【摘要】由于高層建筑坐落在不同的地域，加上地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，高層建筑很容易受到地震等自然災(zāi)害的損害，地震發(fā)生具有很大的隨機(jī)性，破壞后果嚴(yán)重。因此加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究具有重要的意義。本文即詳細(xì)闡述了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)抗震；抗震防線；消能減震

一、地震對(duì)高層建筑的作用影響分析

（一）對(duì)高層建筑構(gòu)件形式方面

1、在高層建筑的框架結(jié)構(gòu)中，通常地震對(duì)板和梁的破壞程度輕于柱；

2、地震作用經(jīng)常在多肢剪力墻（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）的窗下引起交叉斜向的裂縫；

3、如果混凝土柱配置螺旋箍筋，即使地震引起較大的層間位移，對(duì)柱以及核心混凝土作用并不明顯；

4、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，如長(zhǎng)、短柱并用于同一樓層，長(zhǎng)柱受損害較輕。

（二）對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)體系方面

1、對(duì)于鋼筋混凝土柱、板體系的高層建筑，各層樓板因樓層柱腳破壞或者側(cè)移過大以及樓板沖切等因素而在地面墜落重疊；

2、對(duì)于“填墻框架”體系的高層建筑，由于受窗下墻的約束，因而容易發(fā)生外墻框架柱在窗洞處短柱型剪切現(xiàn)象；

3、對(duì)于“填墻框架”體系的高層建筑，地震對(duì)采用敞開式框架間未砌磚墻的底層破壞嚴(yán)重；

4、對(duì)于框架-抗震墻體系的高層建筑，地震損害不大；

5、對(duì)于“底框結(jié)構(gòu)”體系的高層建筑，地震嚴(yán)重破壞剛度柔弱的底層。

（三）對(duì)高層建筑地基方面

1、如果地基自振周期與高層建筑結(jié)構(gòu)的基本周期相同或相近，地震作用因共振效應(yīng)而增加；

2、如果高層建筑處在危險(xiǎn)和地形不利的區(qū)域，則容易使高層建筑因地基破壞而受損；

3、地基處地質(zhì)不均勻，在地震作用下容易使上部結(jié)構(gòu)傾斜甚至倒塌；

4、若高層建筑的地基處有較厚的軟弱沖積土層，則地震作用對(duì)高層建筑的損害顯著增大。

（四）對(duì)高層建筑剛度分布方面

1、對(duì)于采用L形以及三角形等平面不對(duì)稱的高層建筑，地震作用能夠使建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，因而損害現(xiàn)象嚴(yán)重；

2、對(duì)于采用矩形平面布置的高層建筑結(jié)構(gòu)，如果該建筑的抗側(cè)力構(gòu)件（如電梯井等）布置存在偏心情況時(shí)時(shí)，同樣會(huì)使建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)常見的問題

（一）缺乏巖土工程勘察資料或資料不全

主要表現(xiàn)在：

一是建筑場(chǎng)地巖土工程的勘察資料在擴(kuò)建初設(shè)計(jì)階段還沒有到位。

二是在擴(kuò)初設(shè)計(jì)會(huì)審之后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計(jì)。

三是施工圖設(shè)計(jì)只是在簡(jiǎn)單的規(guī)劃設(shè)計(jì)或方案設(shè)計(jì)會(huì)審后就直接出來了。

四是沒有巖土工程勘察資料。這樣設(shè)計(jì)就成了無源之水，無水之木，沒有依據(jù)。結(jié)構(gòu)的平面布置中外形不規(guī)則、不對(duì)稱、凹凸變化尺度大、形心質(zhì)心偏心大，同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度不均勻不對(duì)稱，平面長(zhǎng)度過長(zhǎng)等。

（二）一個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)采用兩種不同的結(jié)構(gòu)受力體系

如這一邊選用砌體承重，而另一邊或局部選用全框架承重或排架承重；還有一種是底框磚房中一邊為底框，而另一邊為磚墻落地承重，這種情況比較常出現(xiàn)在平面縱軸與街道軸線相交的住宅，一般設(shè)計(jì)為底層為商店，設(shè)計(jì)成一半為底框磚房（有的為二層底框），而另一半為磚墻落地自承，造成突變?cè)谄矫鎰偠群拓Q向剛度二者之間，對(duì)抗震非常的有作用。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法

