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篇1
一是框架—剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。二是抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。三是適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。四是在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。
2、高層建筑結構措抗震施設計
在對結構的抗震設計中,除要考慮概念設計、結構抗震驗算外,歷次地震后人們在限制建筑高度,提高結構延性(限制結構類型和結構材料使用)等方面總結的抗震經驗一直是各國規范重視的問題。當前,在抗震設計中,從概念設計,抗震驗算及構造措施等三方面入手,在將抗震與消震(結構延性)結合的基礎上,建立設計地震力與結構延性要求相互影響的雙重設計指標和方法,直至進一步通過一些結構措施(隔震措施,消能減震措施)來減震,即減小結構上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經濟的抗震性能是當代抗震設計規范發展的方向。而且,強柱弱梁,強剪弱彎和強節點弱構件在提高結構延性方面的作用已得到普遍的認可。
3、高層建筑的抗震設計理念
我國建筑抗震規范對建筑的抗震設防提出“三水準、兩階段”的要求,“三水準”即“小震不壞,中震可修,大震不倒”。當遭遇第一設防烈度地震即低于本地區抗震設防烈度的多遇地震時,結構處于彈性變形階段,建筑物處于正常使用狀態。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續使用。因此,要求建筑結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態驗算,要求建筑的彈性變形不超過規定的彈性變形限值。當遭遇第二設防烈度地震即相當于本地區抗震設防烈度的基本烈度地震時,結構屈服進入非彈性變形階段,建筑物可能出現一定程度的破壞。但經一般修理或不需修理仍可繼續使用。因此,要求結構具有相當的延性能力(變形能力)不發生不可修復的脆性破壞。當遭遇第三設防烈度地震即高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震時,結構雖然破壞較重,但結構的非彈性變形離結構的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發生危及生命的嚴重破壞,從而保障了人員的安全。因此,要求建筑具有足夠的變形能力,其彈塑性變形不超過規定的彈塑性變形限值。
4、高層建筑結構抗震設計方法探討
對建筑抗震的三個水準設防要求,是通過“兩階段”設計來實現的,其方法步驟如下:第一階段:第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數,先計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應,與風、重力荷載效應組合,并引入承載力抗震調整系數,進行構件截面設計,從而滿足第一水準的強度要求;第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角,使其不超過抗震規范所規定的限值;同時采用相應的抗震構造措施,保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段:采用與第三水準相對應的地震動參數,計算出結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節)的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規范的限值。并采用必要的抗震構造措施,從而滿足第三水準的防倒塌要求。
5、高層建筑結構抗震設計方法
5.1基礎的抗震設計
基礎是實現高層建筑安全性的重要條件。我國高層建筑通常采用鋼筋混凝土連續地基梁形式,在基礎梁的設計中,為充分發揮鋼筋的抗拉性和混凝土的抗壓性的復合效應,把設計重點放在梁的高度和鋼筋的用量上,在鋼筋的布置上采用主筋、腹筋、肋筋、基礎筋、基礎輔筋5種鋼筋的結合。為防止基礎鋼筋的生銹,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面是增加鋼筋表面的保護層厚度,以抑止鋼筋的腐蝕。高層建筑基礎處理的另一個特色是鋼制基礎結合墊塊的應用,它是高層建筑上部結構柱與基礎相連的重要結構部件。它的功能之一是使具有吸濕性的混凝土基礎和鋼制結構柱及上部建筑相分離,有效防止結構體的銹蝕,確保部件的耐久性。
5.2鋼結構骨架的抗震設計
采用鋼框架結合點柱壁局部加厚技術來提高結構抗震性能。一般鋼框架結構,梁和柱結合點通常是柱上加焊鋼制隅撐與梁端用螺栓緊固連接。在這種方式下,鋼柱必須在結合部被切斷,加焊隅撐后再結合,這樣做技術上的不穩定性和材料品質不齊全的可能性很大,而且遇到大地震,鋼柱結合部折斷的危險性很大。鑒于此,可以首先該結構的梁柱采用高密度鋼材,以發揮其高強抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免斷柱形式,對二、三層的獨立住宅而言,結構柱可以一貫到底,從而解決易折問題。與梁結合部柱壁達到兩倍厚,所采用的是高頻加熱引導增厚技術。在制造過程中品質易下降的鋼管經過加熱處理反而使材料本來所具有的拉伸強度得以恢復。對于地震時易產生的應力集中,柱的增厚部位能發揮很大的阻抗能力,從而提高和強化了結構的抗震性。
5.3墻體的抗震設計。“三合一”外墻結構體系,首先是由日本專家設計應用的,采用外墻結構柱與兩側外墻板鋼框架組合。
6、高層建筑抗震分析和設計的趨勢
6.1基于位移的結構抗震設計
我國現行的結構抗震設計，是以承載力為基礎的設計。即：用線彈性方法算結構在小震作用下的內力、位移；用組合的內力驗算構件截面，使結構具有一定的承載力；位移限值主要是使用階段的要求，也是為了保護非結構構件；結構的延性和耗能能力是通過構造措施獲得的。為了實現基于位移的抗震設計，第一步需要研究簡單結構（例如框架及懸臂墻）的構件變形與配筋關系，實現按變形要求進行構件設計；進而研究整個結構進入彈塑性后的變形與構件變形的關系。這就要求除了小震階段的計算外，還要按大震作用下的變形進行設計，也就是真正實現二階段抗震設計，這是結構抗震設計的發展趨勢。
6.2動力時程響應分析的狀態空間迭代法
該種方法把現代控制理論中的狀態空間理論應用到高層建筑結構動力響應問題，根據結構動力方程，引人位移與速度為狀態變量，導出狀態方程，給出非齊次狀態方程的解，進而建立狀態空間迭代計算格式。經工程實例驗算，具有較高精度。特別對多自由度體系的多輸入、多輸出等問題的動力響應解法，效率較高。
6.3材料參數隨機性的抗震模糊可靠度分析
該種方法從結構整體性能出發，改變過去對結構抗震可靠度的研究只考慮荷載的不確定性而忽略了其他多種不確定因素，綜合考慮了材料參數的變異性，地震烈度的隨機性及烈度等級界限的隨機性與模糊性對結構抗震可靠度的影響。其研究成果可用于對現有的結構進行抗震可靠度評估，并可用于指導基于可靠度理論的結構抗震設計。
6.4隔震和消能減震設計的推廣和應用
目前我國和世界各國普遍采用的傳統抗震結構體系是“延性結構體系”，即適當控制結構物的剛度，但容許結構構件（如梁、柱、墻、節點等）在地震時進入非彈性狀態，并目具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應，使結構物“裂而不倒”。這種體系，在很多情況下是有效的，但也存在很多局限性。隨著社會的不斷發展，對各種建筑物和構筑物的抗震減震要求越來越高，使“延性結構體系”的應用日益受到限制，傳統的抗震結構體系和理論越來越難以滿足要求，而由于隔震消能和各種減震控制體系具有傳統抗震體系所難以比擬的優越性，在未來的建筑結構中將得到越來越廣泛的應用。
7、結束語
高層建筑已經逐漸成為當前時代建筑發展的主流建筑形態之一,對于高層建筑,其抗震效能的分析一直是國內外建筑抗震設計分析的研究熱點,而最直接最有效的抗震措施就是在建筑設計階段進行結構抗震設計,只有從高層建筑物內部實施結構抗震,才能夠從根本上提高高層建筑的抗震效能。
參考文獻：
[1]李忠獻.高層建筑結構及其設計理論[M].北京:科學出版社,2006.
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中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A文章編號：
隨著我國經濟的快速發展，高層建筑也越來越多，在這種情況下必須做好抗震設計。設計人員在高層建筑抗震設計中，都是按照抗震結構設計規范進行的，他們希望設計的結構能夠達到強度、剛度、延性及耗能能力等方面達到最佳，從而經濟地實現“小震不倒、中震可修、大震不倒”的目的，但是在實際設計中，卻不能達到這種效果。本文將從抗震結構設計的基本原則、我國高層建筑抗震設計常見的問題以及提高抗震性能措施三個方面對高層建筑的抗震結構進行闡述。
一、高層建筑抗震結構設計的基本原則
1、結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能。（1）結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱（墻）”的原則；（2）對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力；（3）承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。
2、盡可能設置多道抗震防線。由于每次強震之后都會伴隨多次余震，因此在建筑物的抗震設計過程中若只有一道設防，則其在首次被破壞后而余震來臨時其結構將因損傷積累而倒塌。因此，建筑物的抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，在地震發生時由具有較好延性的結構構件協同工作來抵擋地震作用。當遭遇第二設防烈度地震即低于本地區抗震設防烈度的基本烈度地震時，結構屈服進入非彈性變形階段，建筑物可能出現一定程度的破壞，但經一般修理或不需修理仍可繼續使用。因此，要求結構具有相當的延性能力不發生不可修復的脆性破壞。當遭遇第三設防烈度地震即高于本地區抗震設防度的罕遇地震時，結構雖然破壞較重，但結構非彈性變形離結構的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發生危及生命的嚴重破壞，從而保證了人員的安全。
3、對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力。（1）構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎；（2）要使樓層（部位）的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中；（3）要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調；（4）在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層（部位），使之有足夠的變形能。
