高层建筑的抗震概念设计

关键词：概念设计 工程结构 结构选型 抗震防线

地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。强烈地震常造成人身和财产的巨大损失。我国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是一个地震多发国家。20世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外的所有行政区域。自1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。据有关部门预测，我国未来50年除江南地区几个省外，均可能发生地震。面对如此大范围的地震可能，作为城市的必要构成——建筑物，其结构的抗震性能就具有充分的研究必要性。

地震是一种随机震动，有难于把握的复杂性和不确定性，因此，工程抗震问题不能完全依靠“计算设计”（Numerical Design）解决，而根据工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，往往是构造良好结构性能的决定性因素，这即是“概念设计”（Conceptual Design）。概念设计主要包括有：

1 选择有利的抗震场地

通过比较震害普查绘制的等震线图可以发现：在正常的烈度区内，常存在着小块的高一度或低一度的烈度异常区；同一次地震的同一烈度区内，位于不同小区的房屋，尽管建筑形式、结构类别、施工质量等情况基本相同，但震害程度却出现较大差异，究其原因，主要是地形和场地条件不同造成的。国内多次大地震的调查也表明，局部地形条件是影响建筑物破坏程度的一个重要因素。

位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土是对建筑抗震有利的地段。对建筑抗震不利的地段，一般是可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段。就地形而言，一般是条状突出的山嘴，孤立的山包和山梁的顶部，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘；就场地土质而言，一般是软弱土、易液化土，故河道、断层破碎带或半挖半填地基等。一般情况下，遇到不利地段时宜采取避开的方案，实在无法避开时，应尽量使建筑物场地选择建在基岩或薄土层上，或具有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。

2 科学布局建筑平面和立面

建筑平面和立面的规整性是结构设计中的一个十分基础、重要的内容。建筑平面、立面在抗震设计中宜尽可能简洁、规则，结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合，在地震作用下会产生扭转效应，大大加剧地震的破坏力度。建筑立面设计时应避免采用带有突然变化的阶梯形立面，并尽可能降低房屋的重心，突出屋面建筑部分的高度不应过高，以免地震时发生鞭梢效应。建筑的层数越多，高度越高，它的地震破坏程度越大，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的側向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩，所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大作用，减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。现行建筑抗震设计规范（GB50011—2001）对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定：多层砌体房屋的总高度及层数应满足下表中的限值。