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【摘 要】伴随着我国经济的飞速发展，我国各地高层建筑拔地而起，速度惊人。同时，这也给高层建筑抗震设防带来新的课题。本文从不同的角度分析了概念设计的主要内容和方法，着重探讨了高层建筑抗震设计的方法，以供参考。
【关键词】高层建筑；结构；抗震；概念设计
高层建筑抗震设防是工程设计面临的迫切任务，高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题，结构抗震分析和设计已变得越来越重要。同时，建筑材料的选用对结构抗震的影响越来越受到人们的关注。概念设计在抗震设计中是必不可少的内容之一，主要目的就是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的部位，造成地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位，导致结构过早破坏。概念设计涉及的内容十分的广泛，下面从不同的角度进行了阐述。
1 选择对建筑抗震有利的场地和地基，以减少地震的能力输入
场地条件通常指局部地形、断层、地基土层、砂土液化等。表层覆盖层土质硬、厚度小，则承载力高，稳定性好，在地震作用下不易产生地基失效；土质愈软，厚度愈大，对地震的放大效应愈大；局部凸出的土质山梁，孤立的山包，对地震效应有放大作用。在地质断层，地震中常出现地层错位、滑坡、地基失效或土体变形。抗震设计时，应选择坚硬土或中硬土场地，当无法避开不利的或危险的场地时，应采取相应措施。
2 选择延性好的结构体系与材料，并将结构设计成延性结构，削减建筑物对地震的反应
2.1 抗震结构体系的布置
抗震结构平面及立面的变化要均匀，其刚度、承载力和延性在楼层平面内应均匀，沿结构竖向应连续，刚度和质量分布均匀。平面及立面布置应简单、规则，同时对于平立面形状超规，房屋超长，地基土不均匀等情况应设置合理的防震缝。抗震结构体系尽量减少自重，由于在高层建筑中，各层楼面板的自重约占建筑物地面以上总重的40%左右，因此，尽量减少板的自重是减轻房屋总重的最佳途径，如采取密肋楼板，现浇多孔板等都是行之有效的方法。此外，在减轻结构自重方面，运用高强混凝土来减小构件的断面，运用轻质材料如加气混凝土、轻质隔墙等也是非常好的措施。
抗震结构刚度不宜过大，结构也不宜过柔，要满足位移限制。所设计结构的周期要尽量与场地土的卓越周期错开，大于卓越周期较好。防止出现软弱层而造成严重破坏或倒塌，防止传力途径中断。尤其是在不规则结构或体形复杂的结构中，一定要设置从上到下贯通连续的有较大刚度和承载力的抗侧力结构。抗震结构应尽量减少扭转，扭转对结构的危害很大，同时要尽量加大结构的抗扭刚度。两者的关键均在剪力墙的布置，刚度大的抗侧力结构沿结构外围布置，有利于抗扭。
2.2 构件和结构的延性
一座建筑物耐震与否，主要取决于结构所能吸收的地震能量，它等于结构承载力与变形能力的积，也就是说，结构的抗震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。承载力较低但延性很大的结构，所能吸收的地震能量多，地震时，虽然较早的发生破坏，但其变形能力强，避免倒塌；相反，仅仅承载力很强但延性很低，无变形能力的结构，吸收地震能量的能力弱，一旦地震能量超过设计水平，就会发生脆性破坏而突然倒塌。
在抗震设计中，结构的延性具有与抗震承载力同等甚至更大的重要性，特别是对于大的地震作用来说，必须采取增加延性的措施，这是结构抗震设计有关规定的出发点。因此，抗震结构除按规定进行抗震设计外，还要满足延性的要求。延性是指构件或结构具有承载力不降低或基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构都应该设计成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许结构出现塑性铰，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。
在高层建筑中，各种体系都是由框架或剪力墙组成，作为抗震结构都应该设计成延性框架和延性剪力墙。综合以上对于构件和结构延性产生影响的因素，可以得出延性结构的设计原则如下：1)强柱弱梁或强墙弱梁：要控制梁—柱或梁—墙的相对承载力，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱、墙中的塑性铰。2)强剪弱弯：要使构件抗剪承载力大于塑性铰抗弯承载力。3)强节点、强锚固：要保证节点区和钢筋锚固不会过早破坏，不在梁、柱、墙等构件塑性铰充分发挥作用前破坏。
2.3 尽可能设置多道抗震防线