（一）選擇合適的抗震場(chǎng)地

每次地震發(fā)生時(shí)高層建筑都遭到很大的破壞，這除了是因?yàn)榈刂菲茐牧烁邔咏ㄖ慕Y(jié)構(gòu)外，跟高層建筑的場(chǎng)地也有很大的關(guān)系。地震可能會(huì)引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂，還可能會(huì)引起地基土的小均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，我們應(yīng)該選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，同時(shí)應(yīng)避開對(duì)抗震不利的地段，即使無法避開時(shí)，也應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施，應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類別采取加強(qiáng)地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度，和根據(jù)地基液化等級(jí)部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施；當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴(yán)重不均勻土層時(shí)，采用樁基、地基加固和加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的處理措施，應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響，對(duì)于地震時(shí)可能導(dǎo)致滑移或地裂的場(chǎng)地，應(yīng)采取相應(yīng)的地基穩(wěn)定措施。

（二）盡可能設(shè)置多道抗震防線

一個(gè)帶有抗地震性能的結(jié)構(gòu)不能僅僅是一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，必須要由多個(gè)具有良好延展性的結(jié)構(gòu)分體系來構(gòu)成，從而使得各個(gè)延展性結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)件能夠互相連接起來從而進(jìn)行協(xié)同工作。比如框架剪力墻結(jié)構(gòu)就是由帶有延展性的框架以及剪力墻這兩個(gè)分體結(jié)構(gòu)來組成的，其剪力墻主要是由雙肢或者多肢的建立墻體結(jié)構(gòu)組合而成的。

高層建筑在受到強(qiáng)烈的地震之后，還會(huì)受到多次的余震影響，如果建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中僅僅建立了一道抗震的防御結(jié)構(gòu)，那么在第一次的強(qiáng)震破壞之后，如果再遭遇到余震，必然會(huì)使得建筑結(jié)構(gòu)因?yàn)閾p傷的不斷累積而導(dǎo)致傾斜或者坍塌的現(xiàn)象發(fā)生。建筑的結(jié)構(gòu)體系通常來說都是都是分別建立在建筑的內(nèi)部和外部，在受到地震破壞的過程中，內(nèi)部和外部所分布的屈服區(qū)，能夠有效的將各個(gè)方向的能量進(jìn)行最大限度的釋放，從而有效的提升了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，防止建筑發(fā)生倒塌的現(xiàn)象。

（三）對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力

1、構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，構(gòu)件的實(shí)際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。

2、要使樓層（部位）的實(shí)際承載能力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力的比值在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時(shí)，會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。

3、要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

4、在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、有目的地控制薄弱層（部位），使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。

（四）提高短柱抗震性能的應(yīng)對(duì)措施

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(gè)結(jié)構(gòu)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(qiáng)度等級(jí)，即采用高強(qiáng)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(qiáng)混凝土材料本身的延性較差，采用時(shí)須慎重或與其他措施配合使用。此外，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(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。由于鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的側(cè)向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓強(qiáng)度和極限壓應(yīng)變得到很大的提高，混凝土特別是高強(qiáng)混凝土的延性得到顯著改善。同時(shí)，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值不應(yīng)大于90，配筋率也應(yīng)控制在4.6%以內(nèi)。

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(qiáng)度不能完全發(fā)揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強(qiáng)度，使抗彎強(qiáng)度相應(yīng)于或略低于抗剪強(qiáng)度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達(dá)到抗彎強(qiáng)度，從而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)，分體柱方法已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。

（五）隔震和消能減震設(shè)計(jì)的推廣和應(yīng)用

現(xiàn)在，我國(guó)和世界的許多國(guó)家都采用適當(dāng)?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)物的剛度，越來越受到人們的青睞，被稱為“延性結(jié)構(gòu)體系”，但這種允許高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如梁、柱、墻、節(jié)點(diǎn)等）在地震進(jìn)入非彈性狀態(tài)，而且會(huì)有很大的延性，減輕地震反應(yīng)是以消耗地震能量的方法，使結(jié)構(gòu)物“裂而不倒”。這在很多情況下是有效的，但也存在很多片面性。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)安全意識(shí)越來越注重，對(duì)各種建筑物和構(gòu)筑物的抗震減震要求越來越高，傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系和理論越來越難以滿足人們的要求，傳統(tǒng)的抗震體系不具備隔震消能和各種減震控制體系，但是隔震消能和各種減震控制體系又越來越受到人們的重視，在未來的建筑結(jié)構(gòu)中將起到非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]閆旭梅.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析[J].科技傳播，2010.8.

[2]于險(xiǎn)峰.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)產(chǎn)品，2010.1.

[3]馬一鳴，李紅.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010.10.