二、我國高層建筑抗震設計常見的問題
1、工程地質勘查資料不全
在設計初期，設計人員應該及時掌握施工場地的地質情況，但是往往在設計過程中，卻沒有建筑場地巖土工程的勘察資料，就不能很好的進行地基設計，給建筑物的結構帶來安全隱患。
2、建筑材料不滿足要求
對于材料而言，我們要明確這樣一個道理:地震對結構作用的大小幾乎與結構的質量成正比。一般說在相同條件下，質量大，地震作用就大，震害程度就大，質量小，地震作用就小，震害就小。所以，在建筑物的樓板、墻體、框架、隔斷、圍護墻以及屋面構件中，廣泛采用多孔磚、硅酸鹽砌塊、陶粒混凝土、加氣混凝土板、空心塑料板材等輕質材料，將能顯著改善建筑物的抗震性能。
3、建筑物本身的建筑結構設計
建筑物如果平面布置復雜，致使質心與剛心不重合，在地震作用下產生扭轉效應，加劇了地震的破壞作用，海城地震和唐山地震中有不少類似震害實例。臺灣9.21地震中，一棟鋼筋混凝土結構由于結構平面不規則，在水平地震作用下，結構產生嚴重扭轉效應而破壞倒塌，同時撞壞相鄰建筑上部的陽臺。
4、平面布局的剛度不均
抗震設計要求建筑的平、立面布置宜規正、對稱，建筑的質量分布和剛度變化宜均勻，否則應考慮其不利影響。但有的平面設計存在嚴重的不對稱：一邊進深大，一邊進深小；一邊設計大開間，一邊為小房間；一邊墻落地承重，一邊又為柱承重。平面形狀采用L、π形不規則平面等，造成了縱向剛度不均，而底層作為汽車庫的住宅，一側為進出車需要，取消全部外縱墻，另一側不需進出車輛，因而墻直接落地，造成橫向剛度不均。這些都對抗震極為不利。
5、防震縫設置不規范
對于高層建筑存在下列三種情況時，宜設防震縫：（1）平面各項尺寸超過《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程》(JGJ3- 91)中表2.2.3 的限值而無加強措施；（2）房屋有較大錯層；（3）各部分結構的剛度或荷載相差懸殊而又未采取有效措施；但有的竟未采取任何抗震措施又未設防震縫。
6、結構抗震等級掌握不準
結構抗震等級有的提高了，而有的又降低了，主要是對場地土類型、結構類型、建筑高度、設防烈度等因素綜合評定不準造成。上述這些問題的存在，倘若不能得到改正，勢必對建筑物的安全帶來隱患。上述這些問題的原因是多方面的，這就需要設計人員從設計的角度避免這些問題的出現，防止將這種問題帶入施工中，應該高層建筑的抗震性能。
三、提高抗震性能措施
1、選擇合理結構類型
在高層建筑中，其豎向荷載主要使結構產生軸向力，而水平荷載主要使結構產生彎矩，隨著高度的增加，在豎向荷載不變的情況下，水平荷載作用力增加，此時豎向荷載所引起的建筑物側移很小，但是水平荷載參數的側移就非常大，與高度層四次方變化，因此在高層建筑中，主要對水平荷載進行控制，在設計過程中，應該在滿足建筑功能及抗震性的前提下，選擇切實可行的結構類型，使其具有良好的結構性能。目前大多數的高層建筑都采用了鋼混結構，這種結構具有較大的剛度，空間整體性好，材料資源豐富，可組成多種結構體系。但是其變形能力差，造價相對較高，當場地特征周期較長時，容易發生共振現象。
2、減小地震能量輸入
具有良好抗震性能的高層建筑結構要求結構的變形能力滿足在預期的地震作用下的變形要求,因此在設計過程中除了控制構件的承載力外還應控制結構在地震作用下的層間位移極限值或位移延性比, 然后根據構件變形與結構位移的關系來確定構件的變形值,同時根據截面達到的應變大小及分布來確定構件的構造要求,選擇堅硬的場地土來建造高層建筑等方法來減小地震能量的輸入。
3、減輕結構自重
對于同樣的地基條件下進行建筑結構設計若減輕結構自重則可相應增加層數或減少地基處理造價,尤其是在軟土基礎上進行結構設計這一作用更為明顯,同時由于地震效應與建筑質量成正比,而高層建筑由于其高度大重心高等特點,在地震作用時其傾覆力矩也隨之增加, 因此, 為了盡量減小其傾覆力矩應對高層建筑物的填充墻及隔墻盡量采用輕質材料以減輕結構自重。
4、盡可能設置多道抗震防線
當發生強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。
五、結語
總之，面對中國的高層建筑抗震結構存在的諸多問題，限于我國作為一個發展中國家的財力、物力，探討、研究有效的建筑抗震措施的任務仍然十分艱巨。與此同時，我國政府相關部門也應該加強規范力度，發揮好對高層建筑防震措施的檢查、檢驗效力。
參考文獻
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1 建筑抗震的理論分析
擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀10～40年展起來的一種理論，它在估計地震對結構的作用時，僅假定結構為剛性，地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。地震力的大小當于結構的重量乘以一個比例常數（地震系數）。
反應譜理論。反應譜理論是在加世紀40～60年展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結構動力反應特性的研究為基礎，是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。
動力理論。動力理論是20世紀70-80年廣為應用的地震動力理論。它的發展除了基于60年代以來電子計算機技術和試驗技術的發展外，人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性反應過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結構的地震反應記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應，從而完成抗震設計工作。
2 高層建筑抗震概念設計
目前我們對地震還知之甚少，建筑結構抗震設計理論目前還是以試驗與簡化后的理論結合來制定的，還有不少不足和待完善的地方，所以在結構抗震設計時常常通過軟件數值計算，但只能從局部來解決。而結構抗震概念設計的目標是建筑物的整體結構在地震時能夠發揮耗散地震能量的作用，通過結構合理布局，選擇延性好，耗能強的結構體系來達到抗震設防目標。就是我們常說的強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱構件，這就要求我們考慮以下幾個方面： 1） 要求采用受力明確，傳力簡單的結構體系； 2） 采取相應的抗震構造措施如加構造柱，圈梁，加強層，轉化層等來達到抗震要求； 3） 選取合適強度同時有良好延性的建筑材料以及正確施工技術實現對高層建筑結構體系抗震性能的合理控制。
3 場地與基礎
地震造成建筑的破壞首先考慮場地與基礎，因場地造成的工程的震害是很難恢復以及處理的，對于場地選擇盡可能避開斷裂帶和不利地段（ 如軟弱土，液化土，高聳孤立的山丘，半挖半填地基，斷層破碎帶等） ，如避免不了就要對場地地基進行加固處理（ 如換土墊層法，重錘夯實法，強夯法，振動水沖法，深層擠密法，沙井預壓法等） ，所以盡可能挑選對建筑抗震有利的地段（ 如開闊平坦地帶的堅硬場地或者密實均勻中硬場地） ，不僅有利于建筑抗震性能而且經濟合理。對高層建筑抗震地基優先選擇淺基礎，并且同一結構體系不宜設在不同性質的地基上，同一建筑不宜采取兩種以上的不同基礎，同時要考慮建筑結構上部體系與地基基礎相互作用關系。
4 選擇良好的抗震結構體系
1） 高層建筑結構抗震體系選擇不同于其他建筑布局，除了簡單合理的結構布置，考慮其規則與對稱，避免出現扭轉與失衡情況，因此豎向結構布置應有規則的均勻變化，從上而下結構剛度逐漸變小，如果由于建筑要求而發生平面，剛度以及承載力局部的突變變為不規則體系時，我們要根據地震規范與高規以下幾個方面來判斷其是否規則： a. 扭轉不規則； b. 抗扭剛度弱； c. 層剛度小； d. 平面不規則； e. 樓板不規則； f. 豎向剛度不規則，滿足其中一項為不規則，滿足其中三項為特別不規則，對于不規則結構要采取抗震措施來加強薄弱層的抗震性能，要進行超限高層建筑高層抗震設防的專項審查，此外對于多項指標超過抗震規范3. 4. 4 條為嚴重不規則建筑，應該與建筑設計人員溝通最好改變設計方案。2） 多道抗震設防。控制同一結構各構件或部件在地震中損壞或形成塑性鉸的順序而成的多道防御系統，使整個結構壞而不倒。為了避免因局部失效或者薄弱層而引起結構的破壞，要求結構體系由延性好的不同結構體系形成剛性的超靜定結構來共同工作以抵抗地震破壞。要求結構體系良好的整體性和變形能力，當第一道抗震防線遭受超過它設防要求而破壞，第二道防線作為下一道屏障對結構體系進行保護。如框架剪力墻體系既有框架又有抗震墻，抗震墻作為第一道防線，框架作為第二道防線。但如果抗震墻很少，結構就不是多道防線的結構體系。從以上可以看出房屋的倒塌由于抗側力構件不能承受荷載作用力，當采用多道抗震設防時，可以適當降低第一道防線的控制能力，提高第二道防線抗震能力。3） 抗震薄弱層。薄弱層也是建筑抗震設計需重點關注的地方，根據材料的規格尺寸，剛度，變形能力，使用功能和建筑的美學的要求，致使建筑結構體系會突破常規要求，出現豎向和平面變化比較大的結構體系而成為相對的抗震薄弱環節，在罕見地震荷載作用下率先出現屈服，而發生彈塑性非線性變形，造成建筑的破壞，這里要強調三點： a. 薄弱層只是在強震情況下考慮的結構彈塑性變形問題。b. 要對結構從整體上進行受力分析，而避免只是考慮部分薄弱層受力與變形。c. 由于結構是不是薄弱層只是一個相對概念，因此常常因為設計施工或者材料的變化導致薄弱層的改變，在此控制薄弱層位置發生轉移而又能達到它的變形能力，這是控制結構抗震性能最關鍵的。
5 非結構構件抗震設計
除承重結構以外的固定構件都是非承重結構，雖然非承重結構在建筑中只是附件非關鍵結構，但在屢次的震害過程中非結構造成的人員與財產損害已屢見不鮮了。非結構構件抗震要求以下幾點： 1） 先分清哪些是非結構構件，如屋頂的裝飾屬于結構構件與否并不好界定，這種情況一般按結構構件處理。2） 非結構體系對結構體系影響，對于設備作用在其結構主體上的非結構構件應計算設備的重力，與結構柔性連接的非結構可以不計其剛度，但當有專門構造措施可計入抗震承載力，同時要考慮非結構上作用的力對建筑結構的作用，并且相互的聯系要滿足錨固要求。3） 非構件自身的地震力作用在其重心上，對于支撐在樓層和防震縫的兩側的非結構構件，要計入地震時支撐點之間相對的位移產生的作用效應，非構件在位移方向的剛度要根據其端部實際聯系分別根據不同的連接方式采用不同的力學模型。
6 結語
高層建筑設計前的地質勘察是建筑是否成功的前提，接著根據地勘報告設計建筑方案是關鍵一步，建筑物設計是否有良好的抗震效果主要在建筑方案體現，接著是施工圖設計，它是把建筑思想變為現實最重要的一步，也是高層建筑結構設計抗震性優劣的十分重要的具體體現，設計的基本要求要保證在“小震不壞，中震可修，大震不倒”基本目標，設計高層建筑物時，要注意建筑物的結構布置問題，盡量保證質心與剛心重合、重心與質心重合、剛心與重心重合的三心合一。這樣能提高抗震效果，增強抵御地震的抗破壞性。總之提高高層建筑抗震性能要根據建筑的等級來考慮安全指數。從一開始地區規劃，地質勘查以及后來的建筑結構設計，建造過程以及施工工藝等的選擇這些都是控制高層建筑抗震效果的關鍵原因。
