【摘 要】地震災(zāi)害是人類(lèi)面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，強(qiáng)烈地震常造成人身和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。而高層混凝土建筑是當(dāng)前普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式，這種建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)更是一大重點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；

一、高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及地震作用下的破壞特點(diǎn)

1、高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高層建筑指的是建筑物高于28m，并且樓層超過(guò)十層的建筑。高層建筑結(jié)構(gòu)其實(shí)說(shuō)白了就是一種豎向的懸臂結(jié)構(gòu)。高層建筑結(jié)構(gòu)上的彎矩和軸向力是水平荷載跟垂直荷載導(dǎo)致的，建筑的高度跟軸向力實(shí)際上呈現(xiàn)線性關(guān)系。高層建筑的層數(shù)與水平位移，跟彎矩是呈上升曲線的關(guān)系，并且軸向力是與高度成正比例。從受力特性方面來(lái)說(shuō)，當(dāng)水平荷載離分布較均勻時(shí)，建筑的高度跟彎矩是呈二次方變化關(guān)系，而當(dāng)垂直荷載方向不變時(shí)，高層建筑的增加高度所帶來(lái)的受力也很小。

2、發(fā)生地震時(shí)高層建筑的破壞特點(diǎn)

（1）地基破壞特點(diǎn)。如果高層建筑是處于軟弱土層上，就比較容易發(fā)生破壞，因?yàn)橥馏w液化會(huì)引起基礎(chǔ)沉降，最終會(huì)出現(xiàn)上部建筑結(jié)構(gòu)的傾斜，在一些危險(xiǎn)地段所修的高層建筑，如果遇到地震，建筑的基礎(chǔ)就會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，甚至導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)裂縫，并且一旦高層建筑自身的結(jié)構(gòu)周期跟場(chǎng)地周期相同時(shí)就會(huì)出現(xiàn)共振效應(yīng)，嚴(yán)重的破壞結(jié)構(gòu)。

（2）結(jié)構(gòu)體系破壞特點(diǎn)。如果高層建筑是框架填墻結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生地震，建筑平面的內(nèi)框架柱上部就易發(fā)生剪切型破壞，而窗洞部分因?yàn)榇跋聣Φ淖饔脮?huì)導(dǎo)致短柱性破壞。框架剪力墻結(jié)構(gòu)受地震的破壞程度比較輕。底框結(jié)構(gòu)因?yàn)榈讓泳哂休^低的剛度，一旦發(fā)生地震，就會(huì)受到嚴(yán)重的破壞，而如果使用框架填墻結(jié)構(gòu)，因?yàn)榈讓涌蚣苁浅ㄩ_(kāi)式，沒(méi)砌墻時(shí)具有較低的剛度，所以，底層會(huì)受到嚴(yán)重的破壞。

（3）剛度破壞特點(diǎn)。建筑的主體結(jié)構(gòu)使用矩形平面式，建筑中的電梯井等如果發(fā)生偏心，在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的作用下會(huì)加重地震破壞度，而L形和三角形等對(duì)稱(chēng)性不強(qiáng)的平面形式，地震中更容易受到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的破壞，加重震害。

（4）構(gòu)件的破壞特點(diǎn)。采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑中，柱會(huì)比板和梁破壞嚴(yán)重，剪力墻的窗臺(tái)下部位置比較容易發(fā)生交叉性裂縫。而框架柱因?yàn)樵O(shè)置了螺旋箍筋，所以，層間位移角比較大，框架柱在地震時(shí)具有較強(qiáng)的抵抗力。

二、高層建筑抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、結(jié)構(gòu)規(guī)則性。建筑物尤其是高層建筑物設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)需求對(duì)建筑進(jìn)行合理的布置。大量地震災(zāi)禍標(biāo)明平立面簡(jiǎn)略且對(duì)稱(chēng)的構(gòu)造類(lèi)型建筑物在地震時(shí)具有較好的抗震功能，因?yàn)樵摲N構(gòu)造建筑簡(jiǎn)略估量出其地震反映易于采納相應(yīng)的抗震構(gòu)造辦法而且進(jìn)行細(xì)部處理。建筑構(gòu)造的規(guī)則性是指建筑物在平立面外形尺寸抗側(cè)力構(gòu)件布置、承載力散布等多方面要素需求。需求建筑物平面對(duì)稱(chēng)均勻體型簡(jiǎn)略構(gòu)造剛度質(zhì)量沿建筑物豎向改變均勻，一起應(yīng)確保建筑物有滿足的改變剛度以減小構(gòu)造的改變影響，并應(yīng)盡量滿足建筑物在豎向上重力荷載受力均勻以盡量減小構(gòu)造內(nèi)應(yīng)力和豎向構(gòu)件間差異變形對(duì)建筑構(gòu)造產(chǎn)生的不利影響。

