我国是一个多地震国家，据统计，我国大陆地震约占世界大陆地

震的三分之一。 80%的国土处于基本烈度Ⅵ度及其以上的地震区。近
年来我国高层建筑发展迅速，高层建筑由于其高度因素，结构受力十
分复杂，除了来自本身的自重和使用荷载外，还有来自水平方向的风
荷载和地震力等侧向荷载。高层建筑规模大，内部功能多样，设备要求
复杂，所有这些都对高层建筑的结构提出了更高的要求。

结构概念设计

结构工程师按抗震设计要求进行结构分析与设计，其目标是希望

使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳。抗震
概念设计就是从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗
震己有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如建筑场地的选择、
建筑的体型、结构布置、结构体系、结构延性、多道抗震防线等方面的
问题，从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算
和构造措施。从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以达到合理抗震设计
的目的。是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。

概念设计的主要内容

2.1

选择抗震有利的建筑场地和地基

为减少地面运动通过建筑场地和地基传给上部结构的地震能量，

应采取下列方法：1）选择薄的场地覆盖层，国内外多次大地震表明，对
于柔性建筑，厚土层上的震害重，薄土层上的震害轻，直接座落在基岩
上的震害更轻；2）选择坚实的场地土，震害表明，场地土刚度大，则房
屋震害指数小，破坏轻；刚度小，则震害指数大，破坏重。故应选择具有
较大平均剪切波速的坚硬场地土；3）将建筑物的自振周期与地震动的
卓越周期错开，避免共振，震害表明，如果建筑物的自振周期与地震动
的卓越周期相等或相近，建筑物的破坏程度就会因共振而加重；4）采
取基础隔震或消能减震措施，利用基础隔震或消能减震技术改变结构
的动力特性，减少输入的地震能量，从而达到减小主体结构地震反应
的目的。

2.2

结构平面布置原则

抗震结构平面布置宜简单、规则，尽量减少突出、凹进等复杂平

面，但是，更重要的是结构平面布置时要尽可能使平面刚度均匀，减少
地震作用下的拟转。扭转对结构的危害很大，减少结构扭转引起的破
坏一般从两个方面人手，一是减少地震引起的扭转，二是增加结构抵
抗扭转的能力。

平面刚度是否均匀是地震是否造成扭转破坏的重要原因，而影响

刚度是否均匀的主要因素是剪力墙的布置，剪力墙集中布置在结构平
面的一端是不好的，大刚度抗侧力单元偏置的结构在地震作用下扭转
大，对称布置剪力墙、并筒有利于减少扭转。周边布置剪力墙，或周边
布置刚度很大的框筒，都是增加结构抗扭刚度的重要措施，有利于抵
抗扭转。

2.3

结构竖向布置

结构宜做成上下等宽或由下向上逐渐减小的体型，更重要的是结

构的抗侧刚度应当沿高度均匀，或沿高度逐渐减小。竖向刚度是否均
匀，也主要涉及剪力墙的布置。框支剪力墙是典型的沿高度刚度突变
的结构，它的主要危险在于框支层的变形大，框支层总是表现为薄弱
层，全部由框支剪力墙组成的结构几乎不可避免地遭受严重震害。

通常引起竖向刚度不均匀的情况还有：在某个中间楼层抽去剪力

墙，或在某个楼层设置刚度很大的实腹梁作为加强或转换构件，楼层
的刚度突然减小或突然加大都会使该层及其附近楼层的地震反应(位
移和内力)发生突变而产生危害。

2.4

调整内力以加强薄弱部位

要尽可能预见所设计结构的可能破坏部位，在复杂结构中更是要

通过概念分析和结构计算估计受力不利部位和薄弱部位：结构工程师
应该预期结构的合理破坏模式，应该通过必要的内力调整控制结构的
破坏模式。有些部位可有意识地使它提早屈服，有些部位则应有意以
地提高其承载力，推迟它的屈服或破坏。

结构弹塑性时程分析结果指出:高层结构中，若存在 “屈服强度

比 ”偏小的薄弱楼层，地震时，该楼层就会出现比较大的塑性变形集
中；楼层“屈服强度比”分布均匀的多层结构因为相对于基础而言，结
构底层就比较弱，从而在底层引起一定程度的塑性变形集中。所以确
定结构方案时，应避免出现薄弱楼层，特别是薄弱底层。计算结果分
析，判断对于重要的高层结构，复杂的高层结构，应至少用两个不同的
力学模型的结构分析程序进行计算比较，并对计算结果的合理性进行
分析、判断，确认其可靠性后，方可用于工程设计。

2.5

加强结构延性

在中等地震作用下，允许部分结构构件屈服进入弹塑性，大震作

用下，结构不能倒塌，因此，抗震结构的构件需要延性，抗震的结构应
该设计成延性结构。

在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，钢筋混凝

土结构都应该设计成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许部分
构件出现塑性铰，这种状态是“中间可修”状态；当合理控制塑性铰部
位、构件又具备足够的延性时，可做到在大震作用下结构不倒塌。高层
建筑各种抗侧力体系都是出框架和剪力墙组成的，作为抗震结构都应
该设计成延性框架和延性剪力墙。

2.6

确保结构整体性

结构是由许多构件连接组合而成的一个整体，通过各构件的协同

工作来有效地抵抗地震作用。若结构在地震作用下丧失了整体性，则
各构件的抗震能力不能充分发挥，易使结构(或局部)成为机动体而倒
塌。因此，结构的整体性是充分发挥各构件的抗震能力、保证结构大震
不倒的关键因素之一。确保结构整体性主要体现在以下三方面：(1) 结
构应具有连续性；(2) 构件间的可靠连接；(3) 提高结构的竖向整体刚
度。

2.7

多道抗震防线设防

一次强烈地震的持续时间，少则几秒，多则十几秒，长时间的地面

运动，将对建筑物产生多次往复冲击，造成累积式的破坏。如果建筑物
仅设置一道抗震防线，该防线一旦被破坏后，接踵而来的持续的震动，
就会造成建筑物的倒塌。如果设置了第二乃至第三道抗震防线作为后
备，就足以抵挡住持续地震的袭击，保证建筑物最低限度的安全。

2.8

非结构部件的处理

非结构构件，一般不属于主体结构的一部分，非承重结构构件在

抗震设计时往往容易被忽略，但从震害调查来看，非结构构件处理不
好往往在地震时倒塌伤人，砸坏设备财产，破坏主体结构，特别是现代
建筑，装修造价占总投资的比例很大。汶川地震震后调查表明震害，大
量非结构构件（填充墙、围护墙）破坏。填充墙或围护墙与框架柱、梁无
拉结或拉接不够、多孔空心砖大量劈裂导致拉接筋失效等原因造成墙
体大量开裂，甚至倒塌伤人，严重影响居民生活，经济损失较大。因此，
非结构构件的抗震问题应该引起重视。

结语

由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地

震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定因素，在结构内力
分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹（下转第 614 页）

概念设计在高层建筑中的应用

【摘

要】本文阐述了高层结构抗震设计中“概念设计”的重要性以及对结构进行概念设计的一般原则，为工程设计人员在今后的设计工作

提供了一些参考建议。

【关键词】高层建筑；结构设计；概念设计

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