參考文獻：
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擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀10～40年展起來的一種理論，它在估計地震對結構的作用時，僅假定結構為剛性，地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。地震力的大小當于結構的重量乘以一個比例常數（地震系數）。
反應譜理論。反應譜理論是在加世紀40～60年展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結構動力反應特性的研究為基礎，是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。
動力理論。動力理論是20世紀70-80年廣為應用的地震動力理論。它的發展除了基于60年代以來電子計算機技術和試驗技術的發展外，人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性反應過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結構的地震反應記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應，從而完成抗震設計工作。
2 正確選擇合理的結構體系
我國《建筑抗震規范》（GB50011-2010）對建筑的抗震設防提出“三水準、兩階段”的要求，“三水準”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。
由于高層建筑中抗水平力成為設計的主要矛盾，因此采用何種抗側力結構是結構設計的關鍵性問題。根據抗側力結構的不同，鋼筋砼結構主要可分為框架結構、框架――剪力墻結構、剪力墻結構和筒體結構等幾種結構體系，這些體系的受力特點、抵抗水平力的能力，特別是抗震性能等有所不同，因此具有不同的適用范圍。
框架結構由梁、柱構件通過節點連接構成，框架梁和柱既承受垂直荷載，又承受水平荷載，并可為建筑提供靈活布置的室內空間。當建筑物層數較少時，水平荷載對結構的影響較小，采用框架結構體系比較合理，當層數較多時，由于框架結構在水平力的作用下，內力分布很不均勻，并存在著層間屈服強度特別弱的樓層，且由于框架結構的構件截面慣性矩相對較小，導致側向剛度較小，側向變形較大，在強烈地震作用下，結構的薄弱層率先屈服，發生彈塑性變形，并形成彈塑性變形集中的現象，震害一般是梁輕柱重，柱頂重于柱底，尤其是角柱和邊柱更容易發生破壞，除剪跨比較小的短柱易發生柱中剪切破壞外，一般柱是柱端的彎曲破壞。因此框架結構屬于以剪切變形為主的柔性結構，使用高度受到限制，主要用于非抗震設計和層數相對較少的建筑中。
剪力墻結構中，剪力墻沿橫向、縱向正交布置或多軸線斜交布置，由鋼筋砼墻體承受全部的水平荷載和豎向荷載，屬于以彎曲變形為主的剛性結構。該種結構的抗側力剛度比框架結構大的多，在水平力作用下側向變形小，空間整體性好。剪力墻結構的工作狀態可分為單肢墻、小開口墻、聯肢墻，單肢墻和小開口墻的截面內力完全或接近于按材料力學公式成直線分布規律，其平衡地震力矩只靠截面內力偶負擔。聯肢墻則通過連系梁使許多墻肢共同工作，地震力矩可由多個墻肢的截面內力矩與連梁對墻肢的約束力矩共同負擔，設計原則是梁先屈服，然后墻肢彎曲破壞喪失承載內力。當連梁鋼筋屈服并且有延性時，即可吸收大量地震能量，又能繼續傳遞，彎矩和剪力，對墻肢有一定的約束作用。由于剪力墻結構自重大，建筑平面布置局限性大，難以滿足建筑內部大空間的要求。因此其更多地用于墻體布置較多，房間面積要求不太大的建筑物中，既減少了非承重隔墻的數量，也可使室內無外露梁柱，達到整體美觀。
框架――剪力墻結構是指在框架結構中的適當部位增設一些剪力墻，是剛柔相結合的結構體系，能提供建筑大開間的使用空間，是由若干道單片剪力墻與框架組成。在這種結構體系中，框架和剪力墻共同承擔水平力，但由于兩者剛度相差很大，變形形狀也不相同，必須通過各層樓板使其變形一致，達到框架和剪力墻的協同工作。從受力特點看，剪力墻是以彎曲變形為主，框架是以剪切變形為主，由于變位協調，在頂部框架協助剪力墻抗震，在底部剪力墻協助框架抗震，其抗震性能由于較好的的發揮了各自的優點而大為提高。因此可以適用于各種不同高度建筑物的要求而被廣泛采用。
3 正確認識高層建筑的受力特點，選擇合理的結構類型
高層建筑從本質上講是一個豎向懸臂結構，垂直荷載主要使結構產生軸向力與建筑物高度大體為線性關系；水平荷載使結構產生彎矩。從受力特性看，垂直荷載方向不變，隨建筑物的增高僅引起量的增加；而水平荷載可來自任何方向，當為均布荷載時，彎矩與建筑物高度呈二次方變化。從側移特性看，豎向荷載引起的側移很小，而水平荷載當為均布荷載時，側移與高度成四次方變化。由此可以看出，在高層結構中，水平荷載的影響要遠遠大于垂直荷載的影響，水平荷載是結構設計的控制因素，結構抵抗水平荷載產生的彎矩、剪力以及拉應力和壓應力應有較大的強度外，同時要求結構要有足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側向變形限制在結構允許范圍內。
高層建筑有上述的受力特點，因此設計中在滿足建筑功能要求和抗震性能的前提下，選擇切實可行的結構類型。高層建筑上常用的結構類型主要有鋼結構和鋼筋砼結構。鋼結構具有整體自重輕，強度高、抗震性能好、施工工期短等優點，并且鋼結構構件截面相對較小，具有很好的延性，適合采用柔性方案的結構。其缺點是造價相對較高，當場地土特征周期較長時，易發生共振。與鋼結構相比，現澆鋼筋砼結構具有結構剛度大，空間整體性好，造價低及材料來源豐富等優點，可以組成多種結構體系，以適應各類建筑的要求，在高層建筑中得到廣泛應用，比較適用于提供承載力，控制塑性變形的剛性方案結構。其突出缺點是結構自重大，抵抗塑性變形能力差，施工工期長，當場地土特征周期較短時，易發生共振。因此，高層建筑采用何種結構形式，應取決于所有結構體系和材料特性，同時取決于場地土的類型，避免場地土和建筑物發生共振，而使震害更加嚴重。
4 提高結構的抗震性能
由于高層建筑的受力特點不同于低層建筑，因此在地震區進行高層建筑結構設計時，除應保證結構具有足夠的強度和剛度外，還應具有良好的抗震性能。通過合理的抗震設計，使建筑物達到小震不壞，中震可修，大震不倒。為了達到這一要求，結構必須具有一定的塑性變形能力來吸收地震所產生的能量，減弱地震破壞的影響。
框架結構設計應使節點基本不破壞，梁比柱的屈服易早發生，同一層中各柱兩端的屈服歷程越長越好，底層柱底的塑性鉸宜晚形成，應使梁！柱端的塑性鉸出現得盡可能分散，充分發揮整體結構的抗震能力。為了保證鋼筋砼結構在地震作用下具有足夠的延性和承載力，應按照“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱構件”的原則進行設計，合理地選擇柱截面尺寸，控制柱的軸壓比，注意構造配筋要求，特別是要加強節點的構造措施。
對于框架――剪力墻結構和剪力墻結構中各段剪力墻高寬比不宜小于2，使其在地震作用下呈彎剪破壞，且塑性屈服盡量產生在墻的底部。連梁宜在梁端塑性屈服，且有足夠的變形能力，在墻段充分發揮抗震作用前不失效，按照“強墻弱梁”的原則加強墻肢的承載力，避免墻肢的剪切破壞，提高其抗震能力。
5 結束語
通過了建筑抗震的理論分析、高層建筑的受力特性、結構類型、結構體系、結構布置、抗震性能等多方面的概念設計，從而更加有效地構造出新的措施與計劃，完善高層建筑抗震結構設計。
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1、高層建筑抗震結構設計的基本原則
1.1 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能①結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。②對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。③承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。
1.2 盡可能設置多道抗震防線①一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協同工作。②強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。③適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。④在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。
1.3 對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力①構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。②要使樓層的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層的比值有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。③要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。④在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。
2、高層建筑抗震設計常見的問題
2.1 缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。有的在擴初設計階段還缺建筑場地巖土工程的勘察資料，有的在擴初設計會審之后就直接進入了施工圖設計，有的在規劃設計或方案設計會審后就直接進入了施工圖設計。無巖土工程勘察資料，設計缺少了必要的依據。
2.2 結構的平面布置。外形不規則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質心偏心大，同一結構單元內，結構平面形狀和剛度不均勻不對稱，平面長度過長等。
2.3抗震設防標準掌握不當。有一些項目擅自提高了設防標準，按照《建筑抗震設防分類標準(GB50223-2008)》劃分應屬六度設防的，但設計中提高了一度按七度設防，提高了建筑抗震設防標準，將會增加工程投資；有的項目嚴格應按七度采取抗震措施的，但設計中又按六度設防，減低了抗震設防標準，不利抗震。
2.4結構的豎向布置。在高層建筑中，豎向體型有過大的外挑和內收，立面收進部分的尺寸比值B1/B不滿足≥0.75的要求。
2.5抗震構造柱布置不當。如外墻轉角處，大廳四角未設構造柱或構造柱不成對設置；以構造柱代替磚墻承重；山墻與縱墻交接處不設抗震構造柱；過多設置抗震構造柱等。
2.6框架結構砌體填充墻抗震構造措施不到位。砌體護墻砌筑在框架柱外又沒有設置抗震構造柱，框架間砌體填充墻高度長度超過規范規定要求又沒有采取相應構造措施。
