抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用

张念华

（广东鸿宇建筑与工程设计顾问有限公司，广东 东莞 523000）

抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用

张念华

（广东鸿宇建筑与工程设计顾问有限公司，广东 东莞 523000）

高层建筑是人类发展的必然产物。地震作为一种不确定性的自然灾害，具有毁灭性的危害。为了确保高层建筑的质量，在设计建筑结构时就必须考虑其抗震功能。本文主要对高层建筑结构设计中的抗震概念设计的发展、设计要点进行了详细的阐述，希望对高层建筑结构设计有一定的指导作用。

高层建筑；地震；抗震概念设计

地震作为最严重的自然灾害之一，一旦发生，就会给社会带来巨大的人员伤亡和经济损失。近几年来，国内外地震灾害频发，无情地剥夺了上百万人的生命（如表1）。而这些伤害基本上都是由于建筑物的倒塌引起的，尤其是高层建筑。若在建筑结构的设计当中能加强抗震概念的设计，将会从一定程度上减小损失。因此，如何才能够提高高层建筑的抗震性能的概念设计已经成为了建筑行业研究的重点工作。

一、抗震概念设计

传统的结构设计理论为建筑结构设计提供了一些计算方法，但是这些方法主要是针对结构设计中的一些细节，而忽略了对整体结构的考虑。因此，传统的结构设计理论并不能完全地适用于高层建筑的抗震设计，照本宣科式的结构设计不能满足现代建筑物的要求。在高层建筑的抗震设计当中，设计师们都会融入概念设计。抗震概念设计是指根据以往的工程经验和地震灾害的发生情况，从整体上研究工程项目的抗震决策，包括使用材料的种类、抗震方案以及结构的内部构造等等方面。

二、抗震概念的设计要点

1 选用规则的结构

建筑体形和结构的总体规划在高层建筑的抗震结构设计当中非常重要，因为国内外许多在地震中倒塌的建筑都是由于不合理的建筑体形和结构的总体规划而引起的。建筑形体是指建筑的水平面和垂直面；结构的总体规划是指结构构件在水平面和垂直面上的布置。规则的水平面和垂直面对于抗震是有利的。平面形状越简单、均匀、规则，对于抗震越有利。因为规则的平面能均匀地承受载荷作用，结构的整体性能好。高度方向的结构布置应该要连续，从而使结构的侧向的刚度自上而下连续，杜绝薄弱层的出现。

2 选用合理的传力途径

当前的大多数高层建筑的抗震概念设计都是以计算机程序运算为基础的，为了使计算结果更加可靠，结构设计师应当要对结构设计的简化计算方法非常熟练。在计算机运算的基础上得出结构件在受力状态下的计算简图，再利用力学模型和数学模型对地震反应进行详细的分析，从而得到需要的结果。其中结构的传力途径要尽量简单、直接。

表1 国内外近几年的大地震

3 选用合理的结构材料

抗震结构出了要求有一定的刚度之外，还应该有一定的延性。延性好的材料能够增加高层建筑的抗震能力，比如钢筋以及钢筋混凝土。延性是衡量结构件变形能力的一种指标，是结构件对能量吸收能力的体现。根据抗震设计的基本原则（小震不坏，中震可修，大震不倒），建筑的结构件都应该具有延性。结构件的塑性变形可以存储一部分地震的能量，因此在小震当中可以做到不倒塌。结构件具有延性可以减低对其刚度和承载力的要求，从而可以减少材料的用量，从一定程度上降低了建筑成本。

4 选择合适的场地和基地

经过对国内外一些大地震的调查，结果表明建筑物的破坏与当地的局部地形有很大的关系。除此之外，地基的图层、断层以及砂土等因素对建筑物的破坏也有一定的影响。场地表层覆盖层厚度越小，土质越硬，建筑物的稳定性就越高。发生地震时，建筑物的地基就不容易失效。反之，覆盖层厚度越大，土质越软，地震的放大效应就越强。所以，在进行高层建筑的抗震概念设计时，一定要选择土质坚硬的基地，从而减小地震的放大效应。

5 设置多条抗震防线

在进行高层建筑的抗震概念设计时，不论选择哪种材料、哪种结构，都应要设置多条抗震防线。每次地震的时间都不尽相同，且余震不断。因此，连续的地震会对高层的建筑物进行反复的冲击，使建筑物遭受到累积性的破坏。假如高层建筑物仅仅只设置了一道防线，那么就只能遭受到一次破坏，对连续的破坏毫无抵抗力。如果设置了多道防震体系，当第一道防线被破坏时，还有第二道，第三道可以对高层建筑物进行保护。这种抗震设计方法不仅经济，而且实用。

6 合理地处理非结构件

高层建筑物种的内隔墙、外围墙板、楼梯踢踏板以及框架填充墙等等非结构件在地震过程中也会承受不同程度的承载力，它们可能会影响一些结构件的传力路线、刚度以及承载力，从而能够产生意想不到的抗震效果。合理地处理这些非结构件，可以在一定程度上增加高层建筑的抗震能力。

7 提高结构的整体性

要想建筑物中的各个部件在地震当中能够协同工作，就要求建筑物的有高的结构整体性。建筑物只有在地震当中不丧失整体性，才能有良好的抗震能力。建筑物空间结构整体的刚度和稳定性决定了其抗震能力。钢筋混凝土的刚度和整体性的好坏将决定于施工的质量。施工质量好的钢筋混凝土可以消除散落的滑移问题、增强楼板的刚度，从而增加建筑物结构的整体性。

8 减轻建筑物的自重

为了减低地基对建筑物的承载力以及建筑物的倾覆力矩和P-Δ效应，就必须减轻建筑物的自重。因此在高层建筑物的设计过成当中，应尽量选用强度高，密度小的材料，比如室内的墙尽量采用轻质的材料。建筑物的自重减轻之后，就能减少对基地的压力，从而降低建筑物承受的地震力。

结语

高层建筑的结构设计不仅仅是种技术，某种程度上更是一门艺术。无论什么设计，它都没有唯一的答案，只有通过不断的比较、研究，才能找到最优方案。这就要求设计师们不懈努力地去追求完善的设计方案。随着社会的发展，高层建筑的设计已经不能盲目地照搬课本上的规范和计算机程序，需要创新。总而言之，一幢建筑物，要想做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”，就应该要做好文中所提到的几个重点。高层建筑物中的抗震结构设计使建筑结构的设计更加人性化，更加合理化。除此之外，抗震概念设计不仅拓宽了建筑结构设计的思路，同时还为高层建筑的设计提供了新的方向，在建筑行业当中发挥了重要的作用。

[1]王亚勇.汶川地震建筑震害启示-抗震概念设计[J].建筑结构学报，2008，29（04）：20-25.

[2]黄存汉.建筑抗震设计技术措施[M].北京：中国建筑工业出版社，2001（07）：125-110.

TU97

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.060