高层建筑结构抗震设计范文

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一、高层建筑的概述

在古代人们就开始建造高层建筑，比如埃及的亚历山大港灯塔，高100多米,为石结构。中国山西应县的佛公寺释迦塔，高约为67米，为木结构。 现代高层建筑发展迅速，在大中城市随处可见。高层建筑是指超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑。高层建筑可以带来明显的社会经济效益:首先,使人口集中，可利用建筑内部的竖向和横向交通缩短部门之间的联系距离，从而提高效率；其次能使大面积建筑的用地大幅度缩小，有可能在城市中心地段选址；第三，可以减少市政建设投资和缩短建筑工期。

由于高层建筑的高度比较高，所以解决水平抗剪问题成为关键，而抗震是解决水平抗剪问题的一个重要因素。然而对于不同的结构形式，同一设防烈度下，抵抗地震能力有很大区别，因此选择合适的结构形式对于高层建筑尤为重要。

二、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。全国大部分地区的房屋抗震设防烈度一般为8度。

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。

2.2.3、动力理论。动力理论是20世纪70－80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。

2.3 高层建筑抗震措施

在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。

三、高层建筑的结构抗震设计

3.1高层建筑抗震设计的理念

按抗震设计要求进行结构分析与设计时，其目标是希望使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，从而满足我国《建筑抗震规范》（GB50011-2001）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在许多的不确定因素，因此规定建筑结构当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此在有抗震设防要求的高层建筑除应满足强度、刚度要求外，还要满足延性的要求，使建筑具有足够的变形能力，使其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

对于“两阶段”设计，其方法步骤如下：第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段：采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。

3.2高层建筑的抗震设计方法

我国的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定：1、高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。2、除规定1外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱方法。3、特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

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Abstract : the importance of anti-seismic concept design, in determining the overall scheme, housing materials and details, comply with the relevant requirements of seismic design and the reasonable principle, for the seismic checking necessary, take appropriate seismic structural measures, ensure the quality of construction, in order to achieve the purpose of reasonable seismic design.

Key words: high-rise buildings aseismic design criterion optimization design

中图分类号： TU973+.31 文献标识码： A 文章编号：

前言；随着高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务．高层建筑结构的抗震是建筑物安全考虑的重要问题。建筑结构设计人员为防止、减少地震给建筑造成的危害，就需要分析研究建筑抗震问题，不断总结经验、联系实际, 妥善处理这一工程当中不可避免的问题。

一、高层建筑结构抗震设计准则

抗震设计要刚柔相济，选择合适的结构形式，在增加结构刚度的同时也要增强抗震作用，需要确定合理的抗震措施。保证结构的抗震性能主要是确保建筑物满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标。在地震力作用下，要求结构保持在弹性范围内正常使用。建筑物的变形破坏时，震后不能发生很大的变化，经简单的修复后可正常使用。随着建筑物高度的增加，允许结构进入弹塑性状态，但必须保证结构整体的安全，因此，必须进行抗震设计。

强震之后都会伴随多次余震，在建筑抗震设计过程中如果一味的提高结构抗力，就会增加结构刚度；若只有一道设防，则会导致结构刚度过大，建筑物缺少必要的延性，导致建筑物破坏过程不明显，造成安全隐患。如果建筑物的抗震结构体系刚度太柔，经过首次破坏后而余震来临时，因结构已损伤，结构构件将需要协同工作来抵挡地震作用，这样将容易导致建筑物过大形变而不能使用。所以，既要保证满足建筑物的变形要求，又能减小地震力，这是建筑物抗震设计中的双重目标。只有这样才能使建筑物在抗震过程中，既防止造成建筑物的局部受损，又具有一定的抗变形能力。延性较好的分体系组成，地震发生时不会发生整体倾覆。

二、建筑结构性能抗震设计

采用合理的抗震性能目标和合理的结构措施进行抗震设计。除了抗震设计方法，基于性能的抗震设计理论还包括目标性能的确定，它是整个设计的基础和关键，主要包括以下三个方面：

1．地震设防水准

在设计基准期内，定义一组参照的地震风险和相应的设计水平，是基于性能设计理论的一个重要目标。基于性能的设计理论应追求能控制结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准，为此，需要根据不同重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱，这些具体的地震动参数称为地震设防水准，分为常遇、偶遇、罕遇和稀遇地震，并给出了其重现期和超越概率。

2.结构的性能水平及其量化指标

结构的抗震性能水平表示结构在特定的某一地震水准下一种有限程度的破坏，包括结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。按照不同的地震动水平，结构的性能水准可分为四级，即功能完好、功能连续、控制破坏与损失、保证安全。其中，简化的三级性能水准，即可继续使用、修复后可再使用保证安全。

3，抗震设计的目标性能

结构的抗震设计的目标性能是针对某一地震设防水准而期望达的抗震性能等级，抗震设计目标性能的建立需要综合考虑场地特征、结构功能与重要性、投资与效益、震后损失与恢复重建、潜在的历史或文化价值、社会效益及业主的承受能力等诸多因素。我国抗震规范的目标性能实际是：小震不坏，中震可修，大震不倒。

三、高层建筑结构抗震设计要点

3.1结构规则性

建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求，同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响，要求建筑物平面对称均匀。因为该种结构建筑容易估计出其地震反映，对建筑进行合理的布置，以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀，体型简单，结构刚度协调。大量地震灾害表明，采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理，这样的建构筑物在地震中的受损情况往往小于那些没有采取构造措施的建构筑物。地震时，质量沿建筑物竖向变化均匀，平立面简单且对称的结构类型，建筑物在地震时具有较好的抗震性能。

3.2层间位移限制

高层建筑都具有较大的高宽比，而位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关，因此，在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况。其中钢筋混凝土结构的位移限值要求严格，以及所处的地理位置进行设计稳定性以及正常使用功能等。其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移，应避免在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力。

3.3控制地震扭转效应

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地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。地震区建筑结构设防与不设防，震后结果大不一样。要使工程建设真正达到能够减轻以至避免地震灾害，把握好抗震设计关是减轻地震灾害的根本措施。

1、高层建筑抗震设计中常见问题分析

1.1 部分建筑物高度过高。按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定， 在一定设防烈度和一定结构型式下， 钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层建筑超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性会发生很大的变化，建筑物的抗震能力下降，很多影响因素也发生变化， 结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。

1.2 地基的选取不合理。由于城市人口的增多和相对空间的缩小， 不少建筑商忽略了这一问题，哪里商业空间大就在哪里建。高层建筑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，不应垮在两类土壤上，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。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。

1.3 材料的选用不科学,结构体系不合理。在地震多发区， 采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主， 变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构， 形成加强层才能满足规范侧移限值。

1.4 较低的抗震设防烈度。许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高。我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率lO％的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层建筑的抗震要求。

2、高层建筑的抗震设计理念

我国《建筑抗震规范》对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

三个水准烈度的地震作用水平，按三个不同超越概率（或重现期）来区分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重现期50年；设防烈度地震（基本地震）：50年超越概率10%，重现期475年；罕遇地震：50年超越概率2%－3%，重现期1641－2475年，平均约为2000年。

对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下：第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第三阶段：采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。

3、高层建筑的抗震结构设计

地震作用具有较强的随机性和复杂性，要求在强烈地震作用下结构仍保持在弹性状态，不发生破坏是很不实际的；既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重，但不倒塌。因此，依靠弹塑性变形消耗地震的能量是抗震设计的特点，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。

3.1保证抗震计算中的延性。从用楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述楼层破坏的全过程可反映出，在抗震设防的第二、三水准时，框架结构构件已进入弹塑性阶段，构件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形来耗散地震能量，所以框架结构需有足够的变形能力才不致抗震失效。试验研究表明，“强节点”、“强柱弱梁’、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的框架结构有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移大，抗震性能较好。规范通过构件承载力调整办法在一定程度上可以体现上述的强弱要求，且考虑了设计者的使用方便，采用地震组合内力的抗震承载力验算表达式，只是要对地震组合内力的设计值按有关公式进行相应的调整。综合大量实验研究成果，影响不同受力特征节点延性性质的主要综合因素有:相对作用剪力、相对配筋率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况。