2.7結構其他問題。有的底層無橫向落地抗震墻，全部為框支或落地墻間距超長；有的僅北側縱墻落地，南側全為柱子，造成南北剛度不均；有的底層作汽車庫，設計時橫墻都落地，但縱墻不落地，變成了縱向框支；還有的底框和內框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設計，其中幾乎很少有縱墻。
3、高層建筑結構抗震設計方法探討
3.1結構抗震設計的基本步驟
對建筑抗震的三個水準設防要求,是通過“兩階段”設計來實現的,其方法步驟如下:第一階段設計:第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數,先計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應,與風、重力荷載效應組合,并引入承載力抗震調整系數,進行構件截面設計,從而滿足第一水準的強度要求;第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角,使其不超過抗震規范所規定的限值;同時采用相應的抗震構造措施,保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段設計:采用與第三水準相對應的地震動參數,計算出結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節)的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規范的限值,并采用必要的抗震構造措施,從而滿足第三水準的防倒塌要求。
3.2結構抗震設計方法
3.2.1基礎的抗震設計
基礎是實現高層建筑安全性的重要條件。我國高層建筑通常采用鋼筋混凝土連續地基梁形式,在基礎梁的設計中,為充分發揮鋼筋的抗拉性和混凝土的抗壓性的復合效應,把設計重點放在梁的高度和鋼筋的用量上,在鋼筋的布置上采用主筋、腹筋、肋筋、基礎筋、基礎輔筋5種鋼筋的結合。為防止基礎鋼筋的生銹,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面是增加鋼筋表面的保護層厚度,以抑止鋼筋的腐蝕。高層建筑基礎處理的另一個特色是鋼制基礎結合墊塊的應用,它是高層建筑上部結構柱與基礎相連的重要結構部件。它的功能之一是使具有吸濕性的混凝土基礎和鋼制結構柱及上部建筑相分離,有效防止結構體的銹蝕,確保部件的耐久性。
3.2.2鋼結構骨架的抗震設計
采用鋼框架結合點柱壁局部加厚技術來提高結構抗震性能。一般鋼框架結構,梁和柱結合點通常是柱上加焊鋼制隅撐與梁端用螺栓緊固連接。在這種方式下,鋼柱必須在結合部被切斷,加焊隅撐后再結合,這樣做技術上的不穩定性和材料品質不齊全的可能性很大,而且遇到大地震,鋼柱結合部折斷的危險性很大。鑒于此,可以首先該結構的梁柱采用高密度鋼材,以發揮其高強抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免斷柱形式,對二、三層的獨立住宅而言,結構柱可以一貫到底,從而解決易折問題。與梁結合部柱壁達到兩倍厚,所采用的是高頻加熱引導增厚技術。在制造過程中品質易下降的鋼管經過加熱處理反而使材料本來所具有的拉伸強度得以恢復。對于地震時易產生的應力集中,柱的增厚部位能發揮很大的阻抗能力,從而提高和強化了結構的抗震性。
3.2.3墻體的抗震設計
“三合一”外墻結構體系,首先是由日本專家設計應用的,采用外墻結構柱與兩側外墻板鋼框架組合形成的“三合一”整體承重的結構體系。該體系不僅僅用柱和梁來支撐高層建筑,而是利用墻體鋼框架與結構柱結合,有效地承受來自垂直方向與水平方向的荷載。由于外墻板鋼框架的補強作用,該做法可以較好地發揮結構柱設計值以外的補強承載力。加強了對豎向地震力及雪荷載的抵抗能力,最大限度地發揮其抗震優勢;另一方面,由于外墻板鋼框架與內部斜拉桿所構成“面”承載與結構柱的結合并用,也提高了整體抗側推力和抗變形能力。它的抗水平風載和地震力的能力比單純墻體承重體系提高30%左右。
4、增大結構抗震能力的加固與改造技術
建國幾十年來，我國的抗震加固與改造技術得到了飛速發展。1976年唐山地震后，砌體結構抗震加固的問題日益突出，砌體結構抗震性能不好：砌體墻體抗震能力、變形性能的不足、房屋整體性不好。因此，增大墻體抗震性能的外包鋼筋混凝土面層、鋼筋網水泥砂漿面層加固技術及增大結構整體性的壓力灌漿加固技術、增設圈梁(構造柱)加固技術、拉結鋼筋加固技術；通過增設抗震墻來降低抗震能力薄弱構件所承受地震作用的增設墻體技術等應運而生。目前該技術廣泛用于砌筑墻體的加固。5、結語
高層建筑已經逐漸成為當前時代建筑發展的主流建筑形態之一,對于高層建筑,其抗震效能的分析一直是國內外建筑抗震設計分析的研究熱點,而最直接最有效的抗震措施就是在建筑設計階段進行結構抗震設計,只有從高層建筑物內部實施結構抗震,才能夠從根本上提高高層建筑的抗震效能。
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Key words: high-rise building; seismic; structure design
中圖分類號: TU973文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
平面規則性對建筑結構的抗震性能具有重要的影響，國內外大量的震害表明: 結構平面不對稱、不規則、不連續易使結構發生扭轉破壞，嚴重者可導致整個結構破壞倒塌。因此平面布置力求簡單、規則、對稱，避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位; 避免在凹角和端部設置樓電梯間; 避免樓電梯間偏置，以免產生扭轉的影響。建筑的結構平面布置應做到結構的兩個主軸方向的動力特性相近，滿足平面規則、樓板連續的規則性要求，應弱化平動剛度、強化抗扭剛度，控制地震作用下結構扭轉激勵振動效應不成為主振動效應，避免結構扭轉破壞。薄弱部位要加強抗震計算措施和抗震構造措施，增強薄弱部位混凝土的約束，推遲塑性鉸出現，提高延性，從而實現預定的抗震設防目標。建筑抗震設計規范中將高層鋼筋混凝土結構平面不規則分為扭轉不規則、凹凸不規則及樓板局部不連續三種類型，并分別給出了明確的定義，規定了一些定量的界限，即樓層的最大彈性水平位移(或層間位移)，大于該樓層兩端彈性水平位移(或層間位移) 平均值的 1.2 倍為扭轉不規則，結構平面凹進的一側尺寸，大于相應投影方向總尺寸的 30% 為凹凸不規則，樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的 50%，或開洞面積大于該層樓層面積的 30%，或較大的樓層錯層為樓板局部不連續。但在工程實際中，由于建筑類型繁多，并追求建筑功能的多樣性，還存在很多引起建筑結構不規則的因素，例如建筑型體復雜多變，具有轉換層、加強層、錯層和多塔、連體的高層混凝土結構，很難全部用這些簡化的定量指標來劃分其不規則程度并規定限制范圍。
《抗震設計規范管理組的統一培訓教材》中對混凝土結構規則與不規則性進行了具體的總結和歸納，細化了平面不規則建筑方案的基本類型并分別賦予其簡要涵義，明確其主要定量界限，即扭轉不規則(按非柔性樓蓋考慮偶然偏心的扭轉位移比大于1.2)，偏心布置(偏心距大于0.15 或相鄰層質心相差較大)，凸凹不規則(平面凸凹尺寸大于相應邊長 30% 等，含穿層柱)，組合平面(細腰形或角部重疊形)，樓板不連續(有效寬度小于50%，開洞面積大于 30%(不計電梯井道，但深凹口加設連梁仍按凸凹不規則判別)，錯層大于梁高) 。
同時，還應注意: 當建筑平面有深凹口，即使在凹口處設置連梁，但該部位的樓板不足以視為剛性樓板，只能作為彈性板計算時，則仍處于凸凹不規則，不能因設置連梁而作為樓板開洞處理。設防烈度不同，上述不規則建筑方案的界限相同，但設計要求有所不同。烈度越高，不僅僅是需要采取的措施增加，體現各種概念設計的調整系數也要加大。
大量震害表明，存在凹凸不規則、樓板不連續的結構在地震作用下，由于受力復雜、傳力不明確，易造成結構局部薄弱部位率先發生破壞，嚴重者甚至導致整個結構倒塌。國內外許多大型振動臺試驗的觀測結果顯示，平面不規則結構易產生扭轉振動并發生扭轉脆性破壞。
1 高層建筑抗震結構設計
建筑的抗震設計依賴于設計人員的抗震設計理念，抗震設計由抗震計算和抗震措施兩個不可分割的部分組成，且良好的概念設計是建筑結構抗震性能的決定因素。而抗震性能化設計，是建立在概念設計基礎上的抗震設計新發展。
地震作用時，當結構受到扭矩作用，離剛心越遠的豎向構件所承受的水平剪力越大，為了防止結構主要豎向構件發生脆性剪切破壞，充分發揮結構體系的延性及耗能性能，結構抗震設計時應采取有效措施嚴格控制結構的扭轉效應并充分估計結構可能產生的扭轉效應，以提高結構的抗扭能力。分析表明，結構抗扭剛度主要取決于豎向結構布置，應弱化平動剛度、強化抗扭剛度，結構設計應加強薄弱部位的抗震措施，增加結構的整體性和延性，改善結構變形能力，從而實現預定的抗震設防目標。
調整結構平面布置的不規則性，減小結構相對偏心距，根據具體情況適當增加或者減少離質心較遠處的剪力墻，在建筑允許的情況下，盡量加長或加厚周邊剪力墻尤其是離剛心最遠處的剪力墻，在結構周邊加設拉梁，加強周邊連梁剛度，可以增強結構抗扭剛度。減少核心筒的剪力墻厚度或采用弱連梁連接剪力墻，從而減少核心筒剛度，削弱結構側移剛度，結構剛心附近的剪力墻對結構抗扭剛度貢獻不大，但對側移剛度貢獻較大，因此削弱剛心附近的剪力墻，可以加大第一平動周期。在既不能加強周邊剪力墻也不能削弱中部剪力墻的情況下，可以適當加強周邊框架梁的剛度，從而對結構整體形成套箍效應，增強結構抗扭剛度，減小結構扭轉周期，顯然這種方法是不經濟的，只有在以上辦法都行不通的情況下迫不得已才采用。同時還應調整結構抗扭剛度與抗側剛度之比，控制結構周期比。適當提高周邊抗扭構件的抗剪能力，增強結構抗扭能力安全度。
目前關于結構整體扭轉破壞的機理研究還不是很深入，地震波的扭轉分量作用目前也不能定量分析，關于結構周期比及位移比的限值也是基于結構彈性分析得出的結論，對于結構進入彈塑性狀態下整體結構的扭轉性態的研究還相當不成熟。在這種情況下，僅僅依靠調整結構布置使其滿足規范對周期比和位移比的要求并不能完全保證結構在中震和大震作用下的安全。實際上當結構進入非彈性階段，在雙向水平地震作用下本來是對稱的結構，也會出現隨變形狀態而變化的偏心，如一角柱的變形進入塑性狀態后，剛度完全不同于彈性階段，而其他角柱可能仍處于彈性狀態，這時，水平力會產生很大扭轉效應，從而可能導致結構破壞。
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1.工程概況
1.1XXX綜合貿易大廈位于XXX高新技術開發區，是一個集商貿、住宅功能為一體的綜合性高層建筑，總建筑面積達11.2萬m2。設計主體地上25層，地下3層達75米，是XXX市的標志綜合貿易建筑。，總建筑高度
該建筑主體為框剪結構，裙房為框架結構，各地獨立、澆筑聯系在一起。工程與2008年破土動工，2010年竣工并投入使用，建成投入使用以后隨歷經幾次小地震，但是未對該建筑造成影響。
1.2技術理念和方法
