探析超高层建筑结构地震反应分析及抗震性能设计

梁雄仪

【摘要】随着科学技术的进步、经济的发展和人口密度的增加，超高层建筑不断涌现，并且不断突破新的高度。除了满足建筑物使用功能要求，高层建筑尤其是超高层建筑成为建筑师表现建筑个性的载体。尤其近几年，各种新型复杂体型及复杂结构体系大量出现。但是，超高层建筑物也存在着不少问题，尤其是在面对一些自然灾害时，这些建筑物的承受和抵御能力十分有限。本文主要从超高层建筑结构地震反应以及抗震性能进行了简要分析。

【关键词】超高层建筑结构；地震反映；抗震性能；分析研究

在我国，对超高层建筑没有明确的概念界定，一般认为100米是高层建筑与超高层建筑的分界线，即高度在100米以下的是“高层建筑”，100米以上的是“超高层建筑”。

一、我国超高层建筑发展的现状

随着近年来我国城市化进程的不断加快，城镇人口增长迅速，城市土地承载人口的压力不断增加。为了满足不断扩张的人口对工作生活空间的需要，城市中的建筑物的高层化趋势越来越明显。

先进的科学技术以及建筑设备的发展保证了我国超高层建筑的发展。我国自从1990年超高层建筑开始发展以来，超高层建筑物日益盛行。不仅超高层建筑的数量不断增多，建筑物的高度也在不断刷新。超高层建筑既是现代城市的地标，也成为国家、民族以及城市经济崛起的象征。但是，我国超高层建筑发展起步晚，时间较短，经验较为缺乏，所以我国在超高层建筑的建设还存在很多问题，尤其是抗震性能上还有很多要改善的地方。

二、超高层建筑结构地震反应

地震是人类社会发展过程中不可避免的一种自然灾害。我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃，使得我国成为世界上一个多地震的国家，也是蒙受地震灾害最深重的国家之一。

多发的地震灾害猝不及防的突发性，以及巨大的破坏性给社会经济的发展，人类生存的安全稳定带来巨大的危害。许多数据表明，在地震灾害中，房屋的倒塌其引发的及次生灾害是造成人员伤亡以及重大经济损失的主要原因。与普通建筑物相比，超高层建筑工程本身需要更大的物资投入和技术支持，

三、超高层建筑抗震性能设计

超高层建筑物被运用到人们生产生活的各个方面，与人们紧密联系。为了规范建筑物的质量，针对高层建筑的抗震设计，在《建筑抗震规范》（GB50011-2001）提出了具体的要求——“三水准、两阶段”。

1.选择地质条件稳定的地理位置

地层的稳定性最直接地影响到建筑物的耐震度。尤其是超高层建筑物，由于高度的提升，建筑物的重心也上移，对震动的敏感度提高。

我国位于比较活跃的两个地震带之间，辽阔的国土上地质条件复杂，超高层建筑物作为一种常见的现代社会的产物，一定要重视选址问题，选择比较稳定的地质条件。降低因为地质、土层稳定问题对建筑物的影响。

2.使用抗震性能优越的新型建筑材料

建筑材料中钢骨结构（SRC）的耐震性较好、韧性较佳，钢筋混凝土（RC）次之，砖造的建筑物较差。虽然木结构的房子柔软性好，但是在地震中极易因为此生的火灾造成更大的损失。我国人口数量庞大，木结构房子的承重性差，难以形成高层建筑，无法满足人们生产生活的需要，所以我国比较常见的建筑材料仍以混凝土为主。

传统的建筑物采用钢筋混凝土，钢筋结构密集，施工难度大，而且在地震中稳定性差。与之相比，新型复合材料的钢纤混凝土抗冲击、裂后韧性和耐久性更好。但是，钢纤混凝土的成本偏高，会造成超高层建筑的造价更高。所以，在建筑过程中，可以在一些框架梁柱节点采用钢纤混凝土，改善节点区的抗震性能。

3.提高建筑结构的抗震性能

超高层的受力特点与低层建筑有很大的差别，在进行超高层建筑结构设计时，应该更加注重建筑物整体的强度和刚度。保证建筑物具备良好的抗震性能。理论上来看，建筑物应该具备足够的强度及稳定性，但是在地震发生时，强烈的地震波会对建筑物造成一定的震动变形，从而影响建筑物的质量和安全。为了降低地震对建筑的危害，一定要提高建筑物结构的抗震性能。使建筑结构具有一定的塑性变形能力，把地震波的冲击吸收分散转化，减弱地震破坏的影响。

4.采用新兴技术减小地震能量输入

在地震中，建筑物最明显的受灾表现就是倒塌。建筑物发生倒塌是因为受到地震能量的输入，引起建筑物的共振，使建筑摇晃，当建筑物的结构达到耐震极限，承受不了摇晃。为了减小建筑物的共振摇晃，避免出现倒塌危险，就要积极采用新技术减小地震能量输入到建筑物。

超高层建筑物为了保证建筑主体的稳定，一般会挖比较深的地基。地基深埋于土地中，成为土层与建筑物的连接。为了减小地震能量输入到建筑物，可以在超高层建筑的地基建设上采取“地基地震隔绝”技术。通过在建筑物底部安装橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等抗震缓冲装置，减少在地震发生时建筑物因受力而发生共振位移。

地基地震隔绝技术中，采用在地基中设置夹层橡胶降低建筑物的上下水平振动，这种隔震结构的上部结构常是比较刚性的。超高层建筑的固有周期都比较长，所以它自身已包含了减震效应。但是如果把衰减装置安装其上，则对于抗震更是一个有效的方法。

与低层建筑及一般的高层建筑相比，同样的土地面积内，超高层建筑提供了更大的使用空间。各种社会活动的土地成本更低，在单位土地面积内可以创造更大的经济和社会效益。但在发生灾害时，超高层建筑物逃生的难度也会更大，所以一定要提升超高层建筑物的安全指数。保证社会经济的发展，维护社会的稳定发展。

小结

城市的高層、超高层建筑越来越多，与此同时，相关的安全问题也备受关注，建筑物的抗震性能作为安全问题中的重要方面显得尤为重要。高层建筑，尤其是超高层建筑的建设很大程度上满足了人们的需要，但从整体发展来看，保证建筑物的安全性能，提升超高层建筑的抗震性能是地震多发区高层建筑发展的新方向，也是我国超高层建筑抗震设计及国际高层抗震设计发展的重要课题。超高层建筑是我国建筑事业发展的主要方向，我国可以在借鉴高层建筑技术比较先进的国家的基础上结合我国的实际情况，研发更加适合我国国情的超高层建筑抗震的道路。

参考文献

[1]杨秀培. 超高层建筑结构地震反应分析及抗震性能设计研究[D].河南工业大学，2013.

[2]黄瑜. 超高层建筑结构动力特性测试研究及地震反应分析[D].西安理工大学，2006.

[3]刘阳. 高层隔震结构地震响应及损伤评估研究[D].上海大学，2014.

[4]吕杨. 高层建筑结构地震失效模式优化及损伤控制研究[D].天津大学，2012.

[5]陶磊. 地基—基础—高层建筑结构在不同地震动输入下的地震反应分析[D].西安理工大学，2009.

[6]汤斌. 超高层建筑在我国发展现状浅析[J]. 城市建设理论研究，2012， （23）.