3.2 保证构造措施上的延性。四川大地震实践证明，当建筑结构在大地震中要求保持足够的承载能力来吸收进入塑性阶段而产生的巨大能量，因为此时的结构在震中进入到一个塑性阶段，容易产生变形。所以，根据这种特点和抗震的要求，多发地震的国家钢筋混凝土结构抗震设计均要求按延性框架结构进行设计，所以建筑结构的设计必须保证结构局部薄弱区的承载力与刚度，保证了建筑构造的整体性，延性的增加也就提高了变形能力，这样可以减少地震的破坏性，提高了建筑的抗震能力。在结构布置上，按扩大了的柱端抗弯承载力进行设计，理论上可将柱屈服的可能性减少，保证“强柱弱梁”的设计原则。但因各种原因，如梁的实际抗弯承载力可能增大，高振型使柱中反弯点的转移等综合因素影响，要使柱中完全避免塑性铰是困难的，同时为实现“强剪弱弯”的要求，保证塑性铰区域的局部延性，也必须通过一定的构造措施来保证结构的延性，具体做法如下：

3.2.1限制轴压比与纵筋最大配筋率。合理的受力过程可明显提高构件延性，为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态，以提高塑性铰区域的转动能力，规范限制轴压比与纵筋最大配筋率，同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。

3.2.2限制约束配筋和配筋形式。加密塑性铰区内的箍筋间距是很重要的一点，为保证“强节点”、“强柱弱梁”、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的设计原则及塑性铰区域的局部延性，有必要加密塑性铰区内的箍筋间距，这不但可提高柱端抗剪能力，还可约束核心区内混凝土，对纵向钢筋提供侧向支承，防止大变形下纵筋压曲，从而改善塑性铰区域的局部延性。规范对约束区纵筋的最小直径、最大间距、塑性铰区域的最小长度等做出了详细的规定，并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。随着工程应用中箍筋强度和混凝土强度不断提高，对塑性铰区域内箍筋布置的要求是抗震构造措施的一个重要方面，这一情况将导致高强度混凝土中约束箍筋配筋率的减少而降低结构的设计可靠度，建议以配筋特征值代替原体积配筋率，同时鉴于约束配筋对柱端塑性铰区的良好约束作用，建议适当增大配筋量。

3.2.3限制材料。拒绝豆腐渣工程的第一关就是把握好材料质量，材料延性对确保构件(结构)延性极为重要，为此规范对材料也提出了相应的限制，如保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等级等，同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出了相应的限制。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范(GB500zl-2010)[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.

[2]刘华新.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].辽宁工程技术大学学报,2007,（4）

[3]李鸿晶，宗德玲.关于工程结构抗震设防标准的几个问题的讨论[J].防灾减灾工程学报，2003，(2).

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1 现行规范抗震分析与设计的内容

我国现行抗震规范要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下，按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移，并用极限状态方法设计构件。对于重要建筑或有特殊要求时，要用时程分析法补充计算，并进行罕遇地震作用下的变形验算。这种先用多遇地震作用进行结构设计，再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法，即二阶段设计方法。同时规范还规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性分析方法。

结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析和弹塑性静力分析两大类。弹塑性动力分析，采用杆模型和层模型等简化的结构计算模型。杆模型计算的优点是可以得到杆件状态随时间的变化过程，也可得到各楼层的反应。但耗时多、费用昂贵、结果数据量大且分析比较繁冗，在国外也极少采用。层模型计算能得到各楼层的反应，例如层剪力、楼层侧移和层间转角、层间位移延性比等，它主要是从宏观上即层间变形检验结构在大震作用下的安全性。层模型计算的数据相对较少，适宜于进行宏观检验，也便于计算多条地震波作用。但无论是采用杆模型还是层模型进行弹塑性时程分析，计算结果受地震波的影响较大且不存在唯一答案，有时难以判断。

2 高层建筑抗震结构设计的基本原则

结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能；应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则； 对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力；

承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

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。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。

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。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。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。在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层，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。

3我国高层建筑抗震分析与设计中常见问题

按我国现行《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、经济 发展 水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土木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、荷载取值、力学模型选取等。

在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系（框一筒、筒中筒和框架一支撑），这些也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地震作用剪力，有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。此外，在结构体系或柱距变化时，需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变，常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大，且加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时，要慎重选择其结构模式，尽量减小其本身刚度，减小其不利影响。现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外，对于“小震不坏，中震可修，大震不倒”这个抗震设计原则，在新形势下也有重新审核的必要。

设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外，在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上，与外国相比，也有异同。随着社会财富的增长，结构失效带来的损失愈来愈大，加之结构造价在整个投资中的比例下降，因而有人主张结构在设防烈度下应该采用弹性设计，特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。

4 抗震分析与设计的新趋势

 现代控制理论中的状态空间理论应用到高层建筑结构动力响应问题。根据结构动力方程，引入位移与速度为状态变量，导出状态方程，给出非齐次状态方程的解，进而建立状态空间迭代计算格式。经工程实例验算，具有较高精度。特别对多自由度体系的多输入、多输出等问题的动力响应解法，效率较高。从结构整体性能出发，改变过去对结构抗震可靠度的研究只考虑荷载的不确定性而忽略了其他多种不确定因素，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性，烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。研究成果可用于对现有的结构进行抗震可靠度评估，并可用于指导基于可靠度理论的结构抗震设计。

5 结语

现阶段，土与结构物共同工作理论的研究与发展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善，如果可以在结构与地基的材料特性，动力响应，计算理论，稳定标准诸方面得到符合实际的发展，自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。

参考文献：

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中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

高层建筑框架结构的抗震性能受许多因素的影响，而且十分敏感。为了使框架结构具有良好的抗震性能，就应在早期方案设计阶段就给予足够的重视。因此必须考虑结构体型、规则性、整体性和质量分布等问题，同时还应对结构承载力、刚度和非弹性延性变形能力从地震反应角度做出比较正确的评价，使结构体系具有一定的延性。

1、高层建筑抗震设计的计算要点分析

下面将重点介绍有关框架结构在抗震设计时所遵循的原则，并对计算要点进行分析。

1.1、抗震设计原则分析

在高层建筑结构设计中，如果要求框架结构有一定的延性就必须保证框架梁、柱有足够大的延性。而梁、柱的延性是以其控制截面塑性铰的转动能力来度量的。因此，应合理控制结构破坏机制及破坏历程，使结构具有良好的塑性内力重分布能力，合理设计节点区及各个部分连接和锚固，避免各种形式的脆性破坏。在抗震设计时应遵循下述设计基本原则：

(1)强柱弱梁：较合理的框架破坏机制和破坏历程，应是梁比柱的屈服尽可能先发生和多出现，底层柱的塑性铰最晚形成，同一层中各柱两端的屈服过程越长越好。因为同一层柱上、下都出现塑性铰，很容易形成几何可变体系而倒塌。阅此，要控制梁、柱相对强度让塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少在柱端出现，使框架结构形成尽可能多的梁型延性结构铰。

(2)强剪弱弯：钢筋混凝土构件的剪切破坏是脆性破坏，延性很小。对于框架梁、柱，为了使构件出现塑性铰前不发生脆性的剪切破坏，这就要求构件的抗剪承载力大于塑性铰的抗弯承载力。为此，要提高构件的抗剪强度，形成“强剪弱弯”。

(3)强节点、强锚固：框架结构中梁柱节点的破坏，属变形能力差的剪切脆性破坏，并且使交于节点的梁、柱同时失效。所以，在梁、柱弹塑性变形充分发挥前节点区和构件锚固不应失效。对于框架梁，应具有良好的延性，以提高梁的塑性铰的延性及耗能能力是保证框架结构抗震性能的关键。我们可以通过以下几个方面来改善梁的延性性能：①剪压比限制。保证较低的剪应力，塑性铰区的截面剪应力对于梁的延性、能量耗散及保持梁的强度、刚度有明显的影响，剪压比愈大梁刚度和强度下降愈快；②在塑性铰区加密箍筋并增设水平腰筋以减少剪切错动的影响，防止过早的强度、刚度下降；⑧梁端截面下部配筋不宜少于上部钢筋的30％一50％，以降低梁端截面受压区高度、增大塑性铰转动能力、增大其耗能性能。④限制配筋率和改进箍筋形式：⑤剪跨比限制。改善柱的延性性能除与梁相同的几项措施外，还应限制轴压比，避免短柱。