《建筑抗震規范》(GB50011-2001)對建筑的抗震設防提出“三水準、兩階段”，其中所謂的“三水準”也就是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，“三個水準烈度的地震作用水平,按三個不同超越概率(或重現期)來區分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重現期50年;設防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重現期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重現期1641-2475年,平均約為2000年。”[1 佚名. 高層建筑抗震結構設計 ]1所謂的兩個階段主要是抗震結構設計的一般步驟：第一步，根據當地的地震動參數，計算出地震作用下的風和重力載荷，并利用承載力抗震系數計算出高層建筑的強度要求；第二，以第三水準地震動參數為標準，計算出抗震結構彈塑性層間位移角小于規定的限值，到達高層建筑物的抗震要求。《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)也規定了對高層建筑抗震結構設計的技術要求，也就是要使用時程分析法的方式進行多震補充計算，取計算結果的平均值與振型分解反應普法的計算結果共同作為結構設計的參考值，在確定參考值的基礎上進行相應的技術改進與實施。
2.XXX綜合貿易大廈抗震結構設計
結合本地區的地震動參數和抗震建設標準，XXX綜合貿易大廈在抗震結構設計中主要從以下幾個方面改善高層建筑抗震結構性能。
2.1優化抗震結構設計
為了提高本項目整體的抗震性能，在考慮到當地地質條件以及地震頻率強度情況下，技術人員對抗震結構當中的部分關鍵節點進行了優化，以提高他們的抗震性能，具體措施如下：
2.1.1復合箍、復合螺旋箍或連續復合矩形螺旋箍技術加大抗剪力
已有的施工經驗表明，在加強箍筋對柱子的約束的情況下，可以有效的提高混凝土的抗壓強度和抗剪力性質，有效防止構件在大剪力、大壓力的情況下發生剪力破壞，有效的提高建筑物的抗震性能。而國內外的一些實驗結果也充分說明了一點，在加強箍筋對主子的約束的情況下，可以提高建筑高柱極限變形角約20%，可以說非常明顯。基于此，本項目技術人員在施工過程中選用井字復合箍、復合螺旋箍或連續復合矩形螺旋箍等技術，改善強箍筋對柱子的約束，使用該技術以后，軸壓比限制增加了0.1左右，效果十分明顯。具體箍筋要求如下：
箍筋形式 箍筋肢距/mm 箍筋螺旋間距/mm 箍筋直徑/mm
井字復合箍 ≤200 ≤100 ≥12
復合螺旋箍 ≤200 ≤100 ≥12
連續復合矩形螺旋箍 ≤200 ≤80 ≥10
2.1.2柱截面矩形核心柱設計
在以前的抗震結構設計項目當中，很多技術人員發現在壓、彎、剪的作用下，一旦發生柱彎、裂縫的時候，心柱可以有效的減少小柱的壓縮，保持整個柱的外形與截面的承載力不變，也就是說心柱實際上可以提高短柱的抗變形能力，延緩柱坍塌，達到抗震的目的。為此，技術人員專門在本項目當中增加了矩形核心柱的設計結構，設計心柱以后可以增加縱向鋼筋總面積0.8%A，此時軸比限值在原有的基礎上增加了0.05，柱的抗變形能力明顯得到改善。
2.1.3在部分區域增加了鋼管混凝土柱設計
鋼管混凝土目前還比較少加，它是套箍混凝土中比較特殊的一種，鋼管混凝土對柱的約束比較少，在與柱相互作用中呈現三向受壓的狀態，此時可以有效的提高柱的抗壓強度和極限壓應變。在本項目當中，針對建設工程一些邊角受力強的地方，技術人員采用了鋼管混凝土柱的設計方法，使得柱在高軸壓比條件下，仍可形成在受壓區發展塑性變形的“壓鉸”，避免了受壓先破壞問題的出現，混凝土的延性得到了明顯的改善。更重要的是，采用鋼管混凝土柱的結構設計方式，柱截面要比普通混凝土截面面積要減少一半以上，可以在某些地方替代短柱，并具備良好的抗震性能。
2.2改善短柱抗震性能
考慮到短柱在高層建筑抗震結構設計中的重要作用以及改善短柱抗震性能對提高高層建筑抗震性能的重要作用，XXX綜合貿易大廈在施工中主要采取以下幾個方法改善短柱抗震性能，具體如下：
2.2.1使用高強混凝土
在短柱抗震性能影響因素當中混凝土的質量對其有著直接的影響，為了減小柱截面和提高剪跨比，技術人員在混凝土選擇上采用提高混凝土的強度等級的方法。通過增加混凝土強度來增加短柱的受壓承載力，有效降低短柱的軸壓比。需要注意的是高強度混凝土本身的延性較差，在施工過程中應該與其他措施配合使用才能達到相應的施工效果。
2.2.2采用框架-抗震墻結構
考慮到剪力墻與框架抗震設計需要，在施工過程中技術人員確定了采用框架$抗震墻（筒體）結構，通過改變框架的剪力分布改善框架的抗震結構性能，如：圖一。其中框架剪力的最大值控制在0.3-0.6之內。這種設計將框架抗震作用提后，地震作用力主要由剪力墻承受，降低了框架承受的作用力，使整個框架結構的抗震結構性能有了很大的提升。
圖一：框架結構高度剪力分布示意圖
2.2.3采用鋼骨混凝土柱
“鋼骨混凝土柱可充分發揮鋼與混凝土兩種材料的優點，與鋼筋混凝土結構相比，由于配置了鋼骨，使柱的承載力大大提高，從而有效地減小了柱截面尺寸；鋼骨翼緣與箍筋對混凝土有很好的約束作用，使混凝土的延性提高，加上鋼骨本身良好的塑性，使具有良好的延性及耗能能力。”[1 韋愛鳳、梁靖波. 高層建筑結構設計中改善短柱抗震性能的方法. 建筑技術.2005年第2期。]1鋼骨混凝土柱的抗震性能已經在國內外很多高層建筑中得到了應用，并且取得了很好的效果，這表明鋼骨混凝土柱可以有效的改善高層建筑結構的抗震性能，因此在本工程當中技術人員也采用了這一施工技術方式。
2.2.4采用分體住技術
“對分體柱工作性態的理論分析和試驗研究表明，采用分體柱的方法雖然使柱子的抗剪承載力基本不變，抗彎承載力稍有降低。但是使柱子的變形能力和延性均得到顯著提高。其破壞形態由剪切型轉化為彎曲型。從而實現了短柱變‘長柱’的設想!有效地改善了短柱尤其是剪跨比M小于等于1.5的超短柱的抗震性能。”[2 彭水清. 淺議改善高層建筑短柱抗震性能的措施. 廣東科技. 2006年10期。]2在本工程的具體施工當中，技術人員在柱中豎向設立2-3個分體住，采用分開配筋、集中連接的方式，增加了分體柱初始剛度和后期的耗能能力，達到了人為削弱短柱抗彎強度的目的。
結論
通過上述抗震技術實施，該工程自竣工投入使用以后，隨經歷幾次小震，檢查建筑結構發現，并沒有對該建筑造成實質性的影響，說明上述措施在高層建筑抗震結構設計中有著較為明顯的提高。需要指出的是我國高層建筑抗震結構設計技術仍然處于不斷完善的階段，還沒有形成一整套切實可行、抗震性能突出的技術體系，今后技術人員應該在掌握建筑材料性能、動力響應、計算理論、穩定標準等方面不斷探索創新高層建筑抗震結構施工新技術，提高我國高層建筑抗震結構技術水平。
參考文獻：
[1]佚名. 高層建筑抗震結構設計
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一、當前高層建筑概念分析
高層建筑主要是指建筑本身的高度或層數超過一定的范圍，這類建筑均被稱之為高層建筑。我國在2005 年時對高層建筑做出規定，即10 層以上的住宅建筑或是高度超過24m 的其它類型民用建筑均為高層建筑。
二、高層建筑抗震設計的特點分析
1、剛柔相濟。在建筑抗震設計過程中若一味的提高結構抗力，增加結構剛度，會導致結構剛度大則在地震發生過程中地震作用也會相應增大，即在增加結構剛度的同時也增強了地震作用，當地震發生時則往往造成建筑物局部受損導致建筑物各個擊破；而若建筑物剛度太柔，雖然可以依靠其柔性消減外力，但容易導致建筑物過大形變而不能使用，甚至在地震發生時導致整體傾覆。因此在高層建筑物設計過程中應堅持剛柔相濟原則，即建筑物在地震過程中既能滿足變形要求，又能減小地震力的雙重目標。
2、多道設防。由于每次強震之后都會伴隨多次余震，因此在建筑物的抗震設計過程中若只有一道設防，則其在首次被破壞后而余震來臨時其結構將因損傷積累而倒塌，因此，建筑物的抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，在地震發生時由具有較好延性的結構構件協同工作來抵擋地震作用。
三、高層建筑抗震設計要點
1、結構規則性。建筑物尤其是高層建筑物設計應符合抗震概念設計要求對建筑進行合理的布置。大量地震災害表明平立面簡單且對稱的結構類型建筑物在地震時具有較好的抗震性能，因為該種結構建筑容易估計出其地震反映易于采取相應的抗震構造措施并且進行細部處理。建筑結構的規則性是指建筑物在平立面外形尺寸抗側力構件布置、承載力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面對稱均勻體型簡單結構剛度質量沿建筑物豎向變化均勻，同時應保證建筑物有足夠的扭轉剛度以減小結構的扭轉影響，并應盡量滿足建筑物在豎向上重力荷載受力均勻以盡量減小結構內應力和豎向構件間差異變形對建筑結構產生的不利影響。
2、層間位移限制。高層建筑都具有較大的高寬比，其在風力和地震作用下往往能夠產生較大的層間位移，甚至會超過結構的位移限值。而國內普遍認為該位移限值大小與結構材料、結構體系甚至裝修標準以及側向荷載等諸多因素有關，其中鋼筋混凝土結構的位移限值(一般在1/400-1/700 范圍內)則比鋼結構(1/200-1/500 范圍內)要求嚴格，風荷載作用下的限值比地震作用下的要求嚴格，因此在進行高層建筑結構設計時應根據建筑物的實際情況以及所處的地理位置進行設計，既要滿足其具有足夠的剛度又要避免結構在水平荷載的作用下產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性以及正常使用功能等。
3、控制地震扭轉效應。大量事實表明，當建筑結構的平面布置等不規則、不對稱導致建筑層間水平荷載合力中心與建筑結構剛度中心不重合，在地震發生時建筑結構除發生水平位移外還易發生扭轉性破壞甚至會導致結構整體倒塌，因此在結構設計中應充分重視扭轉的影響。由于建筑物在扭轉作用下各片抗側力結構的層間變形不同，其中距剛心較遠的結構邊緣的抗側力單元的層間側移最大；同時在上下剛度不均勻變化的結構中，各層的剛度中心未能在同一軸線上，甚至會產生較大差距，以上情況都會使各層結構的偏心距和扭矩發生改變，因此，在設計過程中應對各層的扭轉修正系數分別計算。
四、提高短柱抗震性能的應對措施
有抗震設防要求的高層建筑除應滿足強度、剛度要求外，還要滿足延性的要求。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區設防烈度或高于本地區設防烈度的地震影響時，很容易發生剪切破壞而造成結構破壞甚至倒塌。混凝土短柱的延性主要受軸壓比的影響，同時配箍率、箍筋的形式對混凝土短柱的影響也很大。高層混凝土結構短柱，特別是結構低層的混凝土短柱，其軸壓比很大，破壞時呈脆性破壞，其塑性變形能力很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性，可以從以下幾方面著手。
1、提高短柱的受壓承載力。提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個結構的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強度等級，即采用高強混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓比；但由于高強混凝土材料本身的延性較差，采用時須慎重或與其他措施配合使用。可以采用鋼骨和鋼管混凝土柱以提高短柱的受壓承載力。
