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摘要: 随着社会及经济的迅速发展 ，高层建筑越来越被广泛应用。本文介绍了高层建筑的设计目标，分析了各种不同的抗震概念设计。
关键词: 高层建筑 ；抗震
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
引言
随着我国经济的发展社会主义现代化建设和城市化进程的不断向前推进，建设用地日趋紧张，少占地多占天的模式越来越成为主流思想，促使建筑功能越来越多样化，高层建筑得的发展是大势所趋。高层建筑的特点是高度比较高 ，高层建筑中抗水平力成为设计的主要矛盾，所以地震荷载和风荷载在设计过程中占主导和控制地位。而我国处于亚欧板块与太平洋板块交接位置是地震多发国家 ，因此高层建筑的抗震设计分析显得尤为重要。地震是一种随机振动， 有着难于把握的复杂性 和不确定性， 很难准确预测建筑物所遭遇地震的特
性和参数。在结构内力分析方面， 由于未能充分考虑结构的空间作用、 非彈性性质、 材料时效、 阻尼变化等多种因素， 也存在着欠准确性。在建筑抗震理论远未达到科学严密程度的今天， 单靠计算， 很难 确保房屋具有足够的抗震可靠度。因此， 着眼于提高建筑总体抗震能力的概念设计， 愈来愈受到国内外工程界的普遍重视。
l、抗震设计目标
建筑所在地区的地震基本烈度， 是指该地区今 后 5 0年内，在一般场地条件下可能遭遇超越概率为 1 0 ％的地震烈度。抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。我国《 建筑抗震设计规范》 提出三个水准的设防要求， 即“ 小震不坏， 中震可修， 大震不倒” 。但具体做法上，是通过 二阶段设计 法来实现的。( 一) 第一阶段设计。按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力， 以及在 小震作用下验算结构的弹性变性。( 二) 第二阶段设计。在大震作用下验算结构的弹塑性变形， 以满足第三水准抗震设防目标的要求。第二水准抗震设防目标的要求， 是以抗震构造措施来保证的。
2、高层建筑抗震方法
针对高层建筑特殊的性质， 分别从以下几个方面来考虑其抗震设防的方法：
2.1 正确选择合理的结构体系
地震对建筑物的伤害主要是水平地震力所造成的剪切破坏，所以根据结构体系对抗侧力能力的不同，钢筋砼结构主要可分为框架结构、框架 - 剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等 ，这也是我国高层建筑长采用的结构形式。由于这些体系的结构形式、抵抗水平力的能力有所区别，尤其是对地震反映大不相同，因此它们适用于不同的场合。
框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，框架梁和柱既承受垂直荷载，又承受水平荷载，并可为建筑提供灵活布置的室内空间。当建筑物层数较少时，水平荷载对结构的影响较小，采用框架结构体系比较合理，当层数较多时，由于框架结构在水平力的作用下，内力分布很不均匀，并存在着层间屈服强度特别弱的楼层，且由于框架结构的构件截面惯性矩相对较小，导致侧向刚度较小，侧向变形较大，在强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服，发生弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，震害一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更容易发生破坏，除剪跨比较小的短柱易发生柱中剪切破坏外，一般柱是柱端的弯曲破坏。因此框架结构属于以剪切变形为主的柔性结构，使用高度受到限制，主要用于非抗震设计和层数相对较少的建筑中。剪力墙结构中，剪力墙沿横向、纵向正交布置或多轴线斜交布置，由钢筋砼墙体承受全部的水平荷载和竖向荷载，属于以弯曲变形为主的刚性结构。该种结构的抗侧力刚度比框架结构大的多，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。剪力墙结构的工作状态可分为单肢墙、小开口墙、联肢墙，单肢墙和小开口墙的截面内力完全或接近于按材料力学公式成直线分布规律，其平衡地震力矩只靠截面内力偶负担。联肢墙则通过连系梁使许多墙肢共同工作，地震力矩可由多个墙肢的截面内力矩与连梁对墙肢的约束力矩共同负担，设计原则是梁先屈服，然后墙肢弯曲破坏丧失承载内力。当连梁钢筋屈服并且有延性时，即可吸收大量地震能量，又能继续传递，弯矩和剪力，对墙肢有一定的约束作用。由于剪力墙结构自重大，建筑平面布置局限性大，难以满足建筑内部大空间的要求。因此其更多地用于墙体布置较多，房间面积要求不太大的建筑物中，既减少了非承重隔墙的数量，也可使室内无外露梁柱，达到整体美观。
