张明辉　梁健

摘要：随着高层建筑的迅速发展，建筑高度不断增加，高层建筑的抗震设计变得尤为重要，建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，本文对建筑结构抗震设计中应注重的几大问题进行详细的分析和探讨，并对如何提高建筑结构的抗震能力提出了自己的几点看法，希望为结构设计人员进行建筑结构的抗震设计提供参考。

关键词：高层建筑；抗震结构；优化设计

前言

地震的发生是难以预测的，也不能对其进行精确计算。当地震发生时，建筑物承受巨大的水平作用力，一旦建筑物的抗震设计不到位，建筑将会在地震的作用力下出现裂缝构件损坏局部坍塌等，严重时将导致整楼倒塌，给人民的生命财产带来严重威胁。近年来，几次重特大地震导致的建筑物倒塌引发的灾害令人触目惊心，做好建筑结构的抗震设计，结构设计人员责无旁贷。

1 地震影响下高层住宅建筑结构破坏的特点

1.1 地基

部分场地具有较厚的软弱冲击土层，此时高层建筑地基破坏率明显增高。由于地基土液化造成地基出现不均匀沉降，最终导致建筑上部结构损害甚至整体倾斜。高层建筑位置若处于不利或危险地段，会由于地基破坏而导致房屋整体结构破坏。一旦建筑结构基本周期和场地的自振周期趋于相同，则会由于共振效应导致破坏程度加重。

1.2 结构体系

高层建筑一般采用框架或框架一抗震墙结构，钢筋混凝土框架的结构平面内柱上端部位容易产生剪切破坏，在窗洞位置的外墙框架柱由于受到窗下墙体的约束容易产生短柱型剪切破坏。若高层建筑采用抗震墙结构，其破坏的程度较轻；若采用底框结构，其刚度柔弱的底层则会受到严重的破坏；若采用框架结构，建筑底层若为敞开式的框架间，且未砌砖墙，其底层也会受到严重破坏；若采用钢筋混凝土柱、板的结构体系，由于楼板的冲切或由于楼层发生较大侧移，导致柱脚破坏，各层的楼板会发生坠落甚至重叠在地面上。

1.3 刚度分布

若建筑物结构以矩形平面布置，电梯井等抗侧力构件在布置过程中一旦存在偏心，则会由于扭转振动导致地震灾害加重；若采用L形、三角形等不对称的平面建筑结构，也会由于地震影响产生扭转振动最终导致灾害加重。

1.4 构件形式

在框架建筑结构中，相比于梁、板，柱的破坏程度更大；钢筋混凝土剪力墙结构中，窗下墙通常会产生交叉/斜向裂缝；若混凝土柱中配置螺旋箍筋，一旦层间的位移角数值较大，核心的混凝土依然完好，钢筋柱抵抗能力较强，但若在同一楼层存在长短柱并用的情况，则会导致短柱受到相对严重的破坏。

1.5 房屋体形

若建筑的平面结构不规则，如T形、L形、Y形等，其在地震影响下的破坏率较高。若高层建筑底盘加大，裙房顶面和主楼相接位置的面积突然减小的楼层，由于相邻的楼层间产生较大的质量突变，往往会导致较为严重的破坏。若高层建筑的防震缝宽度设置较小，则会导致建筑物之间产生碰撞破坏；楼层平面形心和重心的偏移距离越大，震害导致的破坏越严重。

2 高层住宅建筑结构抗震设计遵循的基本原则

所有高层建筑基本上都是支撑在地面上的竖向悬臂结构。当合理地使用下述原则时，由墙、核心筒、框架、筒式结构和其它竖向结构分体系，可以得到所希望的结构方案，既能达到良好的抗震性能，同时又不需要增加成本。

（1）设计结构分体系应使其构件以最有效的方式相互作用。例如：在墙的关键部位配置钢筋；使框架的刚度比达到最优；弦杆和斜杆的桁架体系。

（2）增加抗弯结构体系的有效宽度，这是非常有效的。因为增加宽度可以直接减小倾覆力，在其它条件不变时，侧移按宽度增加的三次方的比例减小。

（3）使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受。這将使主要的抗倾覆构件受到预压而有助于倾覆拉力作用下的房屋稳定。

（4）增大承受荷载最有效构件的截面。例如：加大较低楼层柱子的连接大梁的翼缘截面，就能够直接减小侧向位移和增加抵抗力矩，而不会增大上层楼面的质量。否则就更不利于抗震。

（5）在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或斜撑构件，可以有效地抵抗每层楼的局部剪力。这样不仅起到抗震效果且可降低建造成本。

（6）将大型竖向和水平构件连接成巨形框架。

（7）每层楼盖都应起到水平隔板作用。这可以让各抵抗外力的构件共同工作，而不是单独工作。

3 高层住宅建筑结构的抗震优化设计措施

3.1 尽量减少地震发生过程中的能量输入

在实际设计的过程中，需要采用以位移为基础的结构抗震方法，定量分析实际设计方案，确保结构的变形弹性能够满足预期的地震作用力变形要求。在进行建筑构件承载力验收的过程中，需要对建筑结构地震作用下的层间位移限值，同时按照建筑物构件变形以及结构位移的实际关系，对构件变形值进行确定。按照建筑物界面应变的分布规律和大小，确定建筑物构件的构造需求。针对高层建筑而言，需选择坚固场地进行施工，从而能够有效的减小地震发生时的能力输入，适当减小地震的破坏。

