高层建筑结构抗震设计浅析，基层建设，《基层建设》
高层建筑结构抗震设计浅析潘小娃张红刚王磊摘要：随着建筑行业的发展，出现越来越多的高层建筑，高层建筑结构也越来越复杂，因我国是多地震国家，地震会造成建筑物灾害发生，对人们的生命财产造成严重的损失，因此，对高层建筑结构进行抗震设计是非常重要的。本文首先分析了地震对高层建筑的影响，然后归纳了高层建筑抗震设计中出现的问题，最后详细阐述了高层建筑结构抗震设计的要点。
关键词：高层建筑；结构抗震；地基；抗震防线；隔震
一、地震对高层建筑的影响分析
（一）对高层建筑构件形式方面
1、在高层建筑的框架结构中，通常地震对板和梁的破坏程度轻于柱；
2、地震作用经常在多肢剪力墙（钢筋混凝土结构）的窗下引起交叉斜向的裂缝；
3、如果混凝土柱配置螺旋箍筋，即使地震引起较大的层间位移，对柱以及核心混凝土作用并不明显；
4、钢筋混凝土框架结构，如长、短柱并用于同一楼层，长柱受损害较轻。
（二）对高层建筑结构体系方面
1、对于钢筋混凝土柱、板体系的高层建筑，各层楼板因楼
层柱脚破坏或者侧移过大以及楼板冲切等因素而在地面坠落重叠；
2、对于“填墙框架”体系的高层建筑，由于受窗下墙的约束，因而容易发生外墙框架柱在窗洞处短柱型剪切现象；
3、对于“填墙框架”体系的高层建筑，地震对采用敞开式框架间未砌砖墙的底层破坏严重；
4、对于框架-抗震墙体系的高层建筑，地震损害不大；
5、对于“底框结构”体系的高层建筑，地震严重破坏刚度柔弱的底层。
（三）对高层建筑地基方面
1、如果地基自振周期与高层建筑结构的基本周期相同或相近，地震作用因共振效应而增加；
2、如果高层建筑处在危险和地形不利的区域，则容易使高层建筑因地基破坏而受损；
3、地基处地质不均匀，在地震作用下容易使上部结构倾斜甚至倒塌；
4、若高层建筑的地基处有较厚的软弱冲积土层，则地震作用对高层建筑的损害显著增大。
（四）对高层建筑刚度分布方面
1、对于采用L形以及三角形等平面不对称的高层建筑，地震作用能够使建筑结构发生扭转振动，因而损害现象严重；
2、对于采用矩形平面布置的高层建筑结构，如果该建筑的抗侧力构件（如电梯井等）布置存在偏心情况时时，同样会使建筑结构发生扭转振动。
二、高层建筑抗震设计中出现的问题
（一）部分建筑物高度过高
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。在这个高度上抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层建筑超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性会发生很大的变化，建筑物的抗震能力下降，很多影响因素也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
（二）地基的选取不合理
由于城市人口的增多和相对空间的缩小，不少建筑商忽略了这一问题，哪里商业空间大就在哪里建。高层建筑应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。
（三）材料的选用不科学，构造体系不合理
在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。
三、高层建筑结构抗震设计的要点
（一）选择合理科学的场地地基
选择场地地基首先要依据实际工程需求，同时还要考虑地震活动情况。分析天然地基时的抗震承载力要按照不同的场地来进行，此外，根据不同场地来分析地震所导致的危害度。如果有必要，可使用规范的地基来进行处理。可根据地震强度、场地土
的厚度、断裂的地质历史来明确避让距离，从而对场地范围内的地震断裂的确定有利。一定要保证避开对不利的建筑地段来进行场地地基的选择，如果依法避开，可以运用合适的抗震措施来进行。
（二）重视建筑结构的规则性
历史上，因为建筑结构的不规则性对抗震效果产生不好的影响的例子，经常发生。因此，在高层建筑结构抗震设计过程中，需要防止严重外形不规则的设计方案。一个合理的结构，其平面布置需要符合下列几点要求：
1、长度要适当，不能太长；
2、平面规则、对称、不偏心；
3、角部重叠或细腰形的不能采取。
其竖向布置需要符合下列几点要求：
1、体形应规则，防止过分外凸或内凹；
2、对于特别不规则的，不能防止的结构，运用大震作用进行结构易损部位（薄弱层）的塑性变形验算。
（三）选择合适的结构体系
高层建筑的抗震设计原则是“小震（烈度约为5.45度）不坏、中震（烈度为7度）可修、大震（烈度为8度）不倒”，这就要求建筑结构一定要具备一定的刚度、延性与承载力。在我国，高层建筑的结构体系大对数使用剪力墙结构、框架结构与框架剪力墙结构三种。其中，框架结构适用于普通高度的高层建筑；剪力墙结构适用于高层住宅；框架剪力墙结构则适用于综合楼与办公楼。
（四）设置多道抗震防线
由两个与两个以上同时延性较好的分体系组成一个好的抗
震结构体系，这是由于发生地震时，通常带有余震，若只有一道防线，很难防止由于某一结构损伤而导致整个结构坍塌。所以，在构建抗震结构体系时，首先要有最大可能数量的内外部冗余度，其次要建立一套分布完整的屈服体系，最后该体系的主要耗能构件一定要有较高的延性与充足的刚度，以确保建筑物在遭遇地震灾害时，由于强烈的地震作用第一道防线崩溃的状况下，抵挡后续地震波的冲击还需要第二道、第三道防线。
（五）加强薄弱环节设计
“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固”是我们在结构设计过程中始终要遵循的原则之一，这就要求我们要加强对薄弱环节的设计。在设计的过程中要注意以下几点：
1、有目的性地控制薄弱部位，确保其在地震作用中，既有足够的变形能力，又不发生位移。
2、要对构件的实际承载力进行分析，以此判断薄弱层的基础是否满足抗震要求。
3、确保薄弱部位的实际承载力与设计弹性受力比保持在一个相对稳定的变化范围内。
4、注意协调结构的整体刚度和承载力，避免局部过强。
（六）建筑结构消震和隔震设计
在消能减震与隔震设计方面，可以选择密实度高的地基，还能运用下列几点措施。
首先，在选择结构构件材料上，要选择延性好的，以消耗地震能量，确保在地震作用下建筑物不倒塌；
其次还可依据建筑的实际需求，设计适宜的隔震系数，设置某种隔震装置在基础和上部结构之间进行设置，致使地震能量降低向上部的输入，进而使上部结构振动降低，基础隔震类型主
要有摩擦滑移隔震、叠层橡胶支座隔震、支承式摆动隔震、混合隔震、滚动隔震等；
除此之外，改变结构体系的动力特性，可对结构自身的某些构件作构造上的处理，或附加子结构系统或消能装置在结构的一些部位。当前常用的消能减震装置有摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器、勃弹性阻尼器、勃性液体阻尼器、铅挤压阻尼器等。