1.2、计算要点

对于多层和高层钢筋混凝土房屋的构件，在抗震设计时除了分别进行承载力计算外，还应进行以下验算。

(1)一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：

而一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合：

一、二、三级框架的底层柱下端截面组合弯矩的设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。

(2)一、二、三级的框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁，其梁端截面组合的剪力设计值应按下式调整：

一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合和下式：

(3)一、二、三级的框架柱和框支柱组合的剪力设计值应按下式调整：

一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合下式：

(4)框架节点剪力设计值根据规范由强节点弱构件原则计算确定。

2、高层钢筋混凝土房屋抗震的构造措施

2.1、框架结构抗震构造措施

1)截面尺寸梁的截面尺寸宜符合下列各项要求：截面宽度不宜小于200mm：截面高宽比不宜大于4：净跨与截面高度之比不宜小于4。柱的截面尺寸宜符合下列各项要求：截面的宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱直径不宜小于350mm：剪跨比宜大于2：截面长边与短边的边长比不宜大于3。且柱的轴压比不宜超过相关标准的规定。

2)纵向钢筋的构造要求

(1)梁的钢筋配置，应符合下列各项要求：

①梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5％，且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。

②梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3。

③沿梁全长顶面和底面的配筋一、二级不应少于2φ14且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，三、四级不应少于2φ12。

④一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20：对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。

(2)柱的钢筋配置，应符合下列各项要求：

①柱纵向钢筋的最小总配筋率应按表16—16采用，同时每一侧配筋率不应小于0.2％；对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，标准中的数值应增加0.1。

②宜对称配置。

③截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距刁；宜大于200mm。

④柱总配筋率不应大于5％。

⑤—级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。⑥柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

3)箍筋的构造要求

(1)梁的箍筋配置要求

①梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应按相关标准采用，当梁端纵向受拉钢筋配筋串大于2％时，标准中箍筋最小直径数值应增大2mm。

②梁端加密区的箍筋肢距，—级不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、二级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。

(2)柱的箍筋配置要求

①二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时，除柱根外最大间距应允许采用150mm；三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径应允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm；框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于lOOmm。

②柱的箍筋加密范围应按下列规定采用：柱端取截面高度(或圆柱直径)、柱净高的1/6和500mm三者的最大值：底层柱、柱根不小于柱净高的1/3，当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上下各500mm；剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高：框支柱、一级及二级框架的角柱，取全高。

③柱箍筋加密区箍筋肢距，一级不宜大于200mm二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm；至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束：采用拉筋复合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并钩住箍筋。柱端加密区的体积配箍率尚应满足有关规范的要求。

2.2、剪力墙的抗震构造措施

1)截面尺寸抗震墙的厚度，一、二级不应小于160mm且不应小于层高的1/20，三、四级不应小于140mm且不应小于层高的1/25。底部加强部位的墙厚，一、二级不宜小于200mm且不宜小于层高的1/16；无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12。

2)竖向、横向分布钢筋的配筋要求

①一、二、三级抗震墻的竖向和横向分布钢筋应双排布置，最小配筋率均不应小于0.25％；四级抗震墙不应小于0.20％：钢筋最大间距不应大于300mm，最小直径不应小寸8mm。

②部分框支抗震墙结构的抗震墙底部加强部位，纵向及横向分布钢筋配筋率均不应小于0.3％，钢筋间距不应大于200mm。

2.3、框架-剪力墙的抗震构造措施

1)截面尺寸抗震墙的厚度同于抗震墙结构。抗震墙的周边应设置梁(或暗梁)和端柱组成的边框端：端柱截面宜与同层框架柱相同并应满足对框架柱的要求。

2)配筋要求

①抗震墙底部加强部位的端柱和紧靠抗震墙洞口的端柱宜按柱箍筋加密区的要求沿全高加密箍筋。

②抗震墙的竖向和横向分布钢筋配筋串均不应小于0.25％，并应双排布置；拉筋间距不应大于600mm，直径不应小于6mm。

2.4、筒体结构抗震构造要求

框架-核心筒结构应符合下列要求：

①核心筒与框架之间的楼盖宜采用现浇梁板体系。

②低于9度采用加强层时，加强层的大梁或桁架应与核心筒内的墙肢贯通：大梁或桁架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚性连接

③结构整体分析应计入加强层变形的影响。

④设防烈度为9度时不应采用加强层。

⑤在施工程序及连接构造上，应采取措施减小结构竖向温度变形及轴向压缩对加强层的影响。

3、结束语

高层建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的。随着经济水平的增长和高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务，高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题。

参考文献：

[1]张萌编著，建筑抗震，中国计划出版社,2007.06.

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1.高层建筑结构抗震设计准则

抗震设计要刚柔相济，选择合适的结构形式，在增加结构刚度的同时也要增强地震作用，需要确定合理的抗震措施。保证结构的抗震性能主要是确保建筑物满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标。在地震力作用下，要求结构保持在弹性范围内正常使用。建筑物的变形破坏性态后不能发生很大的变化，经简单的修复后可正常使用。随着建筑物高度的增加，允许结构进入弹塑性状态，但必须保证结构整体的安全。因此，六级以上必须进行抗震设计。每次强震之后都会伴随多次余震，在建筑抗震设计过程中如果若一味的提高结构抗力，就会增加结构刚度。若只有一道设防，则会导致结构刚度大。所以，建筑物在地震过程中既能满足变形要求，又能减小地震力的双重目标。因此，只有这样才能使建筑物抗震设计过程中防止造成建筑物局部受损。建筑物的抗震结构体系如果刚度太柔，首次被破坏后而余震来临时其结构将因损伤，结构构件协同工作来抵挡地震作用容易导致建筑物过大形变而不能使用。延性较好的分体系组成，地震发生时不会发生整体倾覆。因此，由若干个在地震发生时由具有较好延性。

2.住宅高层建筑结构抗震设计要点

2.1结构规则性

建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求，同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响，要求建筑物平面对称均匀。因为该种结构建筑容易估计出其地震反映，对建筑进行合理的布置，以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀，体型简单，结构刚度。大量地震灾害表明，需要对易于采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理。地震时，质量沿建筑物竖向变化均匀，需要建筑结构的规则性。平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能，可以提高承载力分布等多方面因素要求。

2.2层间位移限制

高层建筑都具有较大的高宽比，而位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关，因此，在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况。其中钢筋混凝土结构的位移限值要求严格，以及所处的地理位置进行设计，稳定性以及正常使用功能等。其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移，满足其具有足够的刚度又要避免结构，超过结构的位移限值风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格，在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力。

2.3控制地震扭转效应

当建筑结构的平面布置等不规则建筑结构刚度中心不重合，当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面，并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周，增加抗侧力构件数量的方法，在地震发生时建筑结构会导致结构整体倒塌，因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。当结构位移比不满足要求时甚至会产生较大差距，一般采取增加最大位移处构件刚度减小最小处减小刚度中心与质量中心的相对偏心。位移构件刚度划分为相对规则平面，建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的层间变形不同，在设计过程中应对各层的扭转修正系数分别计算，若调整构件刚度不能满足效果时则应调整抗侧力构件布置。不能满足要求时则必须对其进行调整。其中距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元的层间侧移最大，以增大结构抗扭刚度。同时在上下刚度不均匀变化的结构中，各层的刚度中心未能在同一轴线上，当结构刚度富余量较小可采取均衡加强结构刚度，以上情况都会使各层结构的偏心距和扭矩发生改变。

3.住宅高层建筑结构抗震的优化设计探讨

住宅高层建筑结构抗震的优化设计，指在注意总体布置上的大原则，进行结构设计时，顾及到关键部位的细节构造，全面合理地解决结构设计中的基本问题。需着眼于结构的总体地震反应，从根本上提高结构的抗震能力，按照结构的破坏过程。

