关于高层建筑结构抗震技术的探讨

赵晓杰　高云亮

摘 要：随着国民经济的快速发展，我国建筑工程事业得到了极大的发展空间，在建筑工程施工中大量新技术、新工艺的应用，推动了我国建筑事业的高速发展。提高高层建筑结构的抗震性能，是确保建筑施工质量的有效保障，在抗震设计环节，必须充分考虑高层建筑抗震的特点及现场施工条件。本文主要对高层建筑抗震设计的要点、保证结构延性能力的抗震措施进行了分析与探究，以期为提高高层建筑结构抗震能力提供一个可靠的保障。

关键词：高层建筑；抗震设计；要点；抗震措施

1 建筑抗震的理论分析

拟静力理论。拟静力理论是20世纪10～40年代发展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。

反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40～60年代发展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。

动力理论。动力理论是20世纪70-80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。

2 高层建筑结构抗震能力的分析

钢结构：钢结构是以钢材为主要结构材料。钢材的特点是强度高、重量轻，同时由于钢材料的匀质性和强韧性，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，具有很好的抗震能力。 不过，由于钢结构建筑的造价相对较高，目前应用不是非常普遍。一般的超高层建筑（100米以上）或者跨度较大的建筑通常应用钢结构。

剪力墙结构：剪力墙是用钢筋混凝土墙板来承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用剪力墙来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构在高层（10层及10层以上的居住建筑或高度超过24米的建筑）房屋中被大量运用。

框架结构：由钢筋混凝土浇灌成的承重梁柱组成骨架，再用空心砖或预制的加气混凝土、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成。墙主要是起围护和隔离的作用，由于墙体不承重，所以可由各种轻质材料制成。框架结构中，还有一种框剪结构，又名框架—剪力墙结构，它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗力性能。这种结构的住房有很好的抗震性。框架结构在现代建筑设计中应用较为普遍，我们所见的大多数建筑都是框架结构。

砖混结构：砖混结构中的“砖”，是指一种统一尺寸的建筑材料，也包括其他尺寸的异型黏土砖、空心砖等。 “混”是指由钢筋、水泥、沙石、水按一定比例配制的钢筋混凝土配料，包括楼板、过梁、楼梯、阳台。这些配件与砖做的承重墙相结合，所以称为砖混结构。砖混结构住宅一般以多层 （24米以下，住宅10层以下）住宅为主，其抗震性能比起上述三者相对弱一些。砖混结构一般应用在多層或者跨度不大的建筑，但由于砖混结构的房屋格局死板，墙面不能改动，加之近些年框架结构以及剪力墙结构应用得越来越普遍，在城市建设中已经很少应用砖混结构，目前我国只有城郊的一些建筑中还是砖混结构。

3 提升高层建筑结构抗震技术的措施

在高层建筑结构抗震设计中，除考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。合理选择了结构的屈服水准和延性要求后，就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性能力，从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标。系统的抗震措施包括以下几个方面内容：

首先，“强柱弱梁”：人为增大柱相对于梁的抗弯能力，使钢筋混凝土框架在大震下，梁端塑性铰出现较早，在达到最大非线性位移时塑性转动较大；而柱端塑性铰出现较晚，在达到最大非线性位移时塑性转动较小，甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。

其次，“强剪弱弯”：剪切破坏基本上没有延性，一旦某部位发生剪切破坏，该部位就将彻底退出结构抗震能力，对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值，使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。

最后，抗震构造措施：通过抗震构造措施来保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，同时保证结构的整体性。这一系统的抗震措施理念已被世界各国所接受，但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。首先，这两种思路都是以优先引导梁端出塑性铰为前提。

4 结束语

综上所述，随着科学技术的不断发展，高层建筑结构抗震设计的科学性、合理性已经成为国家及人民所关注的焦点。在建筑工程施工前期严格按照国家相关规定对其施工设计、施工环节进行严格监控，在确保其质量的前提下，提高其抗震性能。随着施工技术水平的不断提高，加大高层建筑抗震设计的研究力度，只有这样才能提高高层建筑的抗震性能，减少对国家和人民的严重损失。

参考文献

[1] 陈寅.关于高层混凝土建筑结构的抗震设计探讨[J].黑龙江科学， 2013（06）.

[2] 魏琏，韦承基，王森.高层建筑结构抗震设计中的剪重比问题[J].深圳土木与建筑，2013（03）.

[3] 田志莹，曾茂.解析混凝土结构高层建筑的抗震性能[J].中国-东盟博览，2013（02）.

[4]徐银夫；；关于高层建筑结构设计的研究[J]；科技经济市场；2006年02期