導(dǎo)讀：隨著城市化的進(jìn)程越來越快，城市人口不斷增多，建設(shè)用地也越來越緊張。為了適應(yīng)城市發(fā)展規(guī)劃的需要，高層建筑的需求也越來越迫切，高層建筑是現(xiàn)代工業(yè)化、商業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。而鑒于高層建筑的特殊性，使得我們不得不考慮它的抗震性能。目前尚沒有精確的抗震計(jì)算方法，規(guī)范給出的計(jì)算方法也是半經(jīng)驗(yàn)半理論的計(jì)算，但在樓層的設(shè)計(jì)中，對(duì)于高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)，已經(jīng)引起人們的高度重視，采用了各種措施來提高高層建筑的抗震性能。
一般來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的就是要保證建筑物的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)滿足安全、適用、耐久、整體性好的功能要求，但是一些高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)行規(guī)范無法解決人們的安全問題。由于高層建筑層數(shù)多、高度較高，結(jié)構(gòu)也比一般建筑復(fù)雜，高層建筑的抗震一直是建筑設(shè)計(jì)和建筑施工的重點(diǎn)。強(qiáng)烈的地震不僅會(huì)直接破壞各種建筑物，而且還會(huì)影響社會(huì)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，帶來了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。所以，對(duì)于高層建筑來說，抗震設(shè)計(jì)是我們?cè)谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的重點(diǎn)問題之一，如果做不好，后果可想而知。
其一，高層建筑抗震問題
在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)之前，必須要先明確目前高層建筑抗震設(shè)計(jì)中所存在的問題，影響抗震設(shè)計(jì)效果的因素主要有哪些？
1.地質(zhì)條件不符，地基選取不合理
在設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該及時(shí)掌握施工場地的地質(zhì)情況，但是往往在設(shè)計(jì)過程中，卻沒有建筑場地巖土工程的勘察資料，就不能很好的進(jìn)行地基設(shè)計(jì)，給建筑物的結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。高層建筑應(yīng)選擇位于開闊平坦地帶的堅(jiān)硬土場地或密實(shí)均勻中硬土場地，遠(yuǎn)離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險(xiǎn)地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當(dāng)可能導(dǎo)致抗震能力差。
2.建筑高度超高
在一定的結(jié)構(gòu)模式下，高層建筑必然有一個(gè)非常合適的高度，但是，在實(shí)際施工過程中，有相當(dāng)多的高層建筑都超出了這一合適的高度值。根據(jù)我國現(xiàn)行的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)防烈度和科學(xué)的結(jié)構(gòu)形式下，高層建筑需要有合理的建設(shè)高度，只有在這種高度下，抗震設(shè)計(jì)才會(huì)穩(wěn)定安全，但是，我國有不少建筑已經(jīng)超過的高度限制，當(dāng)遇到震力時(shí)，這些超高的建筑物的變形破壞性會(huì)發(fā)生很大的變化，因而會(huì)降低建筑物的抗震性能，同時(shí)，其它的不良的因素也會(huì)被誘發(fā)出來，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程預(yù)算參數(shù)的改變。
3.建筑材料不符，結(jié)構(gòu)體系不合理
對(duì)于材料而言，地震對(duì)結(jié)構(gòu)作用的大小幾乎與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成正比。我國建筑物主要是由鋼筋混凝土組成的，所以，變形的控制與設(shè)計(jì)必須以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為準(zhǔn)。但是，鋼筋混凝土的彎曲變形側(cè)移較大，如果利用鋼框架來減少位移，不僅會(huì)增加鋼筋的負(fù)荷，且無明顯的輔助效果，為此，有時(shí)還必須加大混凝土的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，這樣才能勉強(qiáng)滿足其位移控制標(biāo)準(zhǔn)。
其二，高層建筑抗震設(shè)計(jì)原則
1. 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能
①結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則。
②對(duì)可能造成結(jié)構(gòu)的相對(duì)薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。
③承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。
2.設(shè)置多道抗震防線
①一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。例如框架—剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個(gè)分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。
②強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會(huì)因損傷積累導(dǎo)致倒塌。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識(shí)地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時(shí)倒塌。
③適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。
④在抗震設(shè)計(jì)中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超強(qiáng)，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對(duì)薄弱，因此在設(shè)計(jì)中不合理的加強(qiáng)以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。
3.針對(duì)薄弱部位，提高抗震能力
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。
其三，地震對(duì)高層建筑的影響
1. 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問位移，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、短柱并用于同一樓層，長柱受損害較輕。
2. 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)采用敞開式框架問未砌磚墻的底層破壞嚴(yán)重；
（4）對(duì)于框架一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。
3. 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。
4.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)。
其四，高層建筑抗震設(shè)計(jì)方法
1選擇合適場地地基