3.1建筑场地的选择

选择有利的建筑场地，最好选择有利地段，为减轻高层建筑物的震害。当无法避开时，避开对建筑抗震不利的地段，在选址时，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。应加强地基勘察，应采取有效措施。对于不利地段，这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因。尽量避开不利地质环境，结构工程师应提出避开要求，如活动断层、溶洞、局部突出的山包等。

3.2建筑的平、立面布置

根据新的《建筑抗震设计规范(GB50011-2001)，持力层的选择对建筑物的安全至关重要。要求建筑的形状及抗侧力构件的平面布置宜规则的整体性，不宜用轴压比很大的钢筋混凝土框架柱作为第一道防线。在相同的地震力作用下，又要考虑抗震的要求。多道抗震防线，避免采用严重不规则的设计方案。增大建筑物的固有周期，选择基础方案时，以减少输入主体结构的地震能量。受力性能比较明确，必要的强度的刚度和强度分布，既要考虑经济合理，达到减轻主体结构破坏的目的。设计时容易分析结构在地震时的实际反应和结构的内力分布，容易采取抗震构造措施和进行结构的细部处理。

3.3 抗震结构体系

抗震结构体系体型是抗震设计中应考虑的最关键问题，结合设计、经济条件综合考虑与确定，结构体系应具有多道抗震防线，应优先选用不承受重力荷载的构件如框架填充墙构件。应根据建筑类因素，抗震结构体系必须具有合理的地震作用传递途径，可避免因部分构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力。抗震概念设计在选择建筑结构的方案和采取抗震措施时，首先要考虑地震动的性质及其对建筑影响，将橡胶垫层放置于上部建筑物与基础之间，应注意地震的不确定性及其一定的规律性，用以吸收震能量。

4.结语

随着新型结构、高性能材料的出现人类建筑也势必再上新台阶，理顺结构与建筑，使得新型结构建筑要求同时能满足建筑物的使用功能和外观要求。提高结构与设备的关系，需要从目前抗震设计现状出发，设计者应根据工程抗震概念各方面的知识和经验，作出正确的工程判断，找出结构安全与经济合理的最佳结合点，探求处一种实用可行的二步或三步设防的合理有效的抗震设计方法，以更好地适应社会经济和科学技术的发展。　[科]

【参考文献】

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随着社会需求的多样性和我国科技的迅猛发展，建筑物的高度是越来越高，建筑结构也变得更加复杂，这无疑给建筑行业的建筑结构抗震设计工作增加了难度并带来挑战。我国是一个地处多地震带的国家，东邻太平洋地震带，南接亚欧地震带，地震分布面积较为广，地震活动频度高、震级大，是世界上遭受地震灾害较为严重的国家之一。一次大地震可能在很短的时间内毁灭一座城市，导致重大的经济损失和人员伤亡；据统计，20世纪全球地震造成的死亡超过200万人，振动时间总和不到1小时。因此，提高高层建筑结构抗震设计水平，已经成为我国城市建设和发展中所面临的一个重要课题，很多专家学者长期从事抗震研究工作，本文利用最新的研究成果建筑解决建筑（尤其是高层建筑）抗震设计中的难题。

一、工程概况

某商住两用建筑工程项目为超限高层建筑，建筑面积56500。地下共3层，地面以上54层，首层层高为5m，2-54层为住宅标准层层高为2.8m，其中21层为设避难兼设备层，层高为2.8m。标准层平面尺寸为39.9m×39.5m。该塔楼结构高度为158.6m。

建筑抗震设防类别为丙类，建筑场地类别为II类，抗震设防烈度为Ⅵ度（设计基本地震加速度为0.05g，多遇、偶遇地震下amax分别取0.05g、0.1g），结构设计使用年50年。风荷载计算按百年一遇的基本风压取值0.35kN/，地面粗糙度C类。

二、工程特点和抗震性能目标

该工程为钢筋混凝土剪力墙结构体系（裙楼部分为框架结构），建筑总高度l58.6m，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3―2010）3.3.1条，该塔楼超过A级高度（超过高层建筑的最大适用高度140m的13.28%），属B级高度的高层建筑；其结构高宽比1.O1，小于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3―2010）第3.3.2条规定中级高层建筑最大高宽比限值；结构竖向规则；非偶然偏心，扭转位移比小于1.2，考虑偶然偏心5%时扭转位移比最大为1.26>1.2，该工程为平面扭转不规则结构，属于一般超限高层建筑。通过细致的分析，采取相应的措施可改善结构性能。据此确定结构的抗震性能目标如下：

1）主体结构满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标。

2）大震下主要结构构件不发生剪切和压溃破坏，即在结构层间位移角不超过弹塑性位移角限值的情况下，主体结构不得丧失抵抗重力荷载的能力。

3）主体结构不倒塌的情况下连接体不得垮塌。

本工程各构件在各震级下采用不同的设计具体要求，详见表1。

三、建筑地基基础设计分析

根据地质勘察报告，工程地质条件较好，场地覆盖土层厚度约为l5～18m，上层主要为粘土层，其下为中风化白云岩或微风化白云岩，岩层面起伏不大，中风化及微风化白云岩岩石饱和单轴抗压强度f 分别为25MPa至35MPa、承载力特征值分别为4000kPa及7000kPa。

结合本工程场地的地质情况本工程采用墙下单桩或多桩承台基础型式，采用大直径（D=1000～1800mm）机械冲孔嵌岩桩，桩端嵌入持力岩层分别为：中风化岩层大于或等于6m及微风化岩层大于或等于0.5m，桩长6-15m。

四、结构设计与计算分析

4.1结构体系

剪力墙结构以±0.000层为上部结构嵌固部位。剪力墙截面：-3～7层为200～400mm；其余为200-300mm，楼面梁大部分为200mmx500mm，墙肢之间（平面内）按连梁布置；±0.000层楼板厚度200mm，标准层板厚度100～150mm，核心筒区及周边公共通道板厚120mm（双层双向配筋）；屋面板厚120mm；墙混凝土强度等级为C55～C25，粱、板混凝土强度等级为C35～C25。

4.2结构计算分析

4.2.1结构小震弹性分析

结构抗震验算采用扭转耦联振型分解反成谱法，并考虑偶然偏心影响。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3―2010）第5.1.12条：B级高度的高层建筑结构应采用至少两个不同力学模型的三维空问结构分析软件进行整体内力位移计算等其他相关规定。分别采用SATWE与PMSAP及GSSAP工程计算软件进行建模分析，计算结果见表2。

据上表结果可知，在地震作用和风荷载作用下，主体结构的周期、位移、刚度等各项指标均满足抗震规范要求；三个程序的计算结果相近，未出现原则性冲突或矛盾的结果，对比可知计算结果合理、有效，说明结构体系选择适当，结构布置合理，构件截面尺寸合理。

4.2.2结构弹性动力时程分析

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3―2010）第5.1.13条规定，本建筑为B级高度的高层建筑结构，应采用弹性时程分析法进行补充计算。本工程采用中国建筑科学研究院编制分析程序SATWE进行计算，建立分层模型，将各楼层的质量集中于楼层处，形成弹性多质点体系，然后输入地震波进行动力时程分析，得结构各点的位移、速度和加速度反应，由位移反应计算结构内力。按Ⅵ度地震Ⅱ类场地土，特征周期0.35s，选用两组天然波TH2TG035、TH3TG035，一组人工合成波RH3TG035，输入地震加速度最大值为35cm/s?（参考Ⅶ度区），按双向地震波输入，结构阻尼比0.05。

弹性动力时程分析结果见表3，每条时程曲线计算所得的结构基底剪力均大于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，3条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。除顶层塔楼由于鞭梢效应位移角较大外，其余楼层位移及剪力沿竖向分布均匀，无突变，地震作用效应基本均小于振型分解反应谱法计算结果。

4.2.3结构中震、大震分析

中震分析取水平地震影响系数最大值 max=0.16，不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数），本工程中震数据来源于SATWE计算结果。严格控制剪力墙墙肢轴压比，中震弹性计算结果表明，中震作用下底部加强区剪力墙仍处于弹性阶段，表明剪力墙的抗震性能得到了较好的保证。所有楼层粱均未出现受剪破环，个别框架梁和连梁出现塑性铰，通过调整粱截面或对梁采取竖向加腋的措施，使其满足抗弯不屈服的要求，以保证结构整体满足‘‘中震可修”的第二水准的抗震设防目标。