2、采用鋼管混凝土柱。鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內而形成的組合結構材料。由于鋼管內的混凝土受到鋼管的側向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態，從而使混凝土的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，混凝土特別是高強混凝土的延性得到顯著改善。同時，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值至少都在90 以下，相當于配筋率2 至少都在4.6%。當選用了高強混凝土和合適的套箍指標后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。
3、采用分體柱。由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，其抗彎強度不能完全發揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應于或略低于抗剪強度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達到抗彎強度，從而呈現出延性的破壞狀態。分體柱方法已在實際工程中得到應用。人為削弱抗彎強度的方法，可以在柱中沿豎向設縫將短柱分為2 或4 個柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開配筋。在組成分體柱的柱肢之間可以設置一些連接鍵，以增強它的初期剛度和后期耗能能力。
五、小結
建筑設計人員在高層建筑抗震設計中，應從結構總體方案設計一開始，就運用人們對建筑結構抗震己有的正確知識去處理好結構設計中遇到的諸如房屋體型、結構體系、剛度分布，構件延性等問題，從宏觀原則上進行評價、鑒別、選擇等處理，再輔以必要的計算和構造措施，從而消除建筑物抗震的薄弱環節，以達到合理抗震設計的目的。
參考文獻：
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Keywords: high building; Seismic; Structure design
中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：
地震是人類在繁衍生息、社會發展過程中遇到的一種可怕的自然災害。強烈地震常常以其猝不及防的突發性和巨大的破壞力給社會經濟發展、人類生存安全和社會穩定、社會功能帶來嚴重的危害。研究表明，在地震中造成人員傷亡和經濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發的次生災害（約占95%）。無數次的震害告訴我們，抗震設計是防御和減輕地震災害最有效、最根本的措施。高層建筑結構的抗震仍然是建筑物安全考慮的重要問題。
1 結構規則性
建筑物尤其是高層建筑物設計應符合抗震概念設計要求，對建筑進行合理的布置，大量地震災害表明，平立面簡單且對稱的結構類型建筑物在地震時具有較好的抗震性能，因為該種結構建筑容易估計出其地震反映，易于采取相應的抗震構造措施并且進行細部處理。建筑結構的規則性是指建筑物在平立面外形尺寸、抗側力構件布置、承載力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面對稱均勻，體型簡單，結構剛度，質量沿建筑物豎向變化均勻，同時應保證建筑物有足夠的扭轉剛度以減小結構的扭轉影響，并應盡量滿足建筑物在豎向上重力荷載受力均勻，以盡量減小結構內應力和豎向構件間差異變形對建筑結構產生的不利影響。
2 層間位移限制
高層建筑都具有較大的高寬比，其在風力和地震作用下往往能夠產生較大的層間位移，甚至會超過結構的位移限值。而國內普遍認為該位移限值大小與結構材料、結構體系甚至裝修標準以及側向荷載等諸多因素有關，其中鋼筋混凝土結構的位移限值(一般在1/400-1/700范圍內)則比鋼結構(1/200-1/500范圍內)要求嚴格，風荷載作用下的限值比地震作用下的要求嚴格。因此在進行高層建筑結構設計時應根據建筑物的實際情況以及所處的地理位置進行設計，既要滿足其具有足夠的剛度又要避免結構在水平荷載的作用下產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性以及正常使用功能等。
3 控制地震扭轉效應
大量事實表明，當建筑結構的平面布置等不規則、不對稱導致建筑層間水平荷載合力中心與建筑結構剛度中心不重合，在地震發生時建筑結構除發生水平位移外還易發生扭轉性破壞甚至會導致結構整體倒塌，因此在結構設計中應充分重視扭轉的影響。由于建筑物在扭轉作用下各片抗側力結構的層間變形不同，其中距剛心較遠的結構邊緣的抗側力單元的層間側移最大;同時在上下剛度不均勻變化的結構中，各層的剛度中心未能在同一軸線上，甚至會產生較大差距，以上情況都會使各層結構的偏心距和扭矩發生改變，因此，在設計過程中應對各層的扭轉修正系數分別計算。計算時應主要控制周期比、位移比兩個重要指標，即當兩個控制參數的計算結果不能滿足要求時則必須對其進行調整。當周期比不滿足要求時可采用加大抗側力構件截面或增加抗側力構件數量的方法，并應將抗側力構件盡可能的均勻布置在建筑四周，以減小剛度中心與質量中心的相對偏心，若調整構件剛度不能滿足效果時則應調整抗側力構件布置，以增大結構抗扭剛度。
4 減小地震能量輸入
具有良好抗震性能的高層建筑結構要求結構的變形能力滿足在預期的地震作用下的變形要求，因此在設計過程中除了控制構件的承載力外還應控制結構在地震作用下的層間位移極限值或位移延性比，然后根據構件變形與結構位移的關系來確定構件的變形值，同時根據截面達到的應變大小及分布來確定構件的構造要求，選擇堅硬的場地土來建造高層建筑等方法來減小地震能量的輸入。
5 減輕結構自重
對于同樣的地基條件下進行建筑結構設計若減輕結構自重則可相應增加層數或減少地基處理造價，尤其是在軟土基礎上進行結構設計這一作用更為明顯，同時由于地震效應與建筑質量成正比，而高層建筑由于其高度大重心高等特點，在地震作用時其傾覆力矩也隨之增加，因此，為了盡量減小其傾覆力矩應對高層建筑物的填充墻及隔墻盡量采用輕質材料以減輕結構自重。
6 提高結構的抗震性能
由于高層建筑的受力特點不同于低層建筑，因此在地震區進行高層建筑結構設計時，除應保證結構具有足夠的強度和剛度外，還應具有良好的抗震性能。通過合理的抗震設計，使建筑物達到小震不壞，中震可修，大震不倒。為了達到這一要求，結構必須具有一定的塑性變形能力來吸收地震所產生的能量，減弱地震破壞的影響。
框架結構設計應使節點基本不破壞，梁比柱的屈服易早發生，同一層中各柱兩端的屈服歷程越長越好，底層柱底的塑性鉸宜晚形成，應使梁、柱端的塑性鉸出現得盡可能分散，充分發揮整體結構的抗震能力。為了保證鋼筋砼結構在地震作用下具有足夠的延性和承載力，應按照“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱構件”的原則進行設計，合理地選擇柱截面尺寸，控制柱的軸壓比，注意構造配筋要求，特別是要加強節點的構造措施。
7 選擇合理結構類型
高層建筑的豎向荷載主要使結構產生軸向力，水平荷載主要產生彎矩。其豎向荷載方向不變，但隨著建筑高度增加而增加，水平荷載則來自任何方向，因此豎向荷載引起建筑物的側移量非常小，而水平荷載產生的側移則與高度成四次方變化，即在高層結構中水平荷載的影響遠遠大于豎向荷載的影響，因此水平荷載應為設計的主要控制因素，在設計過程中應需在滿足建筑功能及抗震性能的前提下選擇切實可行的結構類型，使其具有良好的結構性能。目前大多高層結構都采用鋼混結構和鋼結構，鋼混結構具有剛度大、空間整體性好、材料資源豐富、可組成多種結構體系等優點而被廣泛應用，但其同時具備自重大、抵抗塑性變形能力差、易發生共振等缺點；鋼結構則具有自重輕、強度高、抗震性能好、施工工期短、具有較好延性等優點，但其造價相對較高，當場地土特征周期較長時易發生共振等缺點。
8 盡可能設置多道抗震防線
當發生強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。
9 結束語
高層建筑結構的抗震設計方法和技術是不斷變化和進步的，我們需要在具體的實踐中對高層建筑所處的地質和環境進行詳細的分析和研究，選用適合的抗震結構，注重建筑結構材料的選擇，減小地震的作用力，增強地震的抵抗力，從而達到高層建筑抗震的目的。
篇10
一、抗震結構設計的性能目標
結構抗震設計的目標是使整體結構能發揮耗散地震能量的作用，避免結構出現敏感的薄弱部位。地震能量的聚散，如果僅集中在少數薄弱部位，必會導致結構過早破壞，目前各種抗震設計方法的前提之一就是假定整個結構能發揮耗散地震能量的作用，在此前提下才能以多遇地震（小震）作用進行結構計算、構件截面設計并輔以相應的構造措施，必要時采用彈性時程分析法進行補充計算，試圖達到罕遇地震（大震）作用下結構不倒塌的目標。
它表明傳統的地震危險性概率分析方法仍然是地震動性能劃分的有力工具，但已不是單一用途的地震危險性分析方法，多種用途的危險性分析才能適應這種設計方法的要求。而對各種梁、柱、墻構件乃至整體結構實驗結果及震害調查結果的定性定量分類，用強大的數據庫進行綜合非常必要，這種數據庫甚至可提供構件及結構性能標準的圖形形式。
二、例案
例1、地震區的底框房屋設計時應注意到上下是兩類受力性質截然不同的結構，極限變形能力相差懸殊。在小震作用下是上部磚房起控制作用，當處于彈性階段時，驗算的重點是磚墻部分；當磚墻開裂時，驗算的重點是框架部分。另一方面還要注意底框房屋其側向變形協調是靠樓板有足夠的水平剛度來實現的。因此，底層樓板不僅需要現澆來達到其應有的水平剛度，且還需要有一定的厚度。
例2、 1972年某區域地震，一幢15層的大廈其平面布置圖見圖1，結構嚴重破壞。分析其結構體系，存在許多概念設計的錯誤。平面、立面布置嚴重不均勻、不連續等，地震時產生較大的偏心扭轉效應，最終導致柱子嚴重開裂，鋼筋被壓曲，電梯井、樓梯間也遭到嚴重破壞[6]。
例1、 某大廈其平面布置圖
例3、一位著名結構設計大師在1963某年市設計的大廈其平面布置圖見圖2。這幢樓的設計是這位大師運用概念設計思想的早期代表之作，堪稱概念設計之典范。在1972年莫市發生的強烈地震，多座樓房倒塌，而這座大廈雖位于震中，承受了比設計地震作用0.06 g大六倍的地震作用而未倒塌，墻體僅有很小裂縫。該建筑由四個柔性筒組成，對稱地由連梁連接起來，在風荷載和多遇地震作用下，結構表現為剛性體系，在大震作用下，通過連梁的屈服，四個柔性筒相對獨立，成為具有延性的結構體系，結構的地震作用明顯減小，由于結構對稱布置，防止了明顯的扭轉效應。
例2、某大廈其平面布置圖
三、化準則及其保證措施
考慮地震作用時必須充分領會和靈活運用抗震概念設計的優化準則和采取相應的構造措施。
（1）優化準則“強節弱桿”――防止節點破壞先于構件；“強柱弱梁”――防止桿系發生樓層傾移破壞機制，要求柱的抗彎能力高于梁的抗彎能力；“強剪弱彎”――防止構件剪力破壞，要求桿件的受剪承載力高于受彎承載力；“強壓弱拉”――對桿件截面而言，為避免桿件在彎曲時發生受壓區混凝土破裂的脆性破壞，使受拉區鋼筋承載力低于受壓區混凝土受壓承載力。
