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摘要：近年來，我国发生的几次较大地震给震区居民带来了巨大人员伤亡和财产损失，给人们敲响了警钟，工民建筑尤其是高层建筑的抗震设计和性能再次受到关注，高层混凝土建筑要从结构选择、结构体系、抗震设计方法、抗震性能等多方面进行设计，更加有效地构造出新的建筑结构设计，保证住宅的结构安全，保护人民群众的生命和财产安全。本文结合笔者多年设计经验，对高层混凝土建筑抗震结构设计进行了探讨。
关键词：高层 混凝土 建筑 抗震结构 设计
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
正文：
1.地震灾害对建筑物的破坏
从世界各国曾发生的地震灾害中会发现，结构抗震概念设计是非常重要的。1999 年中国台湾发生了 7． 3 级地震，林县斗六市的中山国宝二期大楼( 两栋 12 层钢筋混凝土框架结构住宅) 整体倒塌，原因就是框架柱设计数量过少，抗侧力构件强度不足引起的。2008 年 5． 12 汶川地震中，都江堰公安局大楼剪力墙边梁跨高比小，剪切破坏。都江堰市岷江国际大楼，为 18 层框架-剪力墙结构体系，因剪力墙墙肢压碎破坏。从结构概念设计方面来说，底部受地震力最大部位结构构件应加强设计，而地震时这些部位先受到破坏，说明设计中底部结构构件强度明显不足。这些也给我们以启示，高层建筑钢筋混凝土结构应先从概念设计入手，整体考虑结构体系的受力情况，局部受力最大处加强设计，减少薄弱层的出现，使结构做到整体协调受力，合理抵抗地震力。
2.高层结构的特点及结构类型
2.1高层建筑规模大，成本高，高层建筑的质量很大程度上决定于施工材料、结构体系等。而从建筑结构上看高层结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，垂直荷载方向不变，而随着高度的增加仅引起量的增加。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载高层混凝土建筑抗震结构设计探析机械工业第四设计研究院建筑设计一院 471039时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。
2.2高层建筑钢筋混凝土结构的类型
高层建筑钢筋混凝土结构在发展中国家应用尤为广泛，这也是由混凝土结构本身的特点所决定的。其造价相对于钢结构较低，材料来源丰富，并且可以浇筑成各种复杂断面形状，钢材用量少，而且承载力也不低，侧向刚度大，整体浇注的连接节点可靠，抗震性能在经过合理设计之后也可获得较好的效果。
高层建筑钢筋混凝土结构的类型目前主要有以下几种: 框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构等。对于高层建筑钢筋混凝土结构在抗震设计中的概念设计，林同炎从以下方面进行了阐述: 1)增加抗弯结构体系的有效宽度; 2) 设计结构分体系应使其构件以最有效的方式相互作用; 3) 增加承受荷载最有效的构件截面; 4) 使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受; 5) 在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或者斜撑构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力; 6) 每层楼盖应足以起水平隔板作用; 7) 将大型竖向和水平构件连接成巨型框架。
上述七点是对高层建筑抗震结构概念设计提出的确定原则，需要准确地理解才能更好地在实际工程中应用。
3.高层混凝土建筑设计要点
3.1材料的选用和结构体系问题
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—筒、筒中筒和框架—支撑体系），都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。在高层建筑中采用框架———核心筒体系，因其比钢结构的用钢量少，又可减少柱子断面，故常被业主所看中。
在高层建筑中，应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材生产数量已较大，建筑钢材的类型及品种也在逐步增多，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在有条件的地方，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后，由于钢结构质量较小而且较柔，为减小风振而需要采用混凝土材料，钢骨（钢管）混凝土，通常作为首选。日本阪神地震震害说盟，在钢骨混凝土构件中，采用格构式的型钢时，震害严重，采用实腹式的大型型钢或焊接工字钢的，则震害轻微。因此，在高层建筑结构中，若用钢骨混凝土构件，建议采用后者。
3.2地震荷载的破坏特点
地震荷载的破坏特点是: 作用时间短暂，强度大且无规律，除水平振动外还有扭转振动。在设计过程中为了提高建筑物的抗震性能，完全用弹性理论分析着手进行设计是不可行的，因为抗侧构件会增大很多，且增加了结构主体的自重，导致结构在水平地震力作用时增大结构自身的惯性力，从而对抗震更加不利。那么就应该从结构概念着手，在满足建筑功能的前提下，尽量使建筑物平面、立面规则，合理有效地布置结构构件，减轻结构自身重量，避免出现由于设计不当造成人为的薄弱层。这是一条比较好的思路，也是现代高层建筑钢筋混凝土结构设计师最为提倡的设计理念。
3.3 高层的结构体系选择
高层结构体系分很多种，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；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大，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。空间桁架结构是由大支撑外筒结构发展而来,它利用斜向构件将结构的内外连接起来。在典型的大支持外筒结构中,连接桁架弦杆(常为角柱)的所有斜向构件通常平行于立面,但在空间桁架结构中,部分斜向构件可能贯穿结构内部。伸臂结构在高层建筑中,通过设置伸臂将弯矩传递到外侧柱子上,是减小核心筒的倾覆弯矩的有效方式之一。