本工程处于Ⅵ度设防区，且不属于特别不规则和严重不规则结构，侧向刚度均匀无突变，无结构薄弱层，且满足第二水准的抗震设防目标。该工程位于6度抗震区，可通过概念设计，并结合合理的抗震措施，来满足罕遇地震作用的要求；从而实现“大震不倒”的第三水准的抗震设防目标。

4.2.4依据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3―2010）第3.7.6条要求，对高度超过150m的高层建筑，尚需控制平时使用时结构顶点在风荷载作用下的最大加速度。经计算，本工程计算的顺风向结构顶点最大加速度为0.017m/s?，横风向结构顶点最大加速度为0.O13m/s?，小于或接近规范限值0.15m/s?，因此，该建筑结构满足规范对于风荷载下的舒适度要求。

五、优化建筑结构抗震设计的措施

为确保工程质量安全，对工程结构抗震设计的注意事项和优化措施如下：

（1）提高基底底部加强区及其上一层的分布筋配筋率。提高与剪力墙相邻的框架柱纵筋配筋率及配箍特征值。

（2）为了保证强柱弱梁，严格控制柱的轴压比，框架梁抗震等级采用三级。通过弹塑性时程分析得出的薄弱层楼层地震剪力按放大1.15倍采用；

（3）尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺并改善结构的抗震性能；

（4）重视建筑材料的选择，选择符合抗震需求而且经济适用的建筑结构材料，如采用高强抗震钢筋HRB400E、HRBF400E、HEB500E 、HEBF500E，以提高结构的延性和耗能性能。

（5）高层建筑结构防震可以设置多道抗震防线，增强对地震的抵抗力。剪力墙结构中剪力墙可以通过合理设置连梁（包括非建筑功能需要的开洞组成多肢联肢墙），使其具有优良的多道抗震防线性能。

通过采取以上措施可保证结构具有良好的抗震性能，能够达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标。

结束语

本文结合工程实例，分析了超限高层建筑结构的抗震设计。本工程采用了多程序对建筑结构进行详细的弹性动力时程分析，评价其抗震性能并提出相应的加强措施。详细分析结果表明，本工程建筑结构的工作状态和性能均能达到抗震设计的预期目标和规范要求，保证工程结构具有良好的整体抗震性能。

参考文献：

[1]JGJ3―2010，高层建筑混凝土结构技术规程

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1.前言

由于城市人口的发展，为了节约用地，更好地利用空间，往往在建筑设计时首先考虑高层建筑，从而高层建筑有了飞速的发展，高层建筑的发展趋势是高度越来越增加，体型和平面日趋复杂。由于高层建筑又坐落在不同的地域，加上地质构造复杂，高层建筑很容易受到地震等自然灾害的损害，地震发生具有很大的随机性，破坏后果严重。而高层建筑抗震设计方法研究目前还不十分成熟，仅仅依据微观的数学力学，没有充分考虑高层建筑结构内力的阻尼变化、材料时效、非弹性性质以及空间作用等其他相关因素，很难在结构上提高高层建筑的抗震能力。为了降低在遭遇地震时的经济和人力损失，因此，对高层建筑结构的抗震设计方法研究具有很大的必要性。

2.地震对高层建筑的作用影响分析

2.1对高层建筑构件形式方面

（1）在高层建筑的框架结构中，通常地震对板和梁的破坏程度轻于柱；

（2）地震作用经常在多肢剪力墙（钢筋混凝土结构）的窗下引起交叉斜向的裂缝；

（3）如果混凝土柱配置螺旋箍筋，即使地震引起较大的层问位移，对柱以及核心混凝土作用并不明显；

（4）钢筋混凝土框架结构，如长、短柱并用于同一楼层，长柱受损害较轻。

2.2对高层建筑结构体系方面

（1）对于钢筋混凝土柱、板体系的高层建筑，各层楼板因楼层柱脚破坏或者侧移过大以及楼板冲切等因素而在地面坠落重叠；

（2）对于“填墙框架”体系的高层建筑，由于受窗下墙的约束，因而容易发生外墙框架柱在窗洞处短柱型剪切现象；

（3）对于“填墙框架”体系的高层建筑，地震对采用敞开式框架问未砌砖墙的底层破坏严重；

（4）对于框架一抗震墙体系的高层建筑，地震损害不大；

（5）对于“底框结构”体系的高层建筑，地震严重破坏刚度柔弱的底层。

2.3对高层建筑地基方面

（1）如果地基自振周期与高层建筑结构的基本周期相同或相近，地震作用因共振效应而增加；

（2）如果高层建筑处在危险和地形不利的区域，则容易使高层建筑因地基破坏而受损；

（3）地基处地质不均匀，在地震作用下容易使上部结构倾斜甚至倒塌；

（4）若高层建筑的地基处有较厚的软弱冲积土层，则地震作用对高层建筑的损害显著增大。

2.4对高层建筑刚度分布方面

（1）对于采用L形以及三角形等平面不对称的高层建筑，地震作用能够使建筑结构发生扭转振动，因而损害现象严重；

（2）对于采用矩形平面布置的高层建筑结构，如果该建筑的抗侧力构件（如电梯井等）布置存在偏心情况时时，同样会使建筑结构发生扭转振动。

3.建筑结构抗震设计方法分析

3.1静力法

如果以F作为地震作用于建筑设施的力，以M表示建筑物的重量，以R表示地震震度，则有以下公式：

F=R×M （1）

这种以“震度”表示地震尺度的想法，在1924年（日本关东发生大地震后第二年）被纳入日本的建筑工程相关的技术规范中，当时，人们已经意识到房屋的重量是影响地震破坏能力的一个极为重要的因素。在当时的条件下人们认为为建筑重量10%的水平力大约地震惯性力相当。在当时还假定：建筑结构的承载能力大小决定了房屋的抗震能力大小；地震力与建筑地基以及结构的实际特性等因素无关。

3.2反应谱法

美国在1933年长滩发生大地震以及在1940年ELcentro发生大地震时。均取得了强震加速度记录。美国的一些相关研究者依据建筑物自振特性资料以及这些强震记录提出了著名的地震反应谱理论，具有非常重要的现实意义。近些年来，我国在抗震设计领域也取得了较大的进展，逐渐形成了科学合理而又普遍适用的建筑结构抗震设计方法。大部分的建筑结构抗震设计规范都是根据结构能力以及反应谱理论建立起来的。

3.3弹性动力时程法

弹性动力时程分析法抗震结构设计的原理是，根据地震烈度、高层建筑场地类别以及设计分组的判断，然后选用合适数量的地震地面运动加速度的记录，对其积分然后求解运动方程，最终计算出在模拟的地震中建筑的加速度、速度以及位移的响应，进行抗震设计。高层建筑运动方程是独立的，我们要计算各个时刻的结构反应只需用到数值方法求解。

3.4静力弹塑性法

静力弹塑性分析方法的原理为计算现有设计方案的抗侧力能力，进而估计出其抗震能力，其具体方法为：根据房屋的具体情况在房屋上施加某种分布的水平力，逐渐增加水平力使结构各构件依次进入塑性，调整水平力的分布和大小，直到结构达到位移超限。其优点在于：据结构的振型变化可以求得水平力的分布，根据结构在不同工作阶段的周期通过设计反应谱可以求得水平力的大小。

3.5动力弹塑性分析法

我们以{y}，{y'}，{y''}分别表示运动的水平位移和速度以及加速度，以yg表示地面运动水平加速度，则在多自由度系统中，在地面运动作用下的振动方程可以用以下公式表示：

[M]{y''}+[C]{y'}+[K]{y}=-[M]{L}yg （2）

采用各种手段划分由强震记录的水平方向上的时间一加速度曲线，将其分为一系列极小的时间段，运用震动方程对对每一个时段方程进行积分求解，可求得每个时间段内体系的加速度、速度以及位移，最终可计算出结构内力。

4.建筑结构抗震方法的比较

地震是一种破坏性严重的自然现象，其三要素分别为：幅值、持时与频谱特征。建筑结构抗震设计的方案应体现地震动特性和结构特性，所考虑的地震作用应在在地震作用下最大程度地反映结构的真实响应。表1为抗震设计方法反应结构特性以及地震动特性的具体情况对比。