2、層間位移限制。高層建筑都具有較大的高寬比，其在風(fēng)力和地震作用下往往能夠產(chǎn)生較大的層間位移，甚至?xí)^(guò)結(jié)構(gòu)的位移限值。而國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)為該位移限值大小與結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系甚至裝修標(biāo)準(zhǔn)以及側(cè)向荷載等諸多因素有關(guān)，其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值（一般在1/400-1/700范圍內(nèi)）則比鋼結(jié)構(gòu)（1/200-1/500范圍內(nèi)）要求嚴(yán)格，風(fēng)荷載作用下的限值比地震作用下的要求嚴(yán)格，因此在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑物的實(shí)際情況以及所處的地理位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，既要滿足其具有足夠的剛度又要避免結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下產(chǎn)生過(guò)大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性以及正常使用功能等。

3、控制地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。大量事實(shí)表明，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的平面布置等不規(guī)則、不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致建筑層間水平荷載合力中心與建筑結(jié)構(gòu)剛度中心不重合，在地震發(fā)生時(shí)建筑結(jié)構(gòu)除發(fā)生水平位移外還易發(fā)生扭轉(zhuǎn)性破壞甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)整體倒塌，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分重視扭轉(zhuǎn)的影響。由于建筑物在扭轉(zhuǎn)作用下各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間變形不同，其中距剛心較遠(yuǎn)的結(jié)構(gòu)邊緣的抗側(cè)力單元的層間側(cè)移最大；同時(shí)在上下剛度不均勻變化的結(jié)構(gòu)中，各層的剛度中心未能在同一軸線上，甚至?xí)a(chǎn)生較大差距，以上情況都會(huì)使各層結(jié)構(gòu)的偏心距和扭矩發(fā)生改變，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)各層的扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)分別計(jì)算。

三、提高短柱抗震性能的應(yīng)對(duì)措施

1、場(chǎng)地和地基的選擇

關(guān)于高層建筑的抗震效果，地基的情況和場(chǎng)地狀況較會(huì)產(chǎn)生直接的作用，也稱(chēng)為建筑抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。如何選擇地基和場(chǎng)地，一定要詳細(xì)清楚當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒?dòng)狀況，仔細(xì)勘查地質(zhì)情況，并獲取全方位的數(shù)據(jù)資料，從而可以有效的進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和研究，正確的評(píng)判當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)計(jì)等級(jí)。采用一切辦法去規(guī)避不利于抗震設(shè)計(jì)的地方，如果不能規(guī)避的場(chǎng)地，我們要做針對(duì)性的處理。在選擇高層建筑地基時(shí)，首選的是較高密實(shí)度的基土和巖石，將有利于提升建筑地基的抗震能力，切勿采用哪些不適合抗震的軟性地基土。務(wù)必要采用合理的措施對(duì)達(dá)不到地震需求的地基進(jìn)行改善和加固，從而讓它滿足抗震要求。

2、增加抗震防線

高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)是由多個(gè)延性分體系構(gòu)成的，并且各個(gè)延性構(gòu)件是相互協(xié)調(diào)連接的，如框剪力結(jié)構(gòu)就是結(jié)合了剪力墻與框架分體而構(gòu)成的多肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，通常在大型地震出現(xiàn)后會(huì)發(fā)生余震，所以，若是只設(shè)置一道抗震防線，一旦該抗震防線受到余震的破壞，就會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷到高層主體結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)倒塌。設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防體系，并確保同一平面內(nèi)的主要構(gòu)件屈服，剩余抗側(cè)力部件處于彈性過(guò)程階段，提高主體結(jié)構(gòu)的有效屈服持續(xù)時(shí)間，保證主體結(jié)構(gòu)具有加強(qiáng)的延性和抗側(cè)移能力。在進(jìn)行建筑的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)移值太大的現(xiàn)象，最終引起其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度不夠，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須適當(dāng)強(qiáng)化構(gòu)件的抗側(cè)移能力，必須反復(fù)權(quán)衡施工中的以大帶小與個(gè)別抗側(cè)力部件的配筋率提高等設(shè)計(jì)行為。

3、隔震和消能減震設(shè)計(jì)

某些高層建筑需要非常嚴(yán)格的抗震要求，要滿足一般的抗震效果，還必須實(shí)現(xiàn)消能、隔振的效果。所以，要達(dá)到上述目標(biāo)，第一，正確選擇地基和場(chǎng)地，首選那些較高密實(shí)度的地基，這樣可以避免發(fā)生輕地震時(shí)其能量對(duì)建筑產(chǎn)生的損害，減少共振發(fā)生幾率。建筑物不同，其隔振系數(shù)也是不一樣的。所以說(shuō)，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，務(wù)必要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)詳細(xì)研究，選取適宜的隔震支座，還要綜合分析風(fēng)力產(chǎn)生的負(fù)荷作用。那些具有消能、隔振要求的建筑構(gòu)件，延性好的材料是比較適合的，強(qiáng)度能夠滿足要求，能夠確保建筑物受地震時(shí)減弱破壞。