框架——剪力墙结构是指在框架结构中的适当部位增设一些剪力墙，是刚柔相结合的结构体系，能提供建筑大开间的使用空间，是由若干道单片剪力墙与框架组成。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力，但由于两者刚度相差很大，变形形状也不相同，必须通过各层楼板使其变形一致，达到框架和剪力墙的协同工作。从受力特点看，剪力墙是以弯曲变形为主，框架是以剪切变形为主，由于变位协调，在顶部框架协助剪力墙抗震，在底部剪力墙协助框架抗震，其抗震性能由于较好的的发挥了各自的优点而大为提高。因此可以适用于各种不同高度建筑物的要求而被广泛采用。
以上分析了三种常用的钢筋砼结构体系的特点，通过分析比较看出，选择高层建筑结构抗侧力体系通常需要考虑的两个主要原因是建筑物的高度和用途。
2.2选择合理的地基形式
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。
2.3减少地震能量输入
建筑物遭遇地震时， 所受的地震作用的大小随着结构的动力特性、 场地条件和地震动参数的不同而变化。对于高层建筑， 选择坚硬的场地土建造高层建筑， 可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动卓越周期， 可防止共振破坏
2.4合理的结构布置
结构平面宜简单、 规则， 刚度和承载力分布均匀。否则结构的质心与刚心不重合， 扭转振动明显， 导致远离刚心的刚度较小的构件， 侧移量加大，所分担的水平地震力也显著增大， 很容易发生破坏， 甚至导致整个结构因一侧结构失效而倒塌。结构竖向体型宜规则、 均匀， 结构的侧向刚度宜下大上小， 逐步均匀变化。如果存在柔弱楼层 ，在地震作用下， 此柔弱楼层的层间侧移将因塑性变形集中而骤然加大， 破坏程度加重， 并进而危及该层以上各楼层甚至整个楼房的安全。
2.5妥善处理非结构部件
高楼结构的非结构部件或多或少的参与抗震工作， 从而改变了整个结构或某些构件的承载力和传力路线， 产生出乎预料的抗震效果， 或者造成未曾估计到的局部震害。因此有必要妥善处理非结构部件。框架填充墙能够增加结构刚度、 减小结构变形、 分担地震剪力、 吸收和耗散地震能量， 从而可能对结构产生有利影响。同时填充墙也可能造成结构偏心、 在框架中形成短柱等情况， 加重结构震害。所以在结构设计时必须考虑到填充墙的影响。设
计玻璃幕墙时， 要根据结构在地震作用下可能产生的最大侧移， 来确定玻璃与钢框格之间的有效间隙。在现代高层中， 预制钢筋混凝土墙板或加气混凝土墙板与主体结构的连接， 要根据结构抗震分析中是否要求外墙板参与受力、 结构抗推刚度的大小、 抗震设防烈度的高低来确定使用刚性连接还是柔性连接， 并采取有效的连接措施。
结束语
地震灾害已经成为人们关注的一个焦点，尤其是高层建筑抗震设计更是备受人们注意。高层建筑结构的抗震是非常有必要也是非常重要的一个方面， 必须考虑结构体系，地基基础， 结构布置， 以及非结构附件等等多方面的概念设计，从而更加有效地构造出新的措施与计划，完善建筑结构设计。
关键词: 高层建筑 ；抗震
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
引言
随着我国经济的发展社会主义现代化建设和城市化进程的不断向前推进，建设用地日趋紧张，少占地多占天的模式越来越成为主流思想，促使建筑功能越来越多样化，高层建筑得的发展是大势所趋。高层建筑的特点是高度比较高 ，高层建筑中抗水平力成为设计的主要矛盾，所以地震荷载和风荷载在设计过程中占主导和控制地位。而我国处于亚欧板块与太平洋板块交接位置是地震多发国家 ，因此高层建筑的抗震设计分析显得尤为重要。地震是一种随机振动， 有着难于把握的复杂性 和不确定性， 很难准确预测建筑物所遭遇地震的特
性和参数。在结构内力分析方面， 由于未能充分考虑结构的空间作用、 非彈性性质、 材料时效、 阻尼变化等多种因素， 也存在着欠准确性。在建筑抗震理论远未达到科学严密程度的今天， 单靠计算， 很难 确保房屋具有足够的抗震可靠度。因此， 着眼于提高建筑总体抗震能力的概念设计， 愈来愈受到国内外工程界的普遍重视。
l、抗震设计目标
建筑所在地区的地震基本烈度， 是指该地区今 后 5 0年内，在一般场地条件下可能遭遇超越概率为 1 0 ％的地震烈度。抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。我国《 建筑抗震设计规范》 提出三个水准的设防要求， 即“ 小震不坏， 中震可修， 大震不倒” 。但具体做法上，是通过 二阶段设计 法来实现的。( 一) 第一阶段设计。按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力， 以及在 小震作用下验算结构的弹性变性。( 二) 第二阶段设计。在大震作用下验算结构的弹塑性变形， 以满足第三水准抗震设防目标的要求。第二水准抗震设防目标的要求， 是以抗震构造措施来保证的。
2、高层建筑抗震方法
针对高层建筑特殊的性质， 分别从以下几个方面来考虑其抗震设防的方法：
2.1 正确选择合理的结构体系
地震对建筑物的伤害主要是水平地震力所造成的剪切破坏，所以根据结构体系对抗侧力能力的不同，钢筋砼结构主要可分为框架结构、框架 - 剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等 ，这也是我国高层建筑长采用的结构形式。由于这些体系的结构形式、抵抗水平力的能力有所区别，尤其是对地震反映大不相同，因此它们适用于不同的场合。