在抗震结构中，双重体系优于单一体系，如框—墙、筒—框、筒中筒等结构优于框架、筒体等结构，另外可设置赘余杆件增加抗震防线。超静定结构允许部分构件屈服甚至破坏，是抗震结构的优选结构。合理预见并控制超静定结构的塑性铰出现部位，就可以形成抗震的多道防线。第一道防线是指全部结构，其部分构件可能屈服，要求具有良好的延性；第二道防线是由部分结构组成的，它必须具有一定的抗侧刚度及承载力，万一第一道防线中某些部分破坏，第二道防线能形成独立的结构，抵抗总刚度减小后的地震作用。如果预见某些部位有可能破坏，应当针对第二道防线的结构作抗震验算，并且使第二道防线的结构也具有延性。适当处理构件之间的强弱关系，使其形成多道抗震防线，是增强结构抗震能力的重要措施。
对此，我们应合理地选择混凝土结构构件的尺寸、配筋和箍筋，提高结构整体性。各构件之间的连接必须牢靠，并符合下列要求：构件节点的承载力，不应低于其连接构件；注意应力集中部位，如果地震作用有可能使应力集中部位提前破坏，则应做好第二道防线设计，否则应加强应力集中部位，保证结构整体工作；装配式结构的连接，应能保证结构的整体性；必须有可靠的措施以确保各抗侧力构件空间协同工作。
此外，高层建筑结构的抗震概念设计还有很多，包括：提高结构的阻尼，增设阻尼装置(吸能器)，以削减建筑物对地震反应的峰值；在主体非承重结构中设置耗能材料，保护主体结构；采用适宜的基础隔震技术，地基基础的承载力和刚度要与上部结构的承载力和刚度相适应，并在上部结构和基础之间设置某些由各种隔震器组成的隔震装置等。
3 结语
随着新型结构原理的进步，高性能材料的发展，计算机技术水平的不断提高，促使人类建筑再上一个新的台阶。新型结构体系结构形式复杂，分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。
分析、预见、控制结构的耗能和薄弱部位是概念设计中的重中之重，找出能支持结构，使它不倒塌的关键部位。各部分构件该强则强，该弱则弱，有预见才能做到措施具体而有效。概念设计必须综合考虑各方面的因素，有矛盾时要衡量利弊，消除其弱点。概念设计的思想被越来越多的结构工程师所接受，并在结构设计中发挥越来越大的作用。用整体概念规划总体方案的方法，以及结构总体系和分体系的相互力学关系和简化近似设计方法，为结构工程师和建筑师在设计中创造性地相互配合，设计出更加可靠，更加令人满意的建筑作品，提供了强有力的保障。
参考文献：
[1]章锡鼎，殷继伟。新型高层建筑结构与材料的抗震分析和设计[J]。中国新技术新产品，2011，(5)。
[2]董心德，叶丹，张永平，蔡士连。复杂高层建筑结构基于性能的抗震设计概要[J]。中国产业，2010，(12)。
[3]原帅，肖常安，赖碧君。坡地不等高嵌固高层建筑结构抗震设计问题探讨[J]。贵州科学，2011，(5)。
【关键词】高层建筑；结构；抗震；概念设计
高层建筑抗震设防是工程设计面临的迫切任务，高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题，结构抗震分析和设计已变得越来越重要。同时，建筑材料的选用对结构抗震的影响越来越受到人们的关注。概念设计在抗震设计中是必不可少的内容之一，主要目的就是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的部位，造成地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位，导致结构过早破坏。概念设计涉及的内容十分的广泛，下面从不同的角度进行了阐述。
1 选择对建筑抗震有利的场地和地基，以减少地震的能力输入
场地条件通常指局部地形、断层、地基土层、砂土液化等。表层覆盖层土质硬、厚度小，则承载力高，稳定性好，在地震作用下不易产生地基失效；土质愈软，厚度愈大，对地震的放大效应愈大；局部凸出的土质山梁，孤立的山包，对地震效应有放大作用。在地质断层，地震中常出现地层错位、滑坡、地基失效或土体变形。抗震设计时，应选择坚硬土或中硬土场地，当无法避开不利的或危险的场地时，应采取相应措施。
2 选择延性好的结构体系与材料，并将结构设计成延性结构，削减建筑物对地震的反应
2.1 抗震结构体系的布置
抗震结构平面及立面的变化要均匀，其刚度、承载力和延性在楼层平面内应均匀，沿结构竖向应连续，刚度和质量分布均匀。平面及立面布置应简单、规则，同时对于平立面形状超规，房屋超长，地基土不均匀等情况应设置合理的防震缝。抗震结构体系尽量减少自重，由于在高层建筑中，各层楼面板的自重约占建筑物地面以上总重的40%左右，因此，尽量减少板的自重是减轻房屋总重的最佳途径，如采取密肋楼板，现浇多孔板等都是行之有效的方法。此外，在减轻结构自重方面，运用高强混凝土来减小构件的断面，运用轻质材料如加气混凝土、轻质隔墙等也是非常好的措施。
抗震结构刚度不宜过大，结构也不宜过柔，要满足位移限制。所设计结构的周期要尽量与场地土的卓越周期错开，大于卓越周期较好。防止出现软弱层而造成严重破坏或倒塌，防止传力途径中断。尤其是在不规则结构或体形复杂的结构中，一定要设置从上到下贯通连续的有较大刚度和承载力的抗侧力结构。抗震结构应尽量减少扭转，扭转对结构的危害很大，同时要尽量加大结构的抗扭刚度。两者的关键均在剪力墙的布置，刚度大的抗侧力结构沿结构外围布置，有利于抗扭。
