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【摘要】本文主要分析了现行规范抗震分析与设计的内容、高层建筑抗震抗震分析与设计中常见问题以及抗震分析与设计的新趋势及抗震措施。
【关键词】高层建筑；设计；措施；基础
1.概述
“高层建筑”顾名思义就是超过一定层数或高度的建筑。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定：10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。 高层建筑中的概念设计尤为重要，概念设计涉及从方案、结构布置到计算简图的选取，从截面配筋到构件的配筋构造都存在概念设计的内容。强调结构概念设计的重要性，旨在要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，设计过程中不能陷于只凭“结构软件计算”的误区。若结构严重不规则、整体性差，则按目前的结构设计及计算技术水平，很难保证结构的抗震、抗风性能，尤其是抗震性能。
2.高层建筑设计中的常见问题
2.1高度问题
按我国最新的《高层建筑混凝土结构技术规程》规定综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度。这个高度是在我国目前建筑科研水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个建筑工程规范体系相协调的。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷載取值、力学模型选取等。
2.2结构平面布置问题
平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算刚心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过1.1者，可以认为扭转太大而结构不规则。
高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的原则尤为重要。
2.3受力问题
一般，低层建筑结构通常以抵抗竖向荷载为主，水平荷载对其影响较小。但高层建筑结构中，较大的建筑高度造成了与底层结构完全不同的受力情况，水平荷载不仅是主要荷载的一种，跟竖向荷载共同作用，而且往往还成为设计中的控制因素。随着高层建筑总高度的增加，其侧向位移增加的更大，而底部弯矩也同样很大，过大的侧向变形会使结构在竖向荷载作用下产生附加应力，会使填充墙、建筑装修和电梯轨道等服务设施出现裂缝、变形，甚至会导致结构性的损伤或裂缝，从而危及结构的正常使用和耐久性。因此，高层建筑结构不仅要有足够的强度，而且要有合理的刚度，使水平荷载所产生的侧向变形在规定的范围内。在有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能，使结构在可能的强震作用下当构件进入屈服阶段后，仍有良好的塑性变形能力，即良好的延性能力。因此，抗侧力结构的设计成为高层建筑结构设计的关键。
2.4结构体系问题
高层建筑结构体系常用的有以下几种，框架结构体系是由梁与柱这两类构件通过刚节点连接而成，其整个结构荷载均由框架承担，这种结构体系具有可以较灵活地配合建筑平面布置的特点，一般用在要求大空间的商场、地下室等，但框架结构的框架节点应力集中显著，侧向刚度小，属柔性结构等缺点。剪力墙结构体系是承受建筑物竖向和水平荷载的主体结构全部为剪力墙，其结构整体性好，刚度大，但其间距通常为3～8m，间距不能太大，因此平面布置不灵活，很难满足大空间建筑要求，而且结构自重较大，一般较多用在高层住宅设计。框架-剪力墙结构体系是在同一结构中同时采用框架和剪力墙结构，共同承担竖向和水平荷载，可以起到取长补短的作用。框架底部和剪力墙上部的层间相对位移会因协同工作而减小，从而降低了整个结构体系的层间相对位移和顶端位移，提高了结构的侧向位移；剪力墙的存在不但使框架各层梁、柱弯矩值降低，而且使各层梁、柱弯矩沿高度方向的差异减小，在数值上趋于均匀。因此，框架-剪力墙结构的抗侧刚度和承载能力较好，抗震性能也较好。
3.抗震措施
3.1尽可能设置多道抗震防线
（1）一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。
（2）强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。
（3）适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。
（4）在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。
3.2对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力
（1）构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。
（2）要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。 （3）要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。
（4）在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。
（5）考虑上部结构嵌固于基础结构或地下室结构之上时， 应使基础结构或地下室结构保持弹性工作状态，使塑性脚出现在结构的嵌固部位。由以上可以知道：高层建筑设计（尤其是高层建筑抗震设计）中应非常注重概念设计。这是由于高层建筑结构的复杂性、发生地震时地震运动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性及其他不可预测的因素，致使设计计算结果可能和实际相差很大，甚至有些作用效应至今无法定量计算出来。因此在设计中，结构分析计算虽然是结构设计的重要依据，但必须注重结构设计中的概念设计。因为仅仅靠结构分析计算往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标。从某种意义上来说，结构概念设计比结构分析计算更為重要。