3.4高层建筑结构抗震设计的基本方法
减少地震能量输入。积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。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。错开地震动动峰加速度周期，可防止共振破坏。推广使用隔震和消能减震设计。目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”，即适当控制结构物的刚度，但容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。提高结构阻尼，采用高延性构件，能够提高结构的耗能能力，减轻地震作用，减小楼层地震剪力。选择合理构材料。在高层建筑的方案设计阶段，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，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。
3.5抗震结构基本方案
抗震层位于基础顶是最基本的抗震构造形式，可最大限度地隔离地震能量，但为了方便安装和维修抗震装置，抗震层顶部梁底与基础面至少要有0.8 m的空间。从建筑功能而言，为了有效利用抗震层顶部的这层楼板，可以安装及维修层直接做成地下室或半地下室，而抗震层就放置在地下室柱顶或墙顶。地下室柱或墙需要承担抗震层的剪力和上部结构竖向荷载与抗震层位移引起的Ρ-Δ效应。为改善构件的受力情况，当水平剪力较大时，可以采用抗震器设置在柱中的做法，抗震层的剪力和弯矩分别传递到柱或墙的上下端，但柱能变成短柱，且必须考虑柱上端弯矩对上部结构的影响。若有一些特殊的建筑功能要求，例如，建筑底层周围没有可移动的空间，或房屋较高，或高宽比较大，或结构上下刚度不均匀等，可采用层间抗震的方式。虽然在日本和我国已有层间抗震的实例，但由于这种情况的动力特性比较复杂，且在地震作用下，抗震层水平位移对抗震层以下部位引起的Ρ-Δ效应和整个结构的倾覆问题比较严重，而目前对层抗震还没有非常详细的研究，因此《抗震规范》和《规程》建议尽量不要采用层间抗震方案，若必须要采用时，设计人员需进行详细的结构分析并采取可靠措施。
4.结语
高层房屋的抗震设计至关重要。房屋建筑必须按抗震要求进行设计，我国相关建筑标准规范对于确保房屋安全起到了根本性的作用。要按照国家相关抗震标准进行合理的抗震设计和结构布置，实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的我国建筑抗震设计的性能目标。
参考文献：
1郭靳时,孔枫,孙健．结构隔震设计方法与应用[J]．吉林建筑工程学院学报;2005．01．15-17.
2 韩传峰,李春祥,张群慧.基础和屋顶隔震混凝土结构的地震振动台实验研究[J].地震工程 与工程振动,2004,24(1):141-147.
3 张鹏梁，项宗方，周凌． 浅议工程抗震设计中的概念设计［J］．山西建筑，2006
关键词：高层 混凝土 建筑 抗震结构 设计
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
正文：
1.地震灾害对建筑物的破坏
从世界各国曾发生的地震灾害中会发现，结构抗震概念设计是非常重要的。1999 年中国台湾发生了 7． 3 级地震，林县斗六市的中山国宝二期大楼( 两栋 12 层钢筋混凝土框架结构住宅) 整体倒塌，原因就是框架柱设计数量过少，抗侧力构件强度不足引起的。2008 年 5． 12 汶川地震中，都江堰公安局大楼剪力墙边梁跨高比小，剪切破坏。都江堰市岷江国际大楼，为 18 层框架-剪力墙结构体系，因剪力墙墙肢压碎破坏。从结构概念设计方面来说，底部受地震力最大部位结构构件应加强设计，而地震时这些部位先受到破坏，说明设计中底部结构构件强度明显不足。这些也给我们以启示，高层建筑钢筋混凝土结构应先从概念设计入手，整体考虑结构体系的受力情况，局部受力最大处加强设计，减少薄弱层的出现，使结构做到整体协调受力，合理抵抗地震力。
2.高层结构的特点及结构类型
2.1高层建筑规模大，成本高，高层建筑的质量很大程度上决定于施工材料、结构体系等。而从建筑结构上看高层结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，垂直荷载方向不变，而随着高度的增加仅引起量的增加。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载高层混凝土建筑抗震结构设计探析机械工业第四设计研究院建筑设计一院 471039时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。
2.2高层建筑钢筋混凝土结构的类型
高层建筑钢筋混凝土结构在发展中国家应用尤为广泛，这也是由混凝土结构本身的特点所决定的。其造价相对于钢结构较低，材料来源丰富，并且可以浇筑成各种复杂断面形状，钢材用量少，而且承载力也不低，侧向刚度大，整体浇注的连接节点可靠，抗震性能在经过合理设计之后也可获得较好的效果。
高层建筑钢筋混凝土结构的类型目前主要有以下几种: 框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构等。对于高层建筑钢筋混凝土结构在抗震设计中的概念设计，林同炎从以下方面进行了阐述: 1)增加抗弯结构体系的有效宽度; 2) 设计结构分体系应使其构件以最有效的方式相互作用; 3) 增加承受荷载最有效的构件截面; 4) 使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受; 5) 在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或者斜撑构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力; 6) 每层楼盖应足以起水平隔板作用; 7) 将大型竖向和水平构件连接成巨型框架。