4、抗震加固設(shè)計(jì)

在多數(shù)情況下，高層建筑都明確了設(shè)防抗震要求，所以，高層建筑不但要滿足一定的剛度和延性要求，還需滿足一定的強(qiáng)度要求，而鋼筋混凝土由于本身的自重比較大，特別是底層柱其軸力跟建筑物高度是成正比的關(guān)系，而主要構(gòu)件對(duì)延性有一定的要求，在層高既定時(shí)，往往以調(diào)整軸壓比的形式來(lái)增強(qiáng)構(gòu)件的延性，但是軸壓比不可太大，要不然就會(huì)構(gòu)成結(jié)構(gòu)短柱，延性相當(dāng)有限，如果遇上高烈度的地震，易導(dǎo)致剪切破壞，最終會(huì)導(dǎo)致整體的倒塌，所以必須進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

（1）選用螺旋復(fù)合箍筋?？蚣苤目辜裟芰?yīng)該跟強(qiáng)剪弱彎與剪壓比想符合，柱子端部的抗彎能力必須滿足強(qiáng)柱弱梁限值的標(biāo)準(zhǔn)，而短柱在強(qiáng)柱弱梁與強(qiáng)剪弱彎時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致剪切性破壞，螺旋復(fù)合箍筋的突出優(yōu)點(diǎn)就是可以有效提高柱子的抗沖剪能力，提高短柱抗震性能。

（2）選用分體柱。短柱的抗彎性能強(qiáng)于抗剪性能，所以，在實(shí)際地震中往往是抗彎能力還沒(méi)真正發(fā)揮作用就已出現(xiàn)了剪壞破壞，設(shè)計(jì)時(shí)需適當(dāng)減少短柱的抗彎能力，讓它跟抗剪強(qiáng)度相近，才會(huì)讓短柱在地震中從一開(kāi)始就滿足抗彎的屈服強(qiáng)度。設(shè)計(jì)中常常使用減少抗彎強(qiáng)度的形式，即把柱子沿豎向設(shè)縫，并把它劃分成各個(gè)分體柱，分體柱的配筋可在柱肢間布置一定數(shù)量的連接鍵，真正增強(qiáng)構(gòu)件的剛度與抗震性能，常常使用通縫、分隔板和摩擦阻尼器等連接鍵。選用分體柱，雖說(shuō)不能增強(qiáng)柱子的抗剪性能，但是在降低了抗彎能力時(shí)就提高了柱子的抗變形能力，實(shí)現(xiàn)了短柱向長(zhǎng)柱的轉(zhuǎn)變，有效提高了短柱的抗震能力。

5、抗側(cè)力體形的優(yōu)化

在一般性構(gòu)造的高樓中，剛超過(guò)柔，那些剛性結(jié)構(gòu)方案的高樓，主體結(jié)構(gòu)遭遇的損害少，如果發(fā)生地震時(shí)其結(jié)構(gòu)變形也不大，圍護(hù)墻、隔墻等非結(jié)構(gòu)部件也會(huì)破壞較少，受到較好的保護(hù)。結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)也會(huì)增強(qiáng)，遭遇地震時(shí)的塑性鉸變大，耗費(fèi)較多的地震能量。結(jié)構(gòu)也會(huì)在強(qiáng)地震情況下更加具有承受力，而不至于傾倒。改觀結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制，并確保結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損害時(shí)依據(jù)整體屈服機(jī)制工作，并不依靠樓層屈服機(jī)制。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的原則是強(qiáng)壓弱拉、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)節(jié)弱桿。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)理應(yīng)選擇軸力小的水平桿件，成為關(guān)鍵的耗能桿件，盡量的產(chǎn)生彎曲耗能，確保實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的較強(qiáng)的耗能能力和不小的延性。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該提升設(shè)備和結(jié)構(gòu)的關(guān)系來(lái)滿足現(xiàn)在抗震設(shè)計(jì)的要求。從而消除高層建筑抗震的薄弱環(huán)節(jié)，達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。適應(yīng)科技和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，達(dá)到人們需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹政雯.淺議高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，（12）.

[2]劉建鑫.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析的主要內(nèi)容[J].呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，（02）.

[3]梁菲菲，王亞男.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的探討[J].門(mén)窗，2014，（09）.