4.高层建筑的基础
高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。根据上部结构类型、层数、载荷及地基承载力，可以用单独柱基、交叉梁基础、筏型基础或箱型基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用桩基或复合地基。
4.1 筏型基础
筏型基础也称为板式基础，多用在上部结构荷载较大、地基承载力较低的情况。一般有两种做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦，模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用，但地基开凿施工麻烦，而且破坏了地基的连续性，扰动了地基土，会降低地基承载力；采用倒无梁楼盖式的筏基，板厚较大，用料较多，刚度也较差，但施工较为方便，且有利于地下空间的利用。采用此种形式的筏板，应在柱下板底或板面加墩，板底加墩有利于地下空间的利用，板面加墩则施工较为方便。因此选择施工方案的时候应考虑综合因素。
4.2 桩箱和桩筏基础
在浅层地基承载力比较软弱，而坚实土层距离地面又较深的时候，采用其他类型的基础就不能满足承载力或变形控制的要求。这是应当考虑采用桩基础。
桩基础由两部分组成：一是桩基承台，二是桩基本身。桩承台的作用是将上部荷载传给桩，并使桩群连成整体，而桩又将荷载传至较深的土层中区。桩基承台一般可利用筏形基础的底板或箱形基础的底板。这时称这种形式的基础为桩筏基础或桩箱基础。
桩的类型应根据工程地质资料、结构类型、荷载性质、施工条件以及经济指标等因素确定。桩按受力性能来区分，有摩擦桩和支承桩两种。按施工方法区分，有预制桩和灌注桩两种。在桩基平台面积确定的情况下，不同桩径、不同的桩基持力层会有不同的单桩承载力，桩的平面随之也可以确定。当箱形或筏形基础下桩的数量较少时，桩基布置在墙下、梁板式筏形基础的梁下或平板式筏形基础的柱下。桩距应尽可能的大，在充分发挥单桩承载力的同时，还能发挥承台土反力作用，以取得最佳效果。
5.结语
近年来，由于我国人口的不断增加，尤其在各大城市显得极为突出，高层建筑有效地减轻了住房压力，从很大程度上推动了我国建筑行业，但必然也带来了安全隐患，其结构设计显得尤为重要。随着设计理念的不断发展，高层建筑物必将朝着更加合理的方向发展。
参考文献
[1]]建筑抗震设计规范，GB50011-2010，中国建筑工业出版社，北京，2010.5
[2]高层建筑混凝土结构技术规程，JGJ3-2010 ，中国建筑工业出版社，北京，2010.10
[3]高层建筑结构实用设计方法（第三版），赵西安编著，同济大学出版社，上海，1998年4月
作者简介：李俊杰，男（1980年生），身份证号：440301198010061335 毕业于武汉科技大学，从事结构设计工作。
【关键词】高层建筑；设计；措施；基础
1.概述
“高层建筑”顾名思义就是超过一定层数或高度的建筑。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定：10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。 高层建筑中的概念设计尤为重要，概念设计涉及从方案、结构布置到计算简图的选取，从截面配筋到构件的配筋构造都存在概念设计的内容。强调结构概念设计的重要性，旨在要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，设计过程中不能陷于只凭“结构软件计算”的误区。若结构严重不规则、整体性差，则按目前的结构设计及计算技术水平，很难保证结构的抗震、抗风性能，尤其是抗震性能。
2.高层建筑设计中的常见问题
2.1高度问题
按我国最新的《高层建筑混凝土结构技术规程》规定综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度。这个高度是在我国目前建筑科研水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个建筑工程规范体系相协调的。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷載取值、力学模型选取等。
2.2结构平面布置问题
平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算刚心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过1.1者，可以认为扭转太大而结构不规则。
高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的原则尤为重要。
2.3受力问题
一般，低层建筑结构通常以抵抗竖向荷载为主，水平荷载对其影响较小。但高层建筑结构中，较大的建筑高度造成了与底层结构完全不同的受力情况，水平荷载不仅是主要荷载的一种，跟竖向荷载共同作用，而且往往还成为设计中的控制因素。随着高层建筑总高度的增加，其侧向位移增加的更大，而底部弯矩也同样很大，过大的侧向变形会使结构在竖向荷载作用下产生附加应力，会使填充墙、建筑装修和电梯轨道等服务设施出现裂缝、变形，甚至会导致结构性的损伤或裂缝，从而危及结构的正常使用和耐久性。因此，高层建筑结构不仅要有足够的强度，而且要有合理的刚度，使水平荷载所产生的侧向变形在规定的范围内。在有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能，使结构在可能的强震作用下当构件进入屈服阶段后，仍有良好的塑性变形能力，即良好的延性能力。因此，抗侧力结构的设计成为高层建筑结构设计的关键。
