抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用

張念華

（廣東鴻宇建筑與工程設計顧問有限公司，廣東 東莞 523000）

抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用

張念華

（廣東鴻宇建筑與工程設計顧問有限公司，廣東 東莞 523000）

高層建筑是人類發展的必然產物。地震作為一種不確定性的自然災害，具有毀滅性的危害。為了確保高層建筑的質量，在設計建筑結構時就必須考慮其抗震功能。本文主要對高層建筑結構設計中的抗震概念設計的發展、設計要點進行了詳細的闡述，希望對高層建筑結構設計有一定的指導作用。

高層建筑；地震；抗震概念設計

地震作為最嚴重的自然災害之一，一旦發生，就會給社會帶來巨大的人員傷亡和經濟損失。近幾年來，國內外地震災害頻發，無情地剝奪了上百萬人的生命（如表1）。而這些傷害基本上都是由于建筑物的倒塌引起的，尤其是高層建筑。若在建筑結構的設計當中能加強抗震概念的設計，將會從一定程度上減小損失。因此，如何才能夠提高高層建筑的抗震性能的概念設計已經成為了建筑行業研究的重點工作。

一、抗震概念設計

傳統的結構設計理論為建筑結構設計提供了一些計算方法，但是這些方法主要是針對結構設計中的一些細節，而忽略了對整體結構的考慮。因此，傳統的結構設計理論并不能完全地適用于高層建筑的抗震設計，照本宣科式的結構設計不能滿足現代建筑物的要求。在高層建筑的抗震設計當中，設計師們都會融入概念設計。抗震概念設計是指根據以往的工程經驗和地震災害的發生情況，從整體上研究工程項目的抗震決策，包括使用材料的種類、抗震方案以及結構的內部構造等等方面。

二、抗震概念的設計要點

1 選用規則的結構

建筑體形和結構的總體規劃在高層建筑的抗震結構設計當中非常重要，因為國內外許多在地震中倒塌的建筑都是由于不合理的建筑體形和結構的總體規劃而引起的。建筑形體是指建筑的水平面和垂直面；結構的總體規劃是指結構構件在水平面和垂直面上的布置。規則的水平面和垂直面對于抗震是有利的。平面形狀越簡單、均勻、規則，對于抗震越有利。因為規則的平面能均勻地承受載荷作用，結構的整體性能好。高度方向的結構布置應該要連續，從而使結構的側向的剛度自上而下連續，杜絕薄弱層的出現。

2 選用合理的傳力途徑

當前的大多數高層建筑的抗震概念設計都是以計算機程序運算為基礎的，為了使計算結果更加可靠，結構設計師應當要對結構設計的簡化計算方法非常熟練。在計算機運算的基礎上得出結構件在受力狀態下的計算簡圖，再利用力學模型和數學模型對地震反應進行詳細的分析，從而得到需要的結果。其中結構的傳力途徑要盡量簡單、直接。

表1 國內外近幾年的大地震

3 選用合理的結構材料

抗震結構出了要求有一定的剛度之外，還應該有一定的延性。延性好的材料能夠增加高層建筑的抗震能力，比如鋼筋以及鋼筋混凝土。延性是衡量結構件變形能力的一種指標，是結構件對能量吸收能力的體現。根據抗震設計的基本原則（小震不壞，中震可修，大震不倒），建筑的結構件都應該具有延性。結構件的塑性變形可以存儲一部分地震的能量，因此在小震當中可以做到不倒塌。結構件具有延性可以減低對其剛度和承載力的要求，從而可以減少材料的用量，從一定程度上降低了建筑成本。

4 選擇合適的場地和基地

經過對國內外一些大地震的調查，結果表明建筑物的破壞與當地的局部地形有很大的關系。除此之外，地基的圖層、斷層以及砂土等因素對建筑物的破壞也有一定的影響。場地表層覆蓋層厚度越小，土質越硬，建筑物的穩定性就越高。發生地震時，建筑物的地基就不容易失效。反之，覆蓋層厚度越大，土質越軟，地震的放大效應就越強。所以，在進行高層建筑的抗震概念設計時，一定要選擇土質堅硬的基地，從而減小地震的放大效應。

5 設置多條抗震防線

在進行高層建筑的抗震概念設計時，不論選擇哪種材料、哪種結構，都應要設置多條抗震防線。每次地震的時間都不盡相同，且余震不斷。因此，連續的地震會對高層的建筑物進行反復的沖擊，使建筑物遭受到累積性的破壞。假如高層建筑物僅僅只設置了一道防線，那么就只能遭受到一次破壞，對連續的破壞毫無抵抗力。如果設置了多道防震體系，當第一道防線被破壞時，還有第二道，第三道可以對高層建筑物進行保護。這種抗震設計方法不僅經濟，而且實用。

6 合理地處理非結構件

高層建筑物種的內隔墻、外圍墻板、樓梯踢踏板以及框架填充墻等等非結構件在地震過程中也會承受不同程度的承載力，它們可能會影響一些結構件的傳力路線、剛度以及承載力，從而能夠產生意想不到的抗震效果。合理地處理這些非結構件，可以在一定程度上增加高層建筑的抗震能力。

7 提高結構的整體性

要想建筑物中的各個部件在地震當中能夠協同工作，就要求建筑物的有高的結構整體性。建筑物只有在地震當中不喪失整體性，才能有良好的抗震能力。建筑物空間結構整體的剛度和穩定性決定了其抗震能力。鋼筋混凝土的剛度和整體性的好壞將決定于施工的質量。施工質量好的鋼筋混凝土可以消除散落的滑移問題、增強樓板的剛度，從而增加建筑物結構的整體性。

8 減輕建筑物的自重

為了減低地基對建筑物的承載力以及建筑物的傾覆力矩和P-Δ效應，就必須減輕建筑物的自重。因此在高層建筑物的設計過成當中，應盡量選用強度高，密度小的材料，比如室內的墻盡量采用輕質的材料。建筑物的自重減輕之后，就能減少對基地的壓力，從而降低建筑物承受的地震力。

結語

高層建筑的結構設計不僅僅是種技術，某種程度上更是一門藝術。無論什么設計，它都沒有唯一的答案，只有通過不斷的比較、研究，才能找到最優方案。這就要求設計師們不懈努力地去追求完善的設計方案。隨著社會的發展，高層建筑的設計已經不能盲目地照搬課本上的規范和計算機程序，需要創新。總而言之，一幢建筑物，要想做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”，就應該要做好文中所提到的幾個重點。高層建筑物中的抗震結構設計使建筑結構的設計更加人性化，更加合理化。除此之外，抗震概念設計不僅拓寬了建筑結構設計的思路，同時還為高層建筑的設計提供了新的方向，在建筑行業當中發揮了重要的作用。

[1]王亞勇.汶川地震建筑震害啟示-抗震概念設計[J].建筑結構學報，2008，29（04）：20-25.

[2]黃存漢.建筑抗震設計技術措施[M].北京：中國建筑工業出版社，2001（07）：125-110.

TU97

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.060