框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，框架梁和柱既承受垂直荷载，又承受水平荷载，并可为建筑提供灵活布置的室内空间。当建筑物层数较少时，水平荷载对结构的影响较小，采用框架结构体系比较合理，当层数较多时，由于框架结构在水平力的作用下，内力分布很不均匀，并存在着层间屈服强度特别弱的楼层，且由于框架结构的构件截面惯性矩相对较小，导致侧向刚度较小，侧向变形较大，在强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服，发生弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，震害一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更容易发生破坏，除剪跨比较小的短柱易发生柱中剪切破坏外，一般柱是柱端的弯曲破坏。因此框架结构属于以剪切变形为主的柔性结构，使用高度受到限制，主要用于非抗震设计和层数相对较少的建筑中。剪力墙结构中，剪力墙沿横向、纵向正交布置或多轴线斜交布置，由钢筋砼墙体承受全部的水平荷载和竖向荷载，属于以弯曲变形为主的刚性结构。该种结构的抗侧力刚度比框架结构大的多，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。剪力墙结构的工作状态可分为单肢墙、小开口墙、联肢墙，单肢墙和小开口墙的截面内力完全或接近于按材料力学公式成直线分布规律，其平衡地震力矩只靠截面内力偶负担。联肢墙则通过连系梁使许多墙肢共同工作，地震力矩可由多个墙肢的截面内力矩与连梁对墙肢的约束力矩共同负担，设计原则是梁先屈服，然后墙肢弯曲破坏丧失承载内力。当连梁钢筋屈服并且有延性时，即可吸收大量地震能量，又能继续传递，弯矩和剪力，对墙肢有一定的约束作用。由于剪力墙结构自重大，建筑平面布置局限性大，难以满足建筑内部大空间的要求。因此其更多地用于墙体布置较多，房间面积要求不太大的建筑物中，既减少了非承重隔墙的数量，也可使室内无外露梁柱，达到整体美观。
框架——剪力墙结构是指在框架结构中的适当部位增设一些剪力墙，是刚柔相结合的结构体系，能提供建筑大开间的使用空间，是由若干道单片剪力墙与框架组成。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力，但由于两者刚度相差很大，变形形状也不相同，必须通过各层楼板使其变形一致，达到框架和剪力墙的协同工作。从受力特点看，剪力墙是以弯曲变形为主，框架是以剪切变形为主，由于变位协调，在顶部框架协助剪力墙抗震，在底部剪力墙协助框架抗震，其抗震性能由于较好的的发挥了各自的优点而大为提高。因此可以适用于各种不同高度建筑物的要求而被广泛采用。
以上分析了三种常用的钢筋砼结构体系的特点，通过分析比较看出，选择高层建筑结构抗侧力体系通常需要考虑的两个主要原因是建筑物的高度和用途。
2.2选择合理的地基形式
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。
2.3减少地震能量输入
建筑物遭遇地震时， 所受的地震作用的大小随着结构的动力特性、 场地条件和地震动参数的不同而变化。对于高层建筑， 选择坚硬的场地土建造高层建筑， 可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动卓越周期， 可防止共振破坏
2.4合理的结构布置
结构平面宜简单、 规则， 刚度和承载力分布均匀。否则结构的质心与刚心不重合， 扭转振动明显， 导致远离刚心的刚度较小的构件， 侧移量加大，所分担的水平地震力也显著增大， 很容易发生破坏， 甚至导致整个结构因一侧结构失效而倒塌。结构竖向体型宜规则、 均匀， 结构的侧向刚度宜下大上小， 逐步均匀变化。如果存在柔弱楼层 ，在地震作用下， 此柔弱楼层的层间侧移将因塑性变形集中而骤然加大， 破坏程度加重， 并进而危及该层以上各楼层甚至整个楼房的安全。
2.5妥善处理非结构部件
高楼结构的非结构部件或多或少的参与抗震工作， 从而改变了整个结构或某些构件的承载力和传力路线， 产生出乎预料的抗震效果， 或者造成未曾估计到的局部震害。因此有必要妥善处理非结构部件。框架填充墙能够增加结构刚度、 减小结构变形、 分担地震剪力、 吸收和耗散地震能量， 从而可能对结构产生有利影响。同时填充墙也可能造成结构偏心、 在框架中形成短柱等情况， 加重结构震害。所以在结构设计时必须考虑到填充墙的影响。设
计玻璃幕墙时， 要根据结构在地震作用下可能产生的最大侧移， 来确定玻璃与钢框格之间的有效间隙。在现代高层中， 预制钢筋混凝土墙板或加气混凝土墙板与主体结构的连接， 要根据结构抗震分析中是否要求外墙板参与受力、 结构抗推刚度的大小、 抗震设防烈度的高低来确定使用刚性连接还是柔性连接， 并采取有效的连接措施。
结束语
地震灾害已经成为人们关注的一个焦点，尤其是高层建筑抗震设计更是备受人们注意。高层建筑结构的抗震是非常有必要也是非常重要的一个方面， 必须考虑结构体系，地基基础， 结构布置， 以及非结构附件等等多方面的概念设计，从而更加有效地构造出新的措施与计划，完善建筑结构设计。