高层建筑结构抗震设计

摘 要：由于高层建筑层数多、高度较高，结构也比一般建筑复杂，高层建筑的抗震一直是建筑设计和建筑施工的重点。在高层建筑的结构抗震设计中，采用基于性能的抗震设计方法，有助于提高高层建筑工程抗震设计的可靠性，避免抗震安全隐患，促进高层建筑技术发展。

关键词：高层建筑结构；抗震设计

1前言

基于性能的抗震设计理念和方法，自20 世纪90年代在美国兴起，并日益得到工程界的关注。美国的ATC 40 （ 1996年）、FEMA237 （ 1997 年）提出了既有建筑评定、加固中使用多重性能目标的建议，并提供了设计方法。美国加州结构工程师协会SEAO于1995年提出了新建房屋基于性能的抗震设计。1998年和2000年，美国FEMA又发布了几个有关基于性能的抗震设计文件。日本也开始将抗震性能设计的思想正式列入设计和加固标准中，并已由建筑研究所（ BRI） 提出了一个性能标准。欧洲混凝土协会 （CEB）于2003 年出版了《钢筋混凝土建筑结构基于位移的抗震设计》报告。澳大利亚则在基于性能设计的整体框架以及建筑防火性能设计等方面做了许多研究，提出了相应的建筑规范 （ BCA 1996）。我国在基于性能的抗震设计方面也发表了不少论文加以研究和探讨。

基于性能的抗震设计的特点是：使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，业主（设计者）可选择所需的性能目标；抗震设计中更强调实施性能目标的深入分析和论证，有利于建筑结构的创新，经过论证（包括试验）可以采用现行标准规范中还未规定的新的结构体系、新技术、新材料；有利于针对不同设防烈度、场地条件及建筑的重要性采用不同的性能目标和抗震措施。

2高层建筑抗震理论分析

2.1 高层建筑抗震的有关规范

建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑应属于抗震次要建筑。多层高层建筑结构的抗震措施是根据抗震等级确定的，抗震等级的确定与建筑物的类别相关，不同的建筑物类别在考虑抗震等级时取用的抗震烈度与建筑场地类别有关，也就是考虑抗震等级时取用烈度与抗震计算时的设防烈度不一定相同。

2.2 建筑抗震设计的理论

2.2.1、拟静力理论。拟静力理论是20世纪10～40年代发展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。

2.2.2、反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40～60年代发展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。

2.3我国常规抗震设计方法具有性能设计的雏形

我国在上个世纪80 年代修订工业与民用建筑的抗震设计规范时，首次提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，采用了“三水准两阶段设计”的设计方法，并于 1989 年以国家标准《建筑抗震设计规范》（GBJ11—89） 正式发布施行。这个常规设计原则的特点是：其一，对应于“小、中、大”的三个地震水准，通过全国主要地震区域65 个城镇地震发生概率的统计分析，分别采用50 年超越概率63%、10%和2%～3%的概率定量指标，相应的地震影响系数最大值的比例约为1：2：8：4.5～ 6；衡量强烈地震后房屋建筑“不坏、可修、不倒”等破坏程度，则依据《建筑地震破坏等级划分标准》（1990建抗字第377号），有明确的震害概念，这些要求，基本上属于宏观的性能控制。

其二，为实现上述三水准的设防目标，规范采用两阶段设计的简化方法。第一阶段设计是结构构件承载力验算，采用结构在小震下按弹性反应谱理论得到的地震作用标准值和相应的地震作用效应 （内力和变形），在可靠度分析基础上用分项系数表达式进行结构构件抗震承载力的验算，一些刚度较小的结构还要进行层间变形的验算；然后通过与概念设计相关的内力调整放大和抗震构造措施来满足第二水准和第三水准地震的宏观性能控制要求。

3当前我国高层建筑在抗震设计方面存在的问题

3.1建筑高度方面的问题

伴随着我国经济发展水平的快速提高，施工技术水平也迅速增长，与之相适应的还有对于建筑结构的科研水平，依据我国当前的高层建筑结构技术规定，在一定的结构模式下，高层建筑必然有一个非常合适的高度，但是，在实际施工过程中，有相当多的高层建筑都超出了这一合适的高度值，建筑物的高度增加，会使得许多因素超出先行规范的规定，例如材料性能.延性要求等都会发生变化。

3.2工程地质勘查资料不全

在设计初期，设计人员应该及时掌握施工场地的地质情况，但是往往在设计过程中，却没有建筑场地岩土工程的勘察资料，就不能很好的进行地基设计，给建筑物的结构带来安全隐患。

3.3建筑材料不满足要求

对于材料而言，地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下，质量大，地震作用就大，震害程度就大，质量小，地震作用就小，震害就小。所以，在建筑物的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中，广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材等轻质材料，将能显著改善建筑物的抗震性能。

上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的，这就需要设计人员从设计的角度避免这些问题的出现，防止将这种问题带入施工中，影响高层建筑的抗震性能。

4高层建筑抗震设计方法

4.1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。

4.2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。

结束语：高层建筑抗震的重要性毋庸置疑。现在高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的，我们要在具体的实践中对高层建筑所处的环境进行分析研究，结合实际工作设计出抗震性能优良的工程，保障人民生命财产的安全。

参考文献：

[1]陈维东.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策[J]. 中国高新技术企业. 2009（05）

[2]魏守文.现代高层结构设计与抗震要求[J]. 江西建材. 2011（02）

[3]和佳一.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品，2011，（12）.

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