3.2 采取高延性的设计，运用消震、隔震措施

在大部分高层建筑的抗震设计中，一般采用延性结构，从而对建筑物的结构刚度进行一定的控制，保证在地震时建筑物构件能够具有较大延性呈现塑性状态，以消耗地震产生的能力，降低地震造成的高层建筑结构破坏。若高层建筑承载能力小，但延性较高，其在地震中则不易发生倒塌。原因在于延性构件能够吸收能量，有效的避免建筑结构变形，可见延性结构能够有效的减小地震反应。21世纪以来，人们对建筑物抗震能力越发重视，并对其进行一定的研究并取得了相应的效果，例如：近年来阻尼器在我国高层建筑抗震设计中得到了广泛的应用。借助阻尼器的使用以减少震动，能够巧妙的减弱地震能量对高层建筑物的破坏。

3.3 做好抗震结构设计

對于高层建筑的设计人员而言，需要尤其重视其抗震结构的设计。在我国，超过150m的建筑物，一般采用3种结构体系，分别是框一筒、筒中筒以及框架一支撑体系，且这三种体系在其他国家中也应用广泛。在高层建筑结构抗震设计的过程中，可将传统硬性为主的抗震模式逐渐还变为以柔性为主的抗震结构，从而实现以柔克刚、刚柔并济的高层建筑抗震结构设计，以确保地震作用时释放出的冲击力得以减弱。

3.4 做好建筑选材工作

我国的钢材生产行业规模较大，钢结构加工制造的能力也居世界前列，所以在建筑结构抗震设计的过程中可以尽量采用钢筋混凝土、钢管混凝土柱或钢结构等，从而缩小柱断面的尺寸，保证建筑结构的抗震性能得以改善。在高层建筑抗震结构设计的过程中，必须做好建筑材料的选择工作。首先，要分析建筑材料的各项参数，尤其是其抗震性能，不可只考虑材料的承载力忽略材料其他的参数。对于抗震设计，需要保证建筑材料符合结构的延性需求。

3.5 增加抗震防线

在进行高层建筑结构设计的过程中，可设置多条抗震防线，从而增强建筑工程对于地震的抵抗力。通过设置多层抗震防线，即便第一道防线受到了地震的破坏，高层建筑结构中仍然具有第二道、第三道甚至更多的防线以抵抗地震的作用力，从而防止高层建筑物发生倒塌。在进行高层建筑抗震设计的过程中，可选用具备多肢节或壁式框架的剪力墙结构以达到防震目的。框架剪力墙结构属于十分典型的多道防线抗震结构，剪力墙是其第一道防线，属于结构的主要抗侧力构件，因此需要设置足够多剪力墙结构以确保建筑的整体承受能力。

3.6 采取加固设计

要想保证高层建筑结构抗震的能力得以有效的提升，需要按照建筑结构的具体情况进行一定的加固处理，在进行加固处理的过程中需要注意以下几点：

（1）针对结构设计存在缺陷的结构，要根据具体情况增加加固构件，还可采用具备高抗震性能的构件以代替原有的构件。（2）要想提高建筑结构的承载力、增强结构的整体刚度，则可增设构件或扩大原截面，采取设置套箍的方式以做好加固工作。（3）许多建筑结构整体性并不能达到抗震设计的标准，可通过对结构进行针对性的调整以分散地震的作用力，适当的减少结构破坏。对于高层建筑中那些和建筑结构不相关的构件，可能会由于地震倒塌导致危害，因此需要对其进行适当加固。

3.7 对结构变形进行控制

对于高层建筑的整体抗震能力而言，其结构变形对抗震能力有着直接影响。若发生地震时，建筑物在水平震动作用力下发生侧移，导致建筑物的结构产生变形，结构被破坏。所以，需要做好建筑结构类型的考察工作，继而针对性的采取加固措施以尽可能减少建筑结构在地震作用下产生的变形。经过实践证明，对高层建筑损坏程度评估时，间层侧移的角度是十分重要的指标，因此国家对其具有明确规定。要采取一定的措施以控制结构侧移，一般可通过减小框架的柱距和梁距、采用弯一剪双重抗侧力体系、设置刚臂、竖向支撑的交错布置、变平面构件为立体构件、围护结构参与抗震、利用倾斜立面，扭转体型、采用双曲线圆筒以及加大房屋的有效宽度等方法以控制侧移。

4 结语

综上所述，在实际的建筑结构设计的过程中，针对建筑物的具体情况做好抗震设计，分析地基承载力等参数，做好建筑结构材料的选材工作，并做好加固设计，以保证建筑结构的抗震设计符合要求，确保建筑结构不会轻易受到地震灾害的破坏。