2.2 构件和结构的延性
一座建筑物耐震与否，主要取决于结构所能吸收的地震能量，它等于结构承载力与变形能力的积，也就是说，结构的抗震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。承载力较低但延性很大的结构，所能吸收的地震能量多，地震时，虽然较早的发生破坏，但其变形能力强，避免倒塌；相反，仅仅承载力很强但延性很低，无变形能力的结构，吸收地震能量的能力弱，一旦地震能量超过设计水平，就会发生脆性破坏而突然倒塌。
在抗震设计中，结构的延性具有与抗震承载力同等甚至更大的重要性，特别是对于大的地震作用来说，必须采取增加延性的措施，这是结构抗震设计有关规定的出发点。因此，抗震结构除按规定进行抗震设计外，还要满足延性的要求。延性是指构件或结构具有承载力不降低或基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构都应该设计成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许结构出现塑性铰，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。
在高层建筑中，各种体系都是由框架或剪力墙组成，作为抗震结构都应该设计成延性框架和延性剪力墙。综合以上对于构件和结构延性产生影响的因素，可以得出延性结构的设计原则如下：1)强柱弱梁或强墙弱梁：要控制梁—柱或梁—墙的相对承载力，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱、墙中的塑性铰。2)强剪弱弯：要使构件抗剪承载力大于塑性铰抗弯承载力。3)强节点、强锚固：要保证节点区和钢筋锚固不会过早破坏，不在梁、柱、墙等构件塑性铰充分发挥作用前破坏。
2.3 尽可能设置多道抗震防线
在抗震结构中，双重体系优于单一体系，如框—墙、筒—框、筒中筒等结构优于框架、筒体等结构，另外可设置赘余杆件增加抗震防线。超静定结构允许部分构件屈服甚至破坏，是抗震结构的优选结构。合理预见并控制超静定结构的塑性铰出现部位，就可以形成抗震的多道防线。第一道防线是指全部结构，其部分构件可能屈服，要求具有良好的延性；第二道防线是由部分结构组成的，它必须具有一定的抗侧刚度及承载力，万一第一道防线中某些部分破坏，第二道防线能形成独立的结构，抵抗总刚度减小后的地震作用。如果预见某些部位有可能破坏，应当针对第二道防线的结构作抗震验算，并且使第二道防线的结构也具有延性。适当处理构件之间的强弱关系，使其形成多道抗震防线，是增强结构抗震能力的重要措施。
对此，我们应合理地选择混凝土结构构件的尺寸、配筋和箍筋，提高结构整体性。各构件之间的连接必须牢靠，并符合下列要求：构件节点的承载力，不应低于其连接构件；注意应力集中部位，如果地震作用有可能使应力集中部位提前破坏，则应做好第二道防线设计，否则应加强应力集中部位，保证结构整体工作；装配式结构的连接，应能保证结构的整体性；必须有可靠的措施以确保各抗侧力构件空间协同工作。
此外，高层建筑结构的抗震概念设计还有很多，包括：提高结构的阻尼，增设阻尼装置(吸能器)，以削减建筑物对地震反应的峰值；在主体非承重结构中设置耗能材料，保护主体结构；采用适宜的基础隔震技术，地基基础的承载力和刚度要与上部结构的承载力和刚度相适应，并在上部结构和基础之间设置某些由各种隔震器组成的隔震装置等。
3 结语
随着新型结构原理的进步，高性能材料的发展，计算机技术水平的不断提高，促使人类建筑再上一个新的台阶。新型结构体系结构形式复杂，分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。
分析、预见、控制结构的耗能和薄弱部位是概念设计中的重中之重，找出能支持结构，使它不倒塌的关键部位。各部分构件该强则强，该弱则弱，有预见才能做到措施具体而有效。概念设计必须综合考虑各方面的因素，有矛盾时要衡量利弊，消除其弱点。概念设计的思想被越来越多的结构工程师所接受，并在结构设计中发挥越来越大的作用。用整体概念规划总体方案的方法，以及结构总体系和分体系的相互力学关系和简化近似设计方法，为结构工程师和建筑师在设计中创造性地相互配合，设计出更加可靠，更加令人满意的建筑作品，提供了强有力的保障。
参考文献：
[1]章锡鼎，殷继伟。新型高层建筑结构与材料的抗震分析和设计[J]。中国新技术新产品，2011，(5)。
[2]董心德，叶丹，张永平，蔡士连。复杂高层建筑结构基于性能的抗震设计概要[J]。中国产业，2010，(12)。
[3]原帅，肖常安，赖碧君。坡地不等高嵌固高层建筑结构抗震设计问题探讨[J]。贵州科学，2011，(5)。