而造成结构断裂等问题,使得上层建筑结构失去承载平台,造成建筑结构坍塌等安全事故。
2.2建筑的平立面布置
根据以往的施工经验可以充分发现,建筑结构的布局设置会对结构抗震性能产生直接影响。布局包括平面布置以及立面设置两种,合理的布局能够最大程度提升建筑的抗震能力,而不恰当的布局,即便采取先进的结构材料以及施工工艺,也很难体现出选材以及施工技术的优势,其发生地震损坏的几率仍然偏高。一般情况下,对称、规则和均匀布置的建筑结构抗震性能往往更高,建筑结构刚度质量往往能够达到更加良好标准。另外,在进行建筑结构平立面布局设计的过程中,合理设定结构高度和宽度比,也是保障建筑结构抗震性能的关键。理论上建筑高度越大,其抗震设计的难度就会越大,不同布局下的建筑有其相应的高度适应参数,在实际设计过程中,需要双向进行设计方案确立。
2.3结构选型与结构布置
结构选型与结构布置是在建筑平立面布置的基础上进行细化加工的部分,所以其设计方法也与建筑抗震能力有着密切关联。在实际进行结构选型与结构布置的过程中,设计人员不仅要考虑建筑功能实现,同时还要考虑设计方案的经济适用性。这就需要设计人员根据项目实际需求,制定针对性设计方案。单从抗震设计的角度来看,高层建筑应以选择延性高、匀质性好、正交各向同性、构件的连接具有整体性以及强度与重力的比值大的结构为佳。即便如此,高层建筑结构设计的形式还是多种多样的,相应的,每种结构的抗震效果也会存在明显差异。比如常见的抗震主体结构设计包括框架结构、剪力墙结构、筒体结构等。需要注意的是,在进行高层建筑结构选型的过程中,还要重视施工场地条件以及建筑物刚度等因素条件的影响。结构布置应该力求平面布置对称,使构件在地震时侧移量相等,水平地震力按构件刚度分配;竖向布置均匀,避免出现薄弱层,尽可能降低房屋的重心。
2.4多道抗震防线
为保证抗震结构体系的可靠性,必须选用若干个延性较好的分体系,此过程中需要选用优质的结构构件参与工作。在框架-抗震墙、框架-支撑、筒体-框架、筒中筒等双重抗侧力体系中,框架、筒体、抗震墙、竖向支撑以及砌体填充墙等承载力构件,都可以充当第一道防线主力构件,率先抵御水平地震作用的冲击。但是由于他们各自在结构中的受力条件不同,后果也不同,因此优先选择少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙,使其充当第一道抗震防线的抗侧力构件,起到保护稳定结构的作用。通常,在进行抗震设计时,最好不要采用轴压比很大的框架。利用赘余构件增多抗震防线,当建筑物受到强烈地震作用时,首先,可以通过结构中增设的赘余杆件的屈服和变形,将地震产生的能量进行分散;其次,需要通过赘余构件的破坏和退出工作,进而实现结构体现的转变,导致结构周期发生变化,这样可以有效地避免地震产生共振效应。
2.5刚度、承载力和延性的匹配
对一栋建筑物来说,重力荷载、风荷载等静力荷载,其值相对稳定,变法幅度不大,但是地震时建筑物所承受的作用力,却与其动力特性密切相关。建筑物的抗侧移刚度大,自振周期短,地震作用就大,提高结构的抗侧移刚度,可以减小结构侧移,但结构刚度大,要求结构具有与较大地震反应对应的较高水平抗力,但是提高抗侧移刚度,常是以降低结构延性指标及提高工程造价为代价的,因此,在确定建筑结构体系时,需要在结构刚度、延性及承载力之间寻求一种较好的匹配关系。
2.6非结构部件处理
非结构部件,一般是指在结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧向荷载的部件,如内隔墙、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑外围墙板等。然而,在地震作用下,建筑中的这些部件会或多或少地参与工作,从而可能改变整个结构或某些构件的刚度、承载力和传力路线,产生出乎预料的抗震效果,或者造成未曾估计到的局部震害,因此,有必要根据以往历次地震中的宏观震害经验,妥善处理这些非结构部件,以减轻震害,提高建筑的抗震可靠度。如钢筋混凝土框架结构,隔墙和围护墙采用实心砖,硅酸盐砌体块或者加气混凝土砌块砌筑时,这些刚性填充墙将在很大程度上改变结构的动力特性,给整个结构的抗震性能带来一些有利的或不利的影响,应在工程设计中考虑利用其有利的一面,防止其不利的一面。
3结束语
经过以上分析阐述不难发现,抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用有着非常突出的作用价值,在建筑设计的各个环节当中,都要对抗震设计概念加以考量。这对于建筑整体结构的安全性以及稳定性,都有着不可忽视的影响。因此,相关建筑设计人员必须对此给予高度关注,在充分掌握震概念设计理论的基础上,依照实际设计情况,采取科学合理的设计方法。
参考文献
[1] 许小俊. 抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用分析[J]. 工业c, 2016(7):00138-00138.
[2] 王琳. 分析抗震概念设计在高层建筑结构设计中的运用[J]. 门窗, 2021(12):2.
[3] 张宁. 抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用探究[J]. 建筑工程技术与设计, 2017, 000(016):1460-1460.
[4] 马腾. 探讨抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J]. 2019.