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一、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)基本原則

傳統(tǒng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)分依賴于計(jì)算，將計(jì)算結(jié)構(gòu)作為評(píng)判建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，這種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是比較狹隘的。一些建筑物結(jié)構(gòu)雖然抗震計(jì)算結(jié)果達(dá)標(biāo)，但是建筑物也可能出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)不規(guī)整、整體性差的問(wèn)題。遇到地震災(zāi)害時(shí)，建筑物的實(shí)際抗震性能是達(dá)不到要求的。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要運(yùn)用概念設(shè)計(jì)理論來(lái)做好高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，一般需要遵循以下基本設(shè)計(jì)原則。

1.確保建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)則性以及均勻性高層建筑整體形態(tài)不合理、建筑結(jié)構(gòu)不均勻、不規(guī)則，對(duì)整體建筑物抗震性能的影響是極大的。根據(jù)建筑物抗震設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行建筑物抗震設(shè)計(jì)，需要保證建筑物以及建筑物抗側(cè)力結(jié)構(gòu)平面布置的規(guī)則性、對(duì)稱性，保證建筑物結(jié)構(gòu)的整體性。同時(shí)，建筑物的立面方向以及豎向剖面同樣需要進(jìn)行規(guī)則布置。建筑物結(jié)構(gòu)在側(cè)向剛度方面，需要保持均勻變化。建筑物在豎向方向的抗側(cè)力構(gòu)件、構(gòu)件的截面尺寸以及構(gòu)件材料強(qiáng)度需要保持從下而上逐漸減小的趨勢(shì)，從而保持構(gòu)件的剛度以及承載力符合建筑物整體結(jié)構(gòu)的要求。因此，利用抗震概念設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要重視高層建筑物的體形以及整體結(jié)構(gòu)、在設(shè)計(jì)中盡量做到建筑物的平面形狀規(guī)則、對(duì)稱和均勻，將建筑物的長(zhǎng)寬比控制在合理范圍內(nèi)，盡量減少建筑物扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)注重考慮建筑物的整體質(zhì)量、剛度，保證建筑物承載力對(duì)稱、分布較均勻，盡量做到建筑物質(zhì)量中心同剛度中心的重合。

2.建筑物結(jié)構(gòu)的剛度以及抗震能力設(shè)計(jì)地震作用力對(duì)建筑物的影響是雙向的，進(jìn)行建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)建筑物水平、縱向方向上的抗震性能進(jìn)行保障。因此，在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要沿著建筑物主體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向來(lái)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，保證兩個(gè)主軸方向上建筑物的剛度以及抗震性能。只有保證了建筑物主題在各個(gè)方向上的剛度和抗震性能，在遭遇地震力破壞時(shí)，地震力引起的建筑物結(jié)構(gòu)變形影響才能降到最小，建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性才能得到保證。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)平面在兩個(gè)主軸方向均具有足夠的剛度和抗震能力，同時(shí)還應(yīng)具有抗扭轉(zhuǎn)剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能力，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)在縱橫兩個(gè)方向布置成雙向剛接框架。

3.建筑物設(shè)計(jì)需要具備規(guī)范的計(jì)算簡(jiǎn)圖以及有效的傳力途徑進(jìn)行建筑物抗震設(shè)計(jì)，需要借助建筑物結(jié)構(gòu)體系計(jì)算簡(jiǎn)圖來(lái)進(jìn)行。然后設(shè)計(jì)有效的傳力途徑，將地震作用力最大限度的傳遞出去，從而保證建筑物結(jié)構(gòu)的可靠性。因此，進(jìn)行高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要借助計(jì)算機(jī)程序?qū)ㄖ锝Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，從而得到符合實(shí)際的建筑物計(jì)算結(jié)構(gòu)。對(duì)荷載情況下的建筑物結(jié)構(gòu)形態(tài)變化進(jìn)行分析，繪制建筑物結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖。然后通過(guò)科學(xué)合理的建筑物力學(xué)模型以及數(shù)學(xué)模型，對(duì)建筑物的抗震能力進(jìn)行模擬分析。只有在地震作用力狀況下，建筑物的抗震性能才能得到最好的檢驗(yàn)，從而設(shè)計(jì)更加有效的建筑物傳力途徑。所以，只有利用概念設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)模型來(lái)進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)、計(jì)算，對(duì)建筑物受力狀況下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、建筑物內(nèi)部變形情況進(jìn)行分析，才能真正保證建筑物的整體抗震性能，滿足建筑物實(shí)際使用的需要。