建筑的場地以及地基的選擇對(duì)于高層建筑的抗震能力具有直接的影響，是建筑抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在進(jìn)行建筑場地以及地基的選擇時(shí)，應(yīng)該充分的了解當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒?dòng)情況，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況進(jìn)行科學(xué)的勘察，在收集豐富資料的基礎(chǔ)之上對(duì)場地進(jìn)行綜合的分析和評(píng)價(jià)，評(píng)估當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)計(jì)等級(jí)。對(duì)于一些不利于抗震設(shè)計(jì)的場地應(yīng)該盡可能的進(jìn)行規(guī)避，而實(shí)在無法規(guī)避的應(yīng)該有針對(duì)性的做好相應(yīng)的處理措施。在高層建筑地基選擇過程當(dāng)中應(yīng)該盡可能的選擇巖石或者是其它具有較高密實(shí)度的基土，從而提高建筑地基的抗震能力，盡可能的避開不利于抗震的軟性地基土。
2隔震和消能減震設(shè)計(jì)
對(duì)于一些有特殊要求的高層建筑，除了一般的抗震設(shè)計(jì)之外，還需要進(jìn)行隔振以及消能減震設(shè)計(jì)，從而達(dá)到最佳的抗戰(zhàn)效果。首先在場地和地基的選擇上應(yīng)該盡可能的選擇密實(shí)度較高的地基，從而在地震發(fā)生的時(shí)候能夠有效的減少地震能量對(duì)建筑的破壞，減少共振發(fā)生的可能性。根據(jù)建筑的實(shí)際需要設(shè)計(jì)建筑的隔震系數(shù)，選擇相應(yīng)的隔震支座，同時(shí)考慮風(fēng)力對(duì)建筑所產(chǎn)生的載荷。在建筑構(gòu)件的選擇上應(yīng)該使用延性較好的材料，從而減少地震能量對(duì)建筑的破壞。
3建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性設(shè)計(jì)
在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，應(yīng)該盡可能的做到規(guī)則，尤其是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能的簡單化，從而保證可靠性和承載力分布的均勻性。建筑結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)該選擇形狀比較規(guī)則的圖形，這樣在發(fā)生地震的時(shí)候能夠確保建筑整體的承載力均勻分布。應(yīng)該盡可能的避免不規(guī)則的結(jié)構(gòu)平面，造成建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)心和剛心出現(xiàn)交錯(cuò)，這樣一旦出現(xiàn)地震，一些和剛心距離比較大，剛度不足的構(gòu)件就會(huì)發(fā)生側(cè)移，受到較大的地震力的影響，有可能因?yàn)槌惺懿蛔《l(fā)生損壞，最終導(dǎo)致建筑由于某個(gè)構(gòu)件的損壞而發(fā)生傾斜和倒塌。為了防止抗側(cè)力結(jié)構(gòu)橫向剛度突然出現(xiàn)變化，應(yīng)該使垂直方向的抗側(cè)力的截面積從上到下逐漸的遞減。
4建筑結(jié)構(gòu)材料方面
結(jié)構(gòu)材料選用也很重要。高層建筑的結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量的高低以及選擇的正確與否都會(huì)對(duì)抗震效果產(chǎn)生直接的影響。高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)在本質(zhì)上就是對(duì)建筑中各個(gè)構(gòu)件的延性進(jìn)行整體的協(xié)調(diào)和把握，最后總使建筑整體在發(fā)生地震的時(shí)候能夠保持穩(wěn)定。在鋼筋的使用上應(yīng)該盡可能的選擇韌性較高的產(chǎn)品。垂直方向受力鋼筋應(yīng)該選擇熱軋鋼筋，等級(jí)至少達(dá)到HRB400級(jí)和HRB335級(jí)，而箍筋宜選用HRB335、HRB400和HPB235級(jí)熱軋鋼筋。在進(jìn)行建筑材料的選擇過程當(dāng)中應(yīng)該充分考慮抗震的性能，但是在實(shí)際的建設(shè)過程當(dāng)中還要兼顧建筑的成本和造價(jià)控制，盡可能通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)在，用盡可能少的材料達(dá)到最佳的抗震效果，在二者之間尋找一個(gè)最佳的位置。
5設(shè)置多道抗震防線
高層建筑結(jié)構(gòu)防震可以設(shè)置多道抗震防線，增強(qiáng)對(duì)地震的抵抗力。高層建筑物設(shè)置多層的地震抵抗防線，第一道防線遭到破壞之后，有后備的第二道、第三道甚至更多的防線對(duì)地震的作用力進(jìn)行阻擋，避免高層建筑物的倒塌。高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抵抗地震設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用具有多個(gè)肢節(jié)和壁式框架的“框架剪力墻”等防震結(jié)構(gòu)。
6進(jìn)行加固措施設(shè)計(jì)
為了有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，應(yīng)該根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況采取相應(yīng)的加固措施，在進(jìn)行加固方法選擇的時(shí)候應(yīng)該具體考慮以下幾個(gè)方面的因素：第一，對(duì)于一些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷的情況，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況增加構(gòu)件進(jìn)行加固，或者是采取具有較高抗震能力的構(gòu)件代替原有構(gòu)件。對(duì)于需要提高承載力或結(jié)構(gòu)整體剛度的情況，可以增設(shè)構(gòu)件，擴(kuò)大原截面，設(shè)置套箍等方法；很多建筑結(jié)構(gòu)整體性連接達(dá)不到抗震的標(biāo)準(zhǔn)，可以有針對(duì)性的對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣可以分散地震力，減少破壞。建筑中的一些與建筑結(jié)構(gòu)不相關(guān)的構(gòu)件，在地震時(shí)有可能倒塌而造成危害，應(yīng)該適當(dāng)進(jìn)行加固。
7防止結(jié)構(gòu)變形
建筑整體結(jié)構(gòu)變形程度對(duì)于整個(gè)建筑的抗震能力具有直接的影響。在發(fā)生地震的過程當(dāng)中，建筑在水平地震力的作用下出現(xiàn)側(cè)移，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，導(dǎo)致破壞的產(chǎn)生。因此應(yīng)該充分的考察高層建筑的結(jié)構(gòu)類型，然后有針對(duì)性的采取相應(yīng)的措施來減少建筑機(jī)構(gòu)在地震力作用下出現(xiàn)的變形。
簡單來說，對(duì)于高層建筑，抗震設(shè)計(jì)是極其重要的。一個(gè)好的建筑抗震設(shè)計(jì)，肯定是在建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成。當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展迅速，出現(xiàn)了很多新型的結(jié)構(gòu)、新型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員只有不斷利用這些新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能跟得上是帶發(fā)展的步伐，從而為我們的生活創(chuàng)造一個(gè)良好的安全生活環(huán)境。