5.建筑结构设计案例分析

某高层建筑，地下3层，地上28层，总建筑面积约6万m2。其中，7～28层为住宅区；第6层作为空中花园以及设备转换层；4～5层为办公用区域；1～3层为商场楼层；地下3层作为设备用房和车库；第7层楼盖作为高层建筑的结构转换层。高层建筑总高度（地面以上）为90.4m。该高层建筑以钢筋混凝土框架剪力墙作为工程主体，柱截面面积为700×1100m2、800×1100m2，墙厚2-4m，板厚为：转换层1.8m、天面1.2m、住宅1m、裙楼1.1m，梁截面面积为190×400-240×600m2。转换层框支梁为400×1300-500×1500m2。该高层建筑要求Ⅶ度的防烈度；建筑设防类别为丙类；设计第1组为地震分组。预期的抗震等级为：8层以上为二级；1-8层为一级；6层以下普通框架为一级；框支框架为特一级。根据建筑结构抗震设计的相关规范，本工程设计中有四项不合理，具体为：

5.1扭转不规则

在考虑各种因素的情况下，楼层竖向构件的水平位移最大应小于等于该楼层平均值的1.2倍，而在本高层建筑中此比值最大为1.32，大于1.2，属于扭转不规则。

5.2凹凸不规则

在该高层建筑中，平面最大凸出部位凸出尺寸为L=17.24m，Bmax=41.20m，L与Bmax之比为41.84%，而规范要求的此值为35%。

5.3楼板局部不连续

塔楼部分楼层电梯间局部楼板最小净宽3m，相关的建筑规范规定此值为5m。

5.4竖向抗侧力构件不连续

塔楼剪力墙通过转换梁向框支柱传递，属竖向抗侧力构件不连续。

5.5解决措施

具体到本高层建筑，在进行建筑结构抗震设计时为了满足相关规范的要求，需要采取的措施如下：

（1）加强剪力墙底部部位。

（2）根据规范要求提高框支柱的配筋率。

（3）塔楼楼梯问及周边楼板厚度增大至1.5m。

（4）转换层板厚度增大至1.8m。

（5）将剪力墙底部加强部位的钢筋配筋率提高到0.5%。

（6）将剪力墙的底部加强部位以及框支柱等部位的抗震等级均提高一级。

6.结束语

随着高层建筑的发展，建筑结构的抗震设计显得越来越重要。高层建筑结构的抗震设计方法和抗震措施在不断的改进，在对建筑结构进行抗震设计时要根据高层建筑的实际情况而选择科学合理的抗震结构设计方法。

参考文献

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[2]娄宇，王红庆，陈义明.大底盘上双塔和连体高层建筑的振动分析[J].建筑结构学报2009，（24）：31-33.

[3]卞朝东，李爱群，娄宇，吴耀辉.高层连体结构振型及其参与系数的分析[J].建筑结构学报，2009，（14）：81-82.

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[5]钱镓茹，罗文斌.建筑结构基于位移的抗震设计[J]，建筑结构，2010，（14）：3-61.

[6]彭光华、查松山.桥梁设计抗震技术的探索[J]，中国水运（下半月），2011，（12）：27-31.

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1工程概况

某高层住宅建筑总面积31107.6m2。地上部分为29层，地下部分2层。地上部分由裙楼连接两个塔楼构成，裙楼顶板以上设置伸缩缝将两座塔楼分开。建筑总高度92.5m，其中1～2层为裙楼，1层层高6.0m，用于架空层与管理用房；2层层高4.5m，用于商业开发铺面；3～29层为标准层，层高3.0m，均是住宅。地下部分为设备用房与地下车库，每层层高3.5m。工程结构形式采用框支剪力墙结构。

2工程结构设计参数

2.1建筑参数

本工程建筑高度92.5m，属于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）（以下简称《高规》）规定的A级高度钢筋混凝土结构高层建筑。且高宽比4.5，满足《高规》中规定的高层建筑结构最大高宽比要求。

2.2地震参数（见表1）

表1地震参数

2.3风荷载参数

根据《高规》，风荷载取值规定：对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压应按100年重现期的风压值采用，一般情况下，房屋高度大于60m的高层建筑可按100年一遇的风压值采用，故本工程采用100年一遇的基本风压0.60KN/m2。

2.4结构抗震等级参数

根据《高规》中表4.8.2规定，本工程框支柱、框架柱、框架梁、剪力墙的抗震等级参数设计见表2。

表2结构抗震等级参数

剪力墙截面高度与厚度之比为5～8的短肢剪力墙提高一级，按一级抗震等级采用。如剪力墙厚度大于300mm，且层高与剪力墙截面高度之比大于4的剪力墙，仍视为一般剪力墙，其抗震等级亦按一般剪力墙的抗震等级采用，连梁抗震等级同与其相连之剪力墙。

3梁式转换层结构布置

梁式转换层结构在高层建筑中布置时应满足以下几点要求。

3.1平面布置力求规则简单，对称均衡，尽量使水平荷载的合力中心与结构的刚度中心重合，避免产生扭转等不利影响。

3.2剪力墙中心线宜与框支梁中心线重合，框支梁截面中心线宜与框支柱截面中心线重合，以避免荷载偏心，框支梁上一层墙体内不宜设边门洞，也不宜在中柱上方设门洞。

3.3底部大空间必须有落地的落地筒体或剪力墙作支撑，落地剪力墙的数量不宜少于剪力墙总数的50%。结合建筑平面，将剪力墙在楼梯间或电梯间处落地围成筒体，并对落地剪力墙和筒体底部墙体适当加厚。

3.4落地剪力墙间距应不大于2倍楼盖宽度，且不大于24m。

3.5落地剪力墙与相邻框支柱的间距，不宜大于12m。

3.6转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比应符合《高规》附录E的规定。按规定本工程地上2层为框支柱层，上下层的侧向刚度比Y不应大于2。

3.7框支柱层楼板不应错层布置。转换层及其上下层相邻楼层的楼板应适当加强。

4层侧向刚度比计算分析

由于本工程梁式转换层结构上部住宅的剪力墙较多，而建筑底部是大空间，因此，部分剪力墙不能直接落地。并且此工程部分转换层层高较大，若设计中不加以注意，通常容易造成下部抗侧刚度远远小于上部的情况。为保证转换层下部大空间结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量弱化转换层上部主体结构、强化转换层下部主体结构的刚度，使转换层上、下主体结构的刚度及变形特征尽量相近。

目前在高层建筑结构设计规范中，对于带转换层的高层建筑结构，往往通过控制转换层上、下主体结构的抗侧刚度比来避免竖向刚度差异较大。规范对层侧向刚度比计算，主要有3种方法：（1）地震剪力与地震层间位移比；（2）剪切刚度；（3）剪弯刚度。这3种方法由于计算不同，得出的刚度比结果通常有差异，需根据实际工程做出合适选择。

计算方法1地震剪力与地震层间位移比是在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）条文说明中提供的层刚度比计算方法。

计算方法2剪切刚度是在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）附录E.0.1中提供的层刚度比计算方法，适用于底部大空间为1层的情况。按下列公式计算：

但是这种刚度比计算方法存在着一定的问题：（1）没有考虑竖向构件的布置问题，布置在中间的剪力墙和布置在的剪力墙对层刚度的贡献是不同的，抗侧刚度中弯曲刚度的作用是不可忽略的。（2）特殊结构布置情况下（如与剪力墙相连的框支柱，短肢墙，斜向布置的剪力墙等）剪切面积的取值不明确。

计算方法3剪弯刚度是在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）附录E.0.2中提供的层刚度比计算方法，适用于底部大空间大于1层的情况。附录E.0.2规定：当底部大空间大于1层时，其转换层上部下部结构的等效侧向刚度比Ye，宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。按以下公式计算：

同时规定当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度不应小于上部楼层侧向刚度的60%。以上公式综合考虑了抗剪刚度和抗弯刚度层间侧移量的影响，考虑了竖向构件的布置问题，可适用于梁式转换层和绗架式转换层结构。