上述七点是对高层建筑抗震结构概念设计提出的确定原则，需要准确地理解才能更好地在实际工程中应用。
3.高层混凝土建筑设计要点
3.1材料的选用和结构体系问题
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—筒、筒中筒和框架—支撑体系），都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。在高层建筑中采用框架———核心筒体系，因其比钢结构的用钢量少，又可减少柱子断面，故常被业主所看中。
在高层建筑中，应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材生产数量已较大，建筑钢材的类型及品种也在逐步增多，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在有条件的地方，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后，由于钢结构质量较小而且较柔，为减小风振而需要采用混凝土材料，钢骨（钢管）混凝土，通常作为首选。日本阪神地震震害说盟，在钢骨混凝土构件中，采用格构式的型钢时，震害严重，采用实腹式的大型型钢或焊接工字钢的，则震害轻微。因此，在高层建筑结构中，若用钢骨混凝土构件，建议采用后者。
3.2地震荷载的破坏特点
地震荷载的破坏特点是: 作用时间短暂，强度大且无规律，除水平振动外还有扭转振动。在设计过程中为了提高建筑物的抗震性能，完全用弹性理论分析着手进行设计是不可行的，因为抗侧构件会增大很多，且增加了结构主体的自重，导致结构在水平地震力作用时增大结构自身的惯性力，从而对抗震更加不利。那么就应该从结构概念着手，在满足建筑功能的前提下，尽量使建筑物平面、立面规则，合理有效地布置结构构件，减轻结构自身重量，避免出现由于设计不当造成人为的薄弱层。这是一条比较好的思路，也是现代高层建筑钢筋混凝土结构设计师最为提倡的设计理念。
3.3 高层的结构体系选择
高层结构体系分很多种，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；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大，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。空间桁架结构是由大支撑外筒结构发展而来,它利用斜向构件将结构的内外连接起来。在典型的大支持外筒结构中,连接桁架弦杆(常为角柱)的所有斜向构件通常平行于立面,但在空间桁架结构中,部分斜向构件可能贯穿结构内部。伸臂结构在高层建筑中,通过设置伸臂将弯矩传递到外侧柱子上,是减小核心筒的倾覆弯矩的有效方式之一。
3.4高层建筑结构抗震设计的基本方法
减少地震能量输入。积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。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。错开地震动动峰加速度周期，可防止共振破坏。推广使用隔震和消能减震设计。目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”，即适当控制结构物的刚度，但容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。提高结构阻尼，采用高延性构件，能够提高结构的耗能能力，减轻地震作用，减小楼层地震剪力。选择合理构材料。在高层建筑的方案设计阶段，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，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。
3.5抗震结构基本方案
抗震层位于基础顶是最基本的抗震构造形式，可最大限度地隔离地震能量，但为了方便安装和维修抗震装置，抗震层顶部梁底与基础面至少要有0.8 m的空间。从建筑功能而言，为了有效利用抗震层顶部的这层楼板，可以安装及维修层直接做成地下室或半地下室，而抗震层就放置在地下室柱顶或墙顶。地下室柱或墙需要承担抗震层的剪力和上部结构竖向荷载与抗震层位移引起的Ρ-Δ效应。为改善构件的受力情况，当水平剪力较大时，可以采用抗震器设置在柱中的做法，抗震层的剪力和弯矩分别传递到柱或墙的上下端，但柱能变成短柱，且必须考虑柱上端弯矩对上部结构的影响。若有一些特殊的建筑功能要求，例如，建筑底层周围没有可移动的空间，或房屋较高，或高宽比较大，或结构上下刚度不均匀等，可采用层间抗震的方式。虽然在日本和我国已有层间抗震的实例，但由于这种情况的动力特性比较复杂，且在地震作用下，抗震层水平位移对抗震层以下部位引起的Ρ-Δ效应和整个结构的倾覆问题比较严重，而目前对层抗震还没有非常详细的研究，因此《抗震规范》和《规程》建议尽量不要采用层间抗震方案，若必须要采用时，设计人员需进行详细的结构分析并采取可靠措施。
4.结语
高层房屋的抗震设计至关重要。房屋建筑必须按抗震要求进行设计，我国相关建筑标准规范对于确保房屋安全起到了根本性的作用。要按照国家相关抗震标准进行合理的抗震设计和结构布置，实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的我国建筑抗震设计的性能目标。
参考文献：
1郭靳时,孔枫,孙健．结构隔震设计方法与应用[J]．吉林建筑工程学院学报;2005．01．15-17.
2 韩传峰,李春祥,张群慧.基础和屋顶隔震混凝土结构的地震振动台实验研究[J].地震工程 与工程振动,2004,24(1):141-147.
3 张鹏梁，项宗方，周凌． 浅议工程抗震设计中的概念设计［J］．山西建筑，2006