（2）保證措施保證措施有兩個方面：一是調整或限制構件的荷載效應，二是強制規定必要的構造措施。這兩個方面在高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）有詳細的規定，有的則是以強制性條文提出嚴格要求。如：高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）中第6.3.2條的第1點限制梁端截面混凝土受壓區高度與有效高度之比，就是保證梁的變形能力，而它又決定于梁端塑性轉動量，而塑性轉動量又與截面混凝土受壓區的相對高度密切相關；試驗研究結果表明要使鋼筋混凝土梁的位移延性系數達到3～4，混凝土受壓區相對高度必須控制在0.25～0.35。又如：對鋼筋混凝土桿件而言，桿件截面的平均剪應力過高，都會降低箍筋的抗剪效果，平均剪應力較小時，可以避免出現剪切破壞，所以建筑抗震設計規范（GB50011-2001）中第6.2.9條規定鋼筋混凝土結構的梁、柱、抗震墻和連梁的截面組合剪力設計值應符合下式要求：
總之，高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）中許多條文以及強制性條文都是與這“四強四弱”密切相關，因此，必須在充分理解規范、規程中的具體條文的基礎上加以運用相應的構造措施。
四、結論
（1）基于性能的建筑抗震設計的主要特點是由社會、公眾選擇結構性能目標，由設計人員盡可能地實現這些性能目標。與傳統的基于承載力的抗震設計方法相比，它更加精細，更具可預測性。它賦予了社會、業主自由選擇結構性能的權利，為結構工程師創造了展示才華的設計舞臺，向更經濟、更安全、更舒適的建筑結構設計理想邁出了堅實的一步。
（2）給出了實現基于性能的建筑抗震設計的總流程圖，并展示了各個過程的分流程圖。由此明確了建立基于性能的抗震設計理論的研究方向及應著重研究的關鍵技術問題。
參考文獻：
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由于高層建筑中抗水平力成為設計的主要矛盾，因此采用何種抗側力結構是結構設計的關鍵性問題。根據抗側力結構的不同，鋼筋砼結構主要可分為框架結構、框架――剪力墻結構、剪力墻結構和筒體結構等幾種結構體系，這些體系的受力特點、抵抗水平力的能力，特別是抗震性能等有所不同，因此具有不同的適用范圍。
框架結構由梁、柱構件通過節點連接構成，框架梁和柱既承受垂直荷載，又承受水平荷載，并可為建筑提供靈活布置的室內空間。當建筑物層數較少時，水平荷載對結構的影響較小，采用框架結構體系比較合理，當層數較多時，由于框架結構在水平力的作用下，內力分布很不均勻，并存在著層間屈服強度特別弱的樓層，且由于框架結構的構件截面慣性矩相對較小，導致側向剛度較小，側向變形較大，在強烈地震作用下，結構的薄弱層率先屈服，發生彈塑性變形，并形成彈塑性變形集中的現象，震害一般是梁輕柱重，柱頂重于柱底，尤其是角柱和邊柱更容易發生破壞，除剪跨比較小的短柱易發生柱中剪切破壞外，一般柱是柱端的彎曲破壞。因此框架結構屬于以剪切變形為主的柔性結構，使用高度受到限制，主要用于非抗震設計和層數相對較少的建筑中。剪力墻結構中，剪力墻沿橫向、縱向正交布置或多軸線斜交布置，由鋼筋砼墻體承受全部的水平荷載和豎向荷載，屬于以彎曲變形為主的剛性結構。該種結構的抗側力剛度比框架結構大的多，在水平力作用下側向變形小，空間整體性好。剪力墻結構的工作狀態可分為單肢墻、小開口墻、聯肢墻，單肢墻和小開口墻的截面內力完全或接近于按材料力學公式成直線分布規律，其平衡地震力矩只靠截面內力偶負擔。聯肢墻則通過連系梁使許多墻肢共同工作，地震力矩可由多個墻肢的截面內力矩與連梁對墻肢的約束力矩共同負擔，設計原則是梁先屈服，然后墻肢彎曲破壞喪失承載內力。當連梁鋼筋屈服并且有延性時，即可吸收大量地震能量，又能繼續傳遞，彎矩和剪力，對墻肢有一定的約束作用。由于剪力墻結構自重大，建筑平面布置局限性大，難以滿足建筑內部大空間的要求。因此其更多地用于墻體布置較多，房間面積要求不太大的建筑物中，既減少了非承重隔墻的數量，也可使室內無外露梁柱，達到整體美觀。
框架――剪力墻結構是指在框架結構中的適當部位增設一些剪力墻，是剛柔相結合的結構體系，能提供建筑大開間的使用空間，是由若干道單片剪力墻與框架組成。在這種結構體系中，框架和剪力墻共同承擔水平力，但由于兩者剛度相差很大，變形形狀也不相同，必須通過各層樓板使其變形一致，達到框架和剪力墻的協同工作。從受力特點看，剪力墻是以彎曲變形為主，框架是以剪切變形為主，由于變位協調，在頂部框架協助剪力墻抗震，在底部剪力墻協助框架抗震，其抗震性能由于較好的的發揮了各自的優點而大為提高。因此可以適用于各種不同高度建筑物的要求而被廣泛采用。
以上分析了三種常用的鋼筋砼結構體系的特點，通過分析比較看出，選擇高層建筑結構抗側力體系通常需要考慮的兩個主要原因是建筑物的高度和用途。
2 正確認識高層建筑的受力特點，選擇合理的結構類型
高層建筑從本質上講是一個豎向懸臂結構，垂直荷載主要使結構產生軸向力與建筑物高度大體為線性關系；水平荷載使結構產生彎矩。從受力特性看，垂直荷載方向不變，隨建筑物的增高僅引起量的增加；而水平荷載可來自任何方向，當為均布荷載時，彎矩與建筑物高度呈二次方變化。從側移特性看，豎向荷載引起的側移很小，而水平荷載當為均布荷載時，側移與高度成四次方變化。由此可以看出，在高層結構中，水平荷載的影響要遠遠大于垂直荷載的影響，水平荷載是結構設計的控制因素，結構抵抗水平荷載產生的彎矩、剪力以及拉應力和壓應力應有較大的強度外，同時要求結構要有足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側向變形限制在結構允許范圍內。
高層建筑有上述的受力特點，因此設計中在滿足建筑功能要求和抗震性能的前提下，選擇切實可行的結構類型，使之在特定的物資和技術條件下，具有良好的結構性能、經濟效果和建筑速度是非常必要的。高層建筑上常用的結構類型主要有鋼結構和鋼筋砼結構。鋼結構具有整體自重輕，強度高、抗震性能好、施工工期短等優點，并且鋼結構構件截面相對較小，具有很好的延性，適合采用柔性方案的結構。其缺點是造價相對較高，當場地土特征周期較長時，易發生共振。與鋼結構相比，現澆鋼筋砼結構具有結構剛度大，空間整體性好，造價低及材料來源豐富等優點，可以組成多種結構體系，以適應各類建筑的要求，在高層建筑中得到廣泛應用，比較適用于提供承載力，控制塑性變形的剛性方案結構。其突出缺點是結構自重大，抵抗塑性變形能力差，施工工期長，當場地土特征周期較短時，易發生共振。因此，高層建筑采用何種結構形式，應取決于所有結構體系和材料特性，同時取決于場地土的類型，避免場地土和建筑物發生共振，而使震害更加嚴重。
3 選擇合理的結構布置，協調好建筑與結構的關系
在高層建筑的設計中，結構布置一般應考慮以下幾點：
1.應滿足建筑功能要求，做到經濟合理，便于施工。建筑物的開間、進深、層高、層數等平面關系和體型除滿足使用要求外，還應盡量減少類型，盡可能統一柱網布置和層高，重復使用標準層。
2.高層建筑控制位移是主要矛盾，除應從平面體型和立面變化等方面考慮提高結構的總體剛度以減少結構的位移。在結構布置時，應加強結構的整體性及剛度，加強構件的連接，使結構各部分以最有效的方式共同作用；加強基礎的整體性，以減少由于基礎平移或扭轉對結構的側移影響，同時應注意加強結構的薄弱部位和應力復雜部位的強度。此外增強結構整體寬度也可減少側向位移，在其它條件不變時，變形與寬度的三次方成正比。因此宜對建筑物的高寬比加以限制，體型扁而重的建筑是不合適的，宜采用剛度較大的平面形狀，如方形、接近方形的矩形、圓形、Y形和#形等塔式建筑，即把使用要求及建筑體型多樣化和結構的要求有機地結合起來，又可形成側向穩定的體系。
3.在地震區為了減少地震作用對建筑結構的整體和局部的不利影響，如扭轉和應力集中效應，建筑平面形狀宜規正，避免過大的外伸或內收，沿高度的層間剛度和層間屈服強度的分部要均勻，主要抗側力豎向構件，其截面尺寸、砼強度等級和配筋量的改變不宜集中在同一樓層內，應糾正“增加構件強度總是有利無害”的非抗震設計概念，在設計和施工中不宜盲目改變砼強度等級和鋼筋等級以及配筋量。簡單地說就是使結構各部分剛度對稱均勻，各結構單元的平面形狀應力求簡單規則,立面體型應避免伸出和收進,避免結構垂直方向剛度突變等。平面的長寬比不宜過大，以避免兩端相距太遠，振動不同步，應使荷載合力作用線通過結構剛度中心，以減少扭轉的影響。尤其是布置樓電梯間時不宜設在平面凹角部位或端部角區，它對結構剛度的對稱性有顯著的影響。
4 提高結構的抗震性能
由于高層建筑的受力特點不同于低層建筑，因此在地震區進行高層建筑結構設計時，除應保證結構具有足夠的強度和剛度外，還應具有良好的抗震性能。通過合理的抗震設計，使建筑物達到小震不壞，中震可修，大震不倒。為了達到這一要求，結構必須具有一定的塑性變形能力來吸收地震所產生的能量，減弱地震破壞的影響。
框架結構設計應使節點基本不破壞，梁比柱的屈服易早發生，同一層中各柱兩端的屈服歷程越長越好，底層柱底的塑性鉸宜晚形成，應使梁!柱端的塑性鉸出現得盡可能分散，充分發揮整體結構的抗震能力。為了保證鋼筋砼結構在地震作用下具有足夠的延性和承載力，應按照“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱構件”的原則進行設計，合理地選擇柱截面尺寸，控制柱的軸壓比，注意構造配筋要求，特別是要加強節點的構造措施。
篇12
80 年代，是我國高層建筑在設計計算及施工技術各方面迅速發展的階段。各大中城市普遍興建高度在 100m 左右或 100m 以上的以鋼筋為主的建筑，建筑層數和高度不斷增加，功能和類型越來越復雜，結構體系日趨多樣化。比較有代表性的高層建筑有上海錦江飯店，它是一座現代化的高級賓館，總高 153.52m，全部采用框架一芯墻全鋼結構體系，深圳發展中心大廈43 層高 165.3m，加上天線的高度共 185.3m，這是我國第一幢大型高層鋼結構建筑。進入 90 年代我國高層建筑結構的設計與施工技術進入了新的階段。不僅結構體系及建筑材料出現多樣化而且在高度上長幅很大有一個飛躍。深圳于1995 年 6 月封頂的地王大廈，81 層高，385.95m為鋼結構，它居目前世界建筑的第四位。本文在此談了談自己的一些觀點和看法。
一、概述建筑結構抗震理論
1、建筑結構抗震規范。建筑結構抗震規范實際上是各國建筑抗震經驗帶有權威性的總結，是指導建筑抗震設計（包括結構動力計算，結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容） 的法定性文件它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平，又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然受抗震有關科學理論的引導，向技術經濟合理性的方向發展，但它更要有堅定的工程實踐基礎，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半點冒險和不實。正是基于這種認識，現代規范中的條文有的被列為強制性條文，有的條文中用了“嚴禁，不得，不許，不宜”等體現不同程度限制性和“必須，應該，宜于，可以”等體現不同程度靈活性的用詞。