4.在設(shè)計(jì)過(guò)程中選用質(zhì)量好的材料，保證建筑質(zhì)量要保高層建筑的抗震性能，需要選用延性好、強(qiáng)度高的構(gòu)建材料。延性好的材料對(duì)能量的吸收能力高，能夠很好的滿足高層建筑的承載力要求。同時(shí)，使用延性好的材料能夠降低整體建筑的材料使用量和施工成本。進(jìn)行概念抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要將建筑物的整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)按照延性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而保障整體建筑物的延性基礎(chǔ)，保障建筑物良好的抗震性能。

5.保證建筑物地基質(zhì)量地基是建筑物的基礎(chǔ)，良好的地基狀況和地基質(zhì)量是建筑物抗震結(jié)構(gòu)的基本保證。因此，進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要做好選址工作，保證建筑場(chǎng)地質(zhì)量，不能將高層建筑設(shè)計(jì)在一些危險(xiǎn)地段上。一些地震多發(fā)地帶和地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定地段，在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)該盡量避開(kāi)。遇到一些在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法避開(kāi)的危險(xiǎn)地方，需要進(jìn)行特殊抗震防護(hù)設(shè)計(jì)。同時(shí)需要注意的是，地震活動(dòng)存在一定的周期，建筑物自身同樣存在自振周期。如果建筑物的自振周期同地震活動(dòng)周期重合的話，容易引起共振現(xiàn)場(chǎng)，建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將受到更大的威脅。因此，在進(jìn)行建筑物選址和設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)地震周期進(jìn)行研究，對(duì)建筑物層數(shù)以及建筑結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行綜合考慮，避免共振問(wèn)題的出現(xiàn)。

二、高層建筑抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)用

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)中，需要利用概念設(shè)計(jì)中的相關(guān)原則來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行優(yōu)化，主要從以下兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。

1.概念設(shè)計(jì)應(yīng)用基本準(zhǔn)則防止建筑物節(jié)點(diǎn)破壞，保證建筑物柱結(jié)構(gòu)的承載力，柱的抗彎能力尤為重要。設(shè)計(jì)時(shí)，要保證柱的抗彎能力比梁體結(jié)構(gòu)的抗彎能力好，防止高層建筑物構(gòu)件的剪力發(fā)生破壞，因此，需要在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)桿件的受剪承載力進(jìn)行高質(zhì)量設(shè)計(jì)，讓建筑的受剪承載力高于受彎承載力。由于設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算模型是建立在樓蓋平面內(nèi)剛度無(wú)限大的假定的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)應(yīng)使樓蓋系統(tǒng)有足夠的平面內(nèi)剛度和抗力。并與豎向結(jié)構(gòu)有效連接，從而保證梁、板、柱、墻能共同協(xié)同工作。

2.高層建筑抗震概念設(shè)計(jì)保護(hù)措施對(duì)于高層建筑物來(lái)說(shuō)，抗震概念設(shè)計(jì)保護(hù)主要需要做到對(duì)建筑物構(gòu)件的荷載效應(yīng)進(jìn)行調(diào)整和控制，同時(shí)還需要對(duì)建筑物的構(gòu)造措施進(jìn)行硬性規(guī)定。例如，通過(guò)對(duì)建筑物梁端截面混凝土受壓高度同混凝土有效高度的比值進(jìn)行硬性規(guī)定，對(duì)梁的變形進(jìn)行有效的控制。通過(guò)抗震概念設(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)研究，當(dāng)高層建筑物的鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)的位移延性系數(shù)設(shè)計(jì)為3～4時(shí)，同時(shí)將混凝土受壓區(qū)域的相對(duì)高度控制在0.25～0.35之內(nèi)時(shí)，建筑物的抗震性能能夠達(dá)到最佳。

三、結(jié)語(yǔ)

高層建筑物的抗震性能十分重要，良好的抗震性能才能保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。本文根據(jù)建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，分析了抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。結(jié)果證明，運(yùn)用抗震概念設(shè)計(jì)，能夠?qū)ㄖ锏目拐鹦阅苓M(jìn)行保證。通過(guò)概念設(shè)計(jì)，可以對(duì)建筑物的抗震性能、使用功能以及藝術(shù)性等進(jìn)行綜合考慮。從而設(shè)計(jì)和建造穩(wěn)固、安全、美觀、經(jīng)濟(jì)適用的高層建筑，促進(jìn)建筑行業(yè)以及現(xiàn)代城市的發(fā)展。

作者：揭偉單位：深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司