浅谈高层建筑结构抗震

程鹏迎

摘要：随着现代社会越来越商业化、工业化和城市化，高层建筑也随着城市的发展和科学技术的进步而逐步发展着，高层建筑的结构抗震性能也越来越受到人们的关注，结构的抗震性能关系重大，

本文重点介绍了建筑结构抗震设计理念，分析了结构抗震设计常见的问题，列举了一些在高层建筑结构方面比较实用的抗震措施和方法。

关键词：高层建筑 结构抗震 问题分析

1 高层建筑的抗震设计理念

现代高层建筑是随着城市的发展和科学技术的进步而发展起来的，是商业化、工业化和城市化的结果。现代高层建筑的发展有利于节约用地、解决住房紧张，减少市政基础设施和美化城市空间环境。从某种意义上说，现代高层建筑是现代化城市的标志。因此对高层结构抗震的要求越发严格。

现代高层建筑是现代化城市的标志，我国《建筑抗震规范》（GB50011-2001）要求高层建筑的抗震设防能做到“三水准、两阶段”。“三水准”就是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当受到第一设防烈度的地震，也就是人们常说的低于本地区抗震设防烈度的地震时，这也是最常见的地震，高层建筑结构仍然处于正常的弹性变形阶段，此时建筑物处于正常的使用状态。建筑物一般情况下没有损坏或不需要修理就可以继续正常使用。这就是俗话说的“小震不坏”。所以，就要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求高层建筑的弹性变形不能超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度的地震，也就是相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，高层建筑结构不堪重压进入非弹性变形阶段，建筑物也许会出现一定程度的破坏。但经过一些简单的修理或者根本就不需要修理就可以继续正常使用。所以，就要求结构具有非常高的延性能力，也就是人们常说的变形能力不发生不能修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度的地震，也就是高于本地区抗震设防烈度的地震时，这种地震发生的概率比较低，高层建筑结构也许会被破坏的比较严重，但是结构的非弹性变形仍然在可控制的范围内，还没有到结构的倒塌的程度，两者还有一段距离。如果是这样的话，虽然建筑结构可能已经变形，但没有倒塌的话就不会有大的人身伤亡或者发生危及生命的严重破坏，从而在一定程度上保障了人员的安全。因此，必须要求高层建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形一定不超过规定的弹塑性变形限值。

前面已经提到对建筑抗震设防的要求是“三水准、两阶段”。三个水准的设防在上段已经提出了要求，但三个水准的设防是通过“两阶段”的设计来实现的，具体的实现方法步骤如下：第一阶段：第一步采用的地震动参数一定要与第一水准烈度的参数一致，先通过计算得出高层建筑结构在自己的正常弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并且加入承载力抗震调整系数作为参考，来进行构件截面设计，这样就会在第一强度地震是满足第一水准的强度要求，不致有人员和财产的损失。第二步是不能让结构的层间位移角超过抗震规范所规定的限值，这就要求采用同一个地震参数来计算结构的层间位移角。同时相应的抗震构造措施也一定要安装到位，从而保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，一定要按要求规定满足第二水准的变形要求。第二阶段：计算出结构的弹塑性层间位移角，特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节的弹塑性层间位移角，同时采用的参数一定要与第三水准的地震动参数一致，一定要让弹塑性层间位移角小于抗震规范的限值。并且一定要采取必要的抗震构造措施，来保证人员和财产的安全，以此来满足第三水准对高层建筑结构设防的要求。

2 选择合适的抗震场地

每次地震发生时高层建筑都遭到很大的破坏，这除了是因为地址破坏了高层建筑的结构外，跟高层建筑的场地也有很大的关系。地震可能会引起的地表错动与地裂，还可能会引起地基土的小均匀沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，我们应该选择对建筑抗震有利的地段，同时应避开对抗震不利的地段，即使无法避开时，也应采取适当的抗震加强措施，应根据抗震设防类别采取加强地基和上部结构整体性和刚度，和根据地基液化等级部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施；当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时，采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，对于地震时可能导致滑移或地裂的场地，应采取相应的地基稳定措施。