总之，当Ye＜1时，结构的侧移曲线属于剪切形。此时转换层上部结构抗侧刚度小于下部抗侧刚度，结构布置合理。当Ye≥1时，结构的侧移曲线属于弯曲形。此时转换层上部结构抗侧刚度大于下部抗侧刚度，应控制Ye在合理范围内，并采取有效结构措施，避免因上、下部结构竖向刚度差异大带来抗震不利影响。本工程采用以上3种方法计算，结果见表3。

表3层侧向刚度比计算结果

从计算结果可以看出：采用3种方法计算层刚度比，其结果差别较大。如本工程采用方法2剪切刚度来计算转换层上、下层刚度比，Y＞2不能满足《高规》要求，因此在具体实际工程中对转换层结构层侧向刚度比计算须选用正确的计算方法。本工程在地上2层顶转换，底部大空间层数为2层，按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）附录E.0.2规定，应采用剪弯刚度计算层刚度比。从上述结果可知本工程转换层上下侧向刚度比通过剪弯刚度计算的结果Ye＜1.3，满足《规范》要求。

5结语

随着我国城市化进程的加快，城市用地愈加紧张，高层、超高层建筑在城市建设中逐渐普及，又由于我国部分城市是地震多发区，因此加强高层建筑的抗震研究显得尤为重要。本文探讨了梁式转换层结构的抗震设计，认为选择合理的梁式转换层结构布置和选用正确的梁式转换层结构层侧向刚度比计算方法是前提。

参考文献

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）[S].

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中图分类号：TU208文献标识码： A

一、建筑抗震的理论分析

（一）建筑结构抗震规范

建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结，是指导建筑抗震设计的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平，又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导，向技术经济合理性的方向发展，但它更要有坚定的工程实践基础，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半点冒险和不实。

（二）抗震设计理论发展历程

1、拟静力理论

拟静力理论是 20世纪 40 年展起来的一种理论。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。

2、反应谱理论

反应谱理论是在20世纪 40～60 年展起来的，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。

3、动力理论

动力理论是 20 世纪 70~80 年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于 60 年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。

二、高层建筑结构抗震设计的原则

（一）结构构件应具有必要的承载力等性能

高层建筑物想要具备抗震能力，则构成该建筑的架构构件应该具备必要的承载力，其刚度、强度、稳定性等性能都应该较强。为此，建筑物的结构构件在设计的时候应该要注意“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱”的设计原则。同时，对于整个结构中抗震性能较弱的地方要注意采取抗震加强措施增强其抗震性能，而对于承载力过多的重点构件要注意适当增加一些支点以分担其承载力。

（二）尽可能多的设置多道抗震防线

高层建筑的抗震系统应该由若干个单元抗震系统组成。这些单元抗震系统之间相互协作共同起到抗震作用。一般强地震过后还会有一些余震，如果高层建筑只是设置了一道抗震防线，那么当遇到余震时建筑物就没有抵抗余震的能力，很可能出现倒塌的情况。因此，高层建筑物应尽可能设置多道防线，如此就能够增强建筑物的抗震性能。除此之外，对于构件各部分之间的强弱关系应当引起注意，在进行设计的时候要注意当强地震使主要的构件遭受损坏的时候，其他的主要构件应该仍处于完好的状态，能够抵御地震作用，保持建筑的稳定性。

（三）增强薄弱构件的抗震能力

一般，承载力是衡量一个构件强弱的主要因素。要想使高层建筑具备较强的抗震能力，就必须要使楼层的实际承受能力和设计计算的弹性受力的比值保持在一个相对数值范围之内，这样一旦楼层受到地震的重创就会有一定的弹性变形。另一方面，应该有意识的加强薄弱构件的抗震性能，使之有足够的变形能力而不会发生错位倒塌的情况。

三、高层建筑结构抗震设计的要点

（一）结构的规则性

结构的规则性主要表现在高层建筑主体抗侧力结构上，尤其需要注意以下问题：

第一，高层建筑抗侧力的主体结构的主轴刚度要保持一致的水准，两主轴的变形特性也应该保持在相似的范围之内。因为高层建筑的主体结构是三维立体的，地震的作用力、实际风荷载等在方向上的任意性比较大，而高层建筑的主体抗侧力结构的主轴刚度、变形特性只要保持在一致的高度上，就可以使建筑结构具有较好的抗震能力和抵御强风的能力。

第二，高层建筑主体抗侧力结构的层剪切刚度不能突变，要保持一定的均匀性。而这种较为均匀的刚性结构可以防止建筑因某一薄弱层的损坏而导致整个主体结构的损坏，特别是处于强震区的高层建筑，对建筑结构的主体抗侧力的刚度要求更加严格。

第三，高层建筑的主体抗侧力结构的平面布置还要保持结构中心与其周边结构在刚度上的均匀协调性，使主体结构的刚度协调性保持均匀一致性，同时，还要保证结构主体的抗扭刚度维持在一定的水准，这样可以有效避免高层建筑结构在强风或强震的扭矩作用下发生扭曲变形，避免由此而引起的结构性或者非结构性的变形损坏。

（二）层间位移限制

高层建筑物在遭受地震的作用下，一般楼层之间会产生一定的位移，从而致使各个楼层之间错位，如果楼层间的位移超过限制就会发生倒塌的现象。根据以往的地震研究发现，层间位移的限度不仅与建筑施工所使用的材料有关，而且还与整个建筑物结构体系有关。一般钢筋混凝土相对于纯钢结构来说，对于高层建筑层间位移的限制较为严格;风荷载作用下的限度相对来说要求也较为严格。一般，基于位移的抗震设计方法以结构的容许位移为出发点，在设计的最后以结构件的强度进行检验，充分考虑各部件的破坏。因此，在实际的设计过程中应该综合考虑，设计出具有较强刚度又具有较高承载力的高层建筑。

（三）控制地震的扭转效应

大多数高层建筑物在地震中倒塌的主要原因在于建筑结构不规则、不对称，使得高层建筑在遭受地震作用时由于建筑构件各部分受力不平衡而致使楼层之间发生位移，层间的水平负荷中心与建筑结构的中心错位。另外，在发生地震时还容易出现建筑结构发生扭转而使结构整体倒塌。因此，对于建筑结构的扭转影响应该充分引起我们的注意。因为，在发生地震时建筑物各个楼层间所发生的形变量不同。其中距离建筑中心远的构件发生的形变量较大，距离建筑结构中心近的构件发生形变量较小。同时由于发生层间位移，所以各个楼层的中心就不在一条直线上。所以在进行建筑结构设计时应该为层间形变预留较大的空间，对于楼层间的支撑柱体应该注意加强其扭转能力和恢复力，这样在地震时就可以有弹性的形变，不至于因为扭转超过限制而发生倒塌的情况。

（四）减小地震能量输入

减小地震的能量输入要求，建筑结构的形变能力满足限定的地震作用下的形变要求。因此，在进行建筑结构设计时除了要对构件的各种性能进行控制外，还要对地震作用下层间的位移限度、构件的形变限度进行有效的控制。传统的结构抗震设计理论从静力法到动力时程分析法都是以加速度或建筑物各部分构件的受力情况为基础的，这对于刚性的建筑结构有一定的作用。但是从近几年的几次大地震中可以看出单一强度条件并不能够充分的对建筑结构的抗震能力进行评估。一般，建筑结构在强烈的地震作用下，其抗震能力呈现一种非线性的关系，即所输入的能量并不随着变形量的增加而呈直线状增大，地震所输入的能量有可能发生扩展形变，从而对地震的反应产生影响。因而，在进行建筑设计时要注意考虑多方面性能，确保建筑结构的抗震性能满足要求。

结语

综上，高层建筑抗震结构设计需要从目前抗震设计现状出发，提高结构与设备的关系，设计者应根据建筑工程抗震概念的知识和经验，作出判断，找出结构安全与经济合理的最佳结合点，探求出一种实用可行的二步或三步设防的合理有效的抗震设计方法，以更好地适应社会经济和科学技术的发展，满足人们使用需求。

参考文献

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中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

前言

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此建筑（尤其是高层建筑）抗震安全问题必须引起建筑师们的高度重视，及时采取有效措施，防患于未然。在建筑结构中，抗震设计占据了极为重要的位置，而高层建筑结构又在抗震方面尤为重视。