2、抗震設計的理論。擬靜力理論。擬靜力理論是 20世紀10～40年展起來的一種理論，它在估計地震對結構的作用時，僅假定結構為剛性，地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。地震力的大小當于結構的重量乘以一個比例常數（地震系數）。反應譜理論。反應譜理論是在加世紀40～60 年展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結構動力反應特性的研究為基礎，是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。動力理論。動力理論是 20世紀70-80 年廣為應用的地震動力理論。它的發展除了基于 60 年代以來電子計算機技術和試驗技術的發展外，人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性反應過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結構的地震反應記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應，從而完成抗震設計工作。
二、高層建筑結構抗震設計問題分析
1、抗震措施。在對結構的抗震設計中，除要考慮概念設計、結構抗震驗算外，歷次地震后人們在限制建筑高度，提高結構延性（限制結構類型和結構材料使用） 等方面總結的抗震經驗一直是各國規范重視的問題。當前，在抗震設計中，從概念設計，抗震驗算及構造措施等三方面入手，在將抗震與消震（結構延性）結合的基礎上，建立設計地震力與結構延性要求相互影響的雙重設計指標和方法，直至進一步通過一些結構措施（隔震措施，消能減震措施）來減震，即減小結構上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經濟的抗震性能是當代抗震設計規范發展的方向。而且，強柱弱梁，強剪弱彎和強節點弱構件在提高結構延性方面的作用已得到普遍的認可。
2、高層建筑的抗震設計理念。我國《建筑抗震規范》（GB50011-2001）對建筑的抗震設防提出“三水準、兩階段”的要求，“三水準”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當遭遇第一設防烈度地震即低于本地區抗震設防烈度的多遇地震時，結構處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續使用。因此，要求建筑結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態驗算，要求建筑的彈性變形不超過規定的彈性變形限值。當遭遇第二設防烈度地震即相當于本地區抗震設防烈度的基本烈度地震時，結構屈服進入非彈性變形階段，建筑物可能出現一定程度的破壞。但經一般修理或不需修理仍可繼續使用。因此，要求結構具有相當的延性能力（變形能力）不發生不可修復的脆性破壞。當遭遇第三設防烈度地震即高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震時，結構雖然破壞較重，但結構的非彈性變形離結構的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發生危及生命的嚴重破壞，從而保障了人員的安全。因此，要求建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規定的彈塑性變形限值。三個水準烈度的地震作用水平，按三個不同超越概率（或重現期）來區分的：多遇地震：50年超越概率 63.2%，重現期 50 年；設防烈度地震（基本地震）：50 年超越概率 10%，重現期 475年；罕遇地震：50年超越概率 2%-3%，重現期1641-2475 年，平均約為 2000 年。對建筑抗震的三個水準設防要求，是通過“兩階段”設計來實現的，其方法步驟如下：第一階段：第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數，先計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應，與風、重力荷載效應組合，并引入承載力抗震調整系數，進行構件截面設計，從而滿足第一水準的強度要求；第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角，使其不超過抗震規范所規定的限值；同時采用相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段：采用與第三水準相對應的地震動參數，計算出結構（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節）的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規范的限值。并采用必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌要求。
3、高層建筑結構的抗震設計方法。我國的《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）對各類建筑結構的抗震計算應采用的方法作了以下規定：高度不超過40m，以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，以及近似于單質點體系的結構，可采用底部剪力法等簡化方法；除 1 款外的建筑結構，宜采用振型分解反應譜方法；特別不規則的建筑、甲類建筑和限制高度范圍的高層建筑，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。
三、結語
篇13
隨著地震學、地理學不斷發展以及建筑結構設計水平的不斷提升，我國高層建筑抗震結構設計越來越為建筑單位所重視。如何因時因地完成高水平的抗震結構設計從而有效提高高層建筑抗震能力已經成為當前建筑領域相關設計人員工作的重心。在本文中，筆者將根據自己的理論知識及實踐經驗就高層建筑抗震結構設計的相關問題進行探討。
1.高層建筑抗震結構設計時需注意的相關問題
在高層建筑抗震結構設計時，設計部門以及設計人員不能毫無目的盲目地進行設計，必須對抗震結構設計時需注意的相關問題進行具體分析及研究，在研究與分析的基礎上再進行抗震結構設計，現筆者就這些問題進行具體闡述：
1.1高層建筑抗震結構設計時對建筑場地的選擇問題
設計人員在進行高層建筑抗震結構設計時，必須審慎選擇建筑場地，以對高層建筑抗震有益的場地為佳，尤其是地基密實度較高的地段[1]。一旦對建筑場地選擇有誤，當地震災害出現時，有很大可能會對高層建筑結構產生破壞。這是因為地震發生時往往會導致地表發生錯動，地表上的建筑則會受到不同程度的損壞，諸多建筑中高層建筑可能受損情況最為嚴重。因此，在高層建筑抗震結構設計時對于不利抗震的場地應該首先予以排除，例如土地較為松軟的場地、砂土較為容易液化的場地等等。如果別無它法必須在此類場地上進行高層建筑項目施工，那么施工單位在確定該地段的地震設防類別以后應該對該地段地基采取一定的措施，從而增強其剛度，最終增強高層建筑結構整體抗震能力。
1.2高層建筑抗震結構設計時對建筑材料的選擇問題
建筑單位在進行高層建筑抗震結構設計時，必須對影響建筑抗震能力的材料進行選擇。由于建筑材料的優劣在相當程度上影響著高層建筑在面對地震災害時的穩固性的高低，因此做好建筑材料的優選工作十分重要。就實質而言，高層建筑結構抗震設計將諸多的構件進行最優化整合，并適度地調整，從而增強整個高層建筑實體抵御地震災害的能力。在諸多建材選擇中，鋼筋的選擇是一個需要注意的問題，在實踐中，最好選擇那些具有比較高韌性的鋼筋[2]。針對在垂直方向受力的鋼筋，最好選擇熱軋鋼筋，通常以HRB400 級與HRB335級為佳。因此，在進行材料選擇時，建筑單位不僅要考慮造價控制，同時也要考慮其抗震性能，在成本與性能二者間尋找到平衡點，最終實現最少材料達到最佳抗震性能的目的。
1.3高層建筑抗震結構設計時對建筑結構體系的選擇問題
建筑結構體系的選擇問題也是當前高層建筑抗震結構設計過程中需要關注的一大問題。由于建筑結構方案的不同往往會導致高層建筑各方面性能的不同，從而使得高層建筑抗震效果出現差異，因此在進行建筑結構方案設計時必須審慎對待。在進行建筑結構方案設計選擇時，必須堅持幾個原則從而保證高層建筑整體的抗震性能，具體而言：第一，在建筑結構設計時不能出現由于個別結構受損而使整棟高層建筑抗震性能大幅度降低。個別構件損壞而使得整棟高層建筑安全性與穩固性大范圍受損，這在高層建筑抗震結構設計中是不允許出現的。第二，設計人員在進行高層建筑抗震設計工作時必須保證建筑結構體系有足夠的承載能力以及良好的消耗地震能量的能力，而在具體設計施工時鋼筋混凝土結構體系就能較好地做到這一點。第三，在對建筑結構方案進行設計選擇時要合理分配整個高層建筑結構的剛度以及強度，確保各個建筑構件剛度、強度科學合理。
1.4高層建筑抗震結構設計時建筑平面布置的規則性問題
除了上文筆者所述的諸多需要注意的問題之外，建筑平面布置的規則性問題也是高層建筑抗震結構設計時設計人員不能忽視的一個問題。在具體設計時，設計人員應該充分運用專業知識及實踐經驗，設計出一些規則的方案。
2．高層建筑抗震結構設計時提高抗震性能的舉措
相比于普通建筑，高層建筑抗震能力高低更為大眾所關注，因此設計人員在抗震結構設計時必須以具體分析研究為基礎制定出高質量抗震結構方案。有鑒于此，筆者就高層建筑抗震結構設計時如何提高抗震性能提出相應建議，包括對高層建筑抗震結構方案進行總體設計、合理布局地震外力能量的傳遞吸收途徑、確保柱墻和梁達到適當的抗震等級以及設置多重抗震防線等。
2.1 對高層建筑抗震結構方案進行總體設計
為了提高高層建筑抗震能力，設計人員在進行抗震結構整體方案選擇時必須優選那些建筑主體剛度較高的方案，以此達到保障高層建筑穩定、減少建筑變形的目的。此外，設計部門或設計人員在進行總體設計時需要將非結構構件納入抗震設計的整體布局中，分析研究其對建筑主體的影響，補強可能會出現的短柱部位。要言之，在進行抗震結構設計時必須做到對總體與部分的兼顧。
2.2 在高層建筑抗震結構設計時合理布局地震外力能量的傳遞吸收途徑
對地震外力能量的傳遞吸收途徑合理布局是高層建筑抗震結構設計過程中提高建筑抗震能力的一大重要舉措，它將整棟建筑物支柱、墻和梁的軸線置于同一平面，形成了一套構件雙向抗側力體系。這就大大提高了梁柱和墻的承載力以及抗變形的能力，有效提高建筑物抗震能力及抗毀損能力。
2.3 在高層建筑抗震結構設計時確保柱、墻和梁達到適當的抗震等級
在進行高層建筑抗震結構設計時，設計人員需要精確計算及選擇柱截面尺寸，采取相應措施適當補強施梁、柱以及墻的節點承載力，從而保障建筑鋼筋砼結構能夠具有良好的延展性，達到相應的抗震標準及抗震等級，從而避免在地震侵襲時受損嚴重。
2.4 在高層建筑抗震結構設計時設置多重抗震防線
高層建筑不同于一般建筑，它更需要設置多重抗震防線以抵抗地震侵害。由于不同高層建筑其使用功能會有所不同，因此其所要求的抗震設計也會有所差異，因此在具體設計時，設計人員可以將延性好的構件設計為抗震第一道防線，從而起到隔震、消能的作用，大大減小地震帶來的破壞力，之后將其他構件設置為抗震第二道甚至第三道防線，同時可以具體情況具體對待，在適當地方設置隔震支座，最終保障高層建筑的安全。
3.結語
隨著建筑業蓬勃的發展，我國設計人員在高層建筑抗震結構設計領域的水平愈加成熟，面對地震帶來的巨大破壞力，設計人員在進行抗震結構設計時還需要不斷創新，積極探索出更多的優良抗震方案，保障人民群眾人身財產安全。
參考文獻：