3 优化的平面和立面布置

关于建筑结构设计的平面与立体结构，主要可以从结构的简单性来分析。结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径就是结构简单。只有结构简单了，在对结构的计算模型、内力与位移分析，限制薄弱部位出现等方面才能够及时把握，因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。

4 高层建筑抗震设计常见的问题

4.1 缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。主要表现在：一是建筑场地岩土工程的勘察资料在扩建初设计阶段还没有到位。二是在扩初设计会审之后就直接进入了施工图设计。三是施工图设计只是在简单的规划设计或方案设计会审后就直接出来了。四是没有岩土工程勘察资料。这样设计就成了无源之水，无水之木，没有依据。结构的平面布置中外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大，同一结构单元内，结构平面形状和刚度不均匀不对称，平面长度过长等。

4.2 一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。如这一边选用砌体承重，而另一边或局部选用全框架承重或排架承重；还有一种是底框砖房中一边为底框，而另一边为砖墙落地承重，这种情况比较常出现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅，一般设计为底层为商店，设计成一半为底框砖房（有的为二层底框），而另一半为砖墙落地自承，造成突变在平面刚度和竖向刚度二者之间，对抗震非常的有作用。

5 抗震方法

在对高层建筑结构的抗震设计中，不但要考虑到建筑结构概念的设计、建筑结构抗震的验算，也要重视人们在每次发生地震后在关于高层建筑结构方面而总结的一些经验，比如限制建筑高度，提高结构延性、限制结构类型和结构材料使用等方法。而且经验不但在我国受到重视，在国外也一直是各国规范重视的问题。当前，在高层建筑结构抗震设计中一般是从三方面入手的，分别是概念设计，抗震验算及构造措施，而且在高层建筑结构抗震设计中不能只是局限于将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，也要设计建立双重设计指标和方法能让地震力与结构延性相互影响，当代抗震设计规范发展的方向是减小结构上的地震作用，可以通过采用一些结构措施，比如隔震措施，消能减震措施等来减震，从而使高层建筑结构在地址地震中具备良好而经济的抗震性能。而且，强剪弱弯，强柱弱梁，和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已经在建筑界是有口皆碑的事情。

6 隔震和消能减震设计的推广和应用

现在，我国和世界的许多国家都采用适当的控制结构物的刚度，越来越受到人们的青睐，被称为“延性结构体系”，但这种允许高层建筑结构构件（如梁、柱、墙、节点等）在地震进入非弹性状态，而且会有很大的延性，减轻地震反应是以消耗地震能量的方法，使结构物“裂而不倒”。这在很多情况下是有效的，但也存在很多片面性。随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对安全意识越来越注重，对各种建筑物和构筑物的抗震减震要求越来越高，传统的抗震结构体系和理论越来越难以满足人们的要求，传统的抗震体系不具备隔震消能和各种减震控制体系，但是隔震消能和各种减震控制体系又越来越受到人们的重视，在未来的建筑结构中将起到非常重要的作用。

7 结语

高层建筑的结构体系已经和过去有了很大的不同，它随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展。高层建筑在高度上大大增加的同时，在材料和结构体系上也逐渐多样化。各国之间都非常重视对结构抗震的设计，均已提到各国建筑结构设计的日程里，因为我国是地震多发区，高层建筑抗震设防对我国人们来说更为重要，更是工程设计面临的迫切任务，作为工程抗震设计的依据，高层建筑抗震分析处于无可撼动的地位。

参考文献：

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[2]陈肇元，钱嫁茹.建筑与工程结构抗倒塌分析与设计.中国建筑工业出版社.

[3]卢伟.高层建筑抗震结构设计之探讨[J].价值工程，2011（05）.