一、高层建筑结构抗震设计基本原则

1、场地设计。地震对结构物的破坏程度，首先取决于地震释放能量的大小，同时还和震源深浅程度、结构物与震中距离以及结构物所处场地土性质有关。因此，在大范围上说，对不同抗震烈度地区要采取不同的结构选型和高度控制，在越高级抗震的地区建设高层结构应该更为注意。

2、材料和结构体系的选择。我国高层结构中常采用的结构体系有: 框架、框架―剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系，这也是其他国家高层结构采用的主要体系。但国外，特别地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构和混合结构却占了 90%。高层结构的抗侧力体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着结构高度及功能的发展需要而不断发展变化。

3、选择有利的结构体型平面布置。在满足结构功能的前提下，结构平面布置应该简单、规则、对齐、对称，力求使平面刚度中心和质量中心重合，尽量减少偏心，以减小地震作用下的扭转。

二、高层建筑结构抗震设计中的问题分析

1、建筑结构物高度超过极限。按我国现行高层结构混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层结构都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层结构超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，建筑物的抗震能力会下降，很多影响因索也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。

2、地基的选取不合理。由于城市人口的增多和相对空间的缩不，不少建筑商忽略了这问题，哪里商业空间大就在哪里建高层结构应选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，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、避免在断层、山崖、滑坡、地裂等抗震危险地段建造房屋。高层建筑结构的地基选取不恰当可能导致抗震能力差，材料的选用不科学，结构体系不合理在地震多发生，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很不的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值较低的抗震设防烈度现在许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为 10% 的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层建筑结构的抗震要求。

三、高层建筑结构抗震设计的方法分析

1、高层建筑结构减轻结构自重一方面从地基承载力来看，如果是同样的地基条件，减轻结构自重意味着在不增加基础或地基处理造价的情况下，可以多建层数，特别是对于软土更为明显。另一方面地震效应与建筑质量成正比，结构质量的增加必然引起地震力的增大。高层结构由于其高度较大，重心较高，地震作用倾覆力矩也随质量的增加而增大设计时要求高层结构物的填充墙及隔墙应采用轻质材料。

2、当按剪跨比判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可; 确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截而尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。

3、在高层建筑结构的方案设计阶段，结构材料选用也很重要。可以对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。从抗震角度来说，结构体系的抗震等级，其实质就是在宏观上控制不同结构的延性要求这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。

4、高层建筑结构应设置多道抗震防线。建筑物应设置多道抗震防线，当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。减少地震能量输入。积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比; 根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值; 并根据截面达到的应变大不及应变分布，确定构件的构造要求。对于高层结构，选择坚硬的场地土建造高层结构，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动活越周期，可防止共振破坏。

5、调整内力以加强薄弱部位，在高层建筑结构中，有一些薄弱部位，如果能有意识地使它提早屈服或提高其承载力，可以推迟它的屈服，减小它的破坏。如加强转换层; 注意防震缝的设计，必须留有足够的宽度; 高层部分和低层部分之间的连接构造; 框架柱的箍筋量和锚固长度等。这里大多数是属于结构构件的设计，需由专业人员进行设计计算和施工。建筑安全是建筑设计中一个不可分割的部分，可以说是极为重要的组成部分，而抗震设计又是重中之重。但高层结构抗震设计又是一个复杂的过程，要从主体上了解结构抗震特点，从宏观上确定结构设计的基本问题，用正确的概念来引导设计。

四、结语

高层结构的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的随着经济水平的增反和高层结构的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要特别是我国处于地震多发国，高层结构抗震设防是工程设计面临的迫切任务，高层结构的抗震仍然是结构物安全考虑的重要问题。综上所述，可以看出现行抗震设计方法不能完全反应强震特征及在强震下的结构性能，按现行抗震设计方法所设计的复杂高层结构的结构安全性还有一定的不确定性因素。当今我国已经建成的大量复杂高层结构，虽然有一定的试验和理论研究作为依据，但经过强震作用检验的结构为数较少，这些复杂高层结构在大震下的真实性能还有待地震检验。并且新型结构原理的进步，高性能材料的共同发展，计算机技术水平的不断提高，促使人类建筑精品再上一个新的台阶。新型结构体系结构形式复杂，受力分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。新型结构体系的发展和广泛应用满足了现代社会对建筑物的使用功能和外观的要求，抗震的要求使得结构的发展日益趋于成熟，人类建筑结构抗震设计的研究成果将越来越被应用于实践。

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2抗震设防烈度较低

限于我国的经济发达程度，目前我国的建筑的抗震设防烈度较低，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率大约为10％的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层建筑的抗震要求。

3高层建筑结构抗震设计的优化措施

要设计出具有较好的抗震能力的建筑应该从结构概念设计和构件设计两方面进行作手。抗震概念设计对结构的抗震性能起决定性作用,因此新规范(规程)均在相关条文中强调了建筑与结构概念设计的重要性,并要求建筑师和结构工程师在高层建筑设计中应特别重视建筑结构设计中的概念设计结构构件抗震的优化准则,即“四强四弱”“强柱弱梁”是指节点处柱端实际受弯承载力大于梁端实际受弯承载力;“强剪弱弯”是防止构件剪切的破坏,要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力;“强节点弱杆件”是防止节点的破坏先于构件;对于杆件截面而言,“强压弱拉”是为避免杆件在弯曲时发生受压混凝土破裂的脆性破坏,使受拉区钢筋的承载力低于受压区混凝土受压承载力具体的可以从以下几点进行考虑。

3.1选择有利的抗震场地

地震对建设在不同地质条件上建筑设施的破坏作用有明显差异。在施工做好地基地质勘察工作，确保建筑场地有利于建筑设施的抗震，应避开对抗震不利地段，当无法避开时，应采取适当的措施提高抗震能力。按照建筑场地地基地质特点和受地震破坏作用的强弱进行有效分类，根据建筑场地的实际情况合理采取抗震措施，如根据地基地质抗震设防类别、地基液化等级等实际情况合理选择采用合理的基础形式，或者有效消除地基液化沉陷现象。

3.2选用合理的结构体系

避免采用抗震能力较低的板柱-抗震墙结构、框架结构、尤其是单跨框架结构等。3.2.1优化平面和立面设计结构的简单性，即尽量均匀、对称。结构简单是指结构在地震作用力下具有直接和明确的传力途径。只有简单的结构，才能够易于把握建筑结构的计算模型、内力位移分析和结构薄弱部位，从而对结构的抗震性能也有更可靠的估计。对于为了满足建筑功能要求的平面和立面的不规则，可以采取以下几点给予改善。3.2.2提高结构的刚度和抗震能力水平地震的作用是双向的，建筑结构设计应使高层建筑能抵抗任意方向的地震破坏。通常设计可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力，结构的抗震能力则是结构强度及延伸的综合反映。结构刚度的选择不仅要能减轻地震破坏作用，还要注意控制结构变形的增幅，过大的变形会产生重力二阶效应，导致结构破坏、失稳。3.2.3结构的整体性在高层建筑结构中，楼盖的设计对高层建筑整体性起到至关重要的作用，楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力结构，而且要求这些结构能协同承受地震作用。特别是竖向布置复杂或抗侧力构件水平变形特征不同步的结构，就更要依靠楼盖使抗侧力与结构能协同工作。3.2.4设置完善的抗震措施抗震建筑结构体系应全面考虑到建筑物的设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经过技术、经济技术、经济条件综合考虑来确定。首先应设较多道抗震防线，从而避免因部分结构或构件破坏而导致整个高层建筑结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力减弱。合理的刚度和强度分布，会避免因局部消弱、突变性、过大的应力集中或塑性变形集中可能产生的薄弱部位。

3.3选用合适的建筑材料

合理选择高层建结构材料也有利于提高建筑设施的抗震性能。从抗震设计的角度对建筑工程所用材料参数进行有效分析，选用符合高层建筑抗震要求的工程材料。尽量选用高性能混凝土和高强钢筋及其他高强轻质材料，以提高提高构件内力及抗震性能，并应积极运用新型减震、隔震材料。