2.4结构体系问题
高层建筑结构体系常用的有以下几种，框架结构体系是由梁与柱这两类构件通过刚节点连接而成，其整个结构荷载均由框架承担，这种结构体系具有可以较灵活地配合建筑平面布置的特点，一般用在要求大空间的商场、地下室等，但框架结构的框架节点应力集中显著，侧向刚度小，属柔性结构等缺点。剪力墙结构体系是承受建筑物竖向和水平荷载的主体结构全部为剪力墙，其结构整体性好，刚度大，但其间距通常为3～8m，间距不能太大，因此平面布置不灵活，很难满足大空间建筑要求，而且结构自重较大，一般较多用在高层住宅设计。框架-剪力墙结构体系是在同一结构中同时采用框架和剪力墙结构，共同承担竖向和水平荷载，可以起到取长补短的作用。框架底部和剪力墙上部的层间相对位移会因协同工作而减小，从而降低了整个结构体系的层间相对位移和顶端位移，提高了结构的侧向位移；剪力墙的存在不但使框架各层梁、柱弯矩值降低，而且使各层梁、柱弯矩沿高度方向的差异减小，在数值上趋于均匀。因此，框架-剪力墙结构的抗侧刚度和承载能力较好，抗震性能也较好。
3.抗震措施
3.1尽可能设置多道抗震防线
（1）一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。
（2）强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。
（3）适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。
（4）在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。
3.2对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力
（1）构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。
（2）要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。 （3）要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。
（4）在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。
（5）考虑上部结构嵌固于基础结构或地下室结构之上时， 应使基础结构或地下室结构保持弹性工作状态，使塑性脚出现在结构的嵌固部位。由以上可以知道：高层建筑设计（尤其是高层建筑抗震设计）中应非常注重概念设计。这是由于高层建筑结构的复杂性、发生地震时地震运动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性及其他不可预测的因素，致使设计计算结果可能和实际相差很大，甚至有些作用效应至今无法定量计算出来。因此在设计中，结构分析计算虽然是结构设计的重要依据，但必须注重结构设计中的概念设计。因为仅仅靠结构分析计算往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标。从某种意义上来说，结构概念设计比结构分析计算更為重要。
4.高层建筑的基础
高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。根据上部结构类型、层数、载荷及地基承载力，可以用单独柱基、交叉梁基础、筏型基础或箱型基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用桩基或复合地基。
4.1 筏型基础
筏型基础也称为板式基础，多用在上部结构荷载较大、地基承载力较低的情况。一般有两种做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦，模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用，但地基开凿施工麻烦，而且破坏了地基的连续性，扰动了地基土，会降低地基承载力；采用倒无梁楼盖式的筏基，板厚较大，用料较多，刚度也较差，但施工较为方便，且有利于地下空间的利用。采用此种形式的筏板，应在柱下板底或板面加墩，板底加墩有利于地下空间的利用，板面加墩则施工较为方便。因此选择施工方案的时候应考虑综合因素。
4.2 桩箱和桩筏基础
在浅层地基承载力比较软弱，而坚实土层距离地面又较深的时候，采用其他类型的基础就不能满足承载力或变形控制的要求。这是应当考虑采用桩基础。
桩基础由两部分组成：一是桩基承台，二是桩基本身。桩承台的作用是将上部荷载传给桩，并使桩群连成整体，而桩又将荷载传至较深的土层中区。桩基承台一般可利用筏形基础的底板或箱形基础的底板。这时称这种形式的基础为桩筏基础或桩箱基础。
桩的类型应根据工程地质资料、结构类型、荷载性质、施工条件以及经济指标等因素确定。桩按受力性能来区分，有摩擦桩和支承桩两种。按施工方法区分，有预制桩和灌注桩两种。在桩基平台面积确定的情况下，不同桩径、不同的桩基持力层会有不同的单桩承载力，桩的平面随之也可以确定。当箱形或筏形基础下桩的数量较少时，桩基布置在墙下、梁板式筏形基础的梁下或平板式筏形基础的柱下。桩距应尽可能的大，在充分发挥单桩承载力的同时，还能发挥承台土反力作用，以取得最佳效果。
5.结语
近年来，由于我国人口的不断增加，尤其在各大城市显得极为突出，高层建筑有效地减轻了住房压力，从很大程度上推动了我国建筑行业，但必然也带来了安全隐患，其结构设计显得尤为重要。随着设计理念的不断发展，高层建筑物必将朝着更加合理的方向发展。
参考文献
[1]]建筑抗震设计规范，GB50011-2010，中国建筑工业出版社，北京，2010.5
[2]高层建筑混凝土结构技术规程，JGJ3-2010 ，中国建筑工业出版社，北京，2010.10
[3]高层建筑结构实用设计方法（第三版），赵西安编著，同济大学出版社，上海，1998年4月
作者简介：李俊杰，男（1980年生），身份证号：440301198010061335 毕业于武汉科技大学，从事结构设计工作。