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【摘要】为避免地震给人类带来大的灾难，作为工程技术设计人员在建筑结构的研究和工程设计中，为创造出更加安全、实用、经济美观的建筑。应从整体宏观的观点出发，综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容。本文在高层建筑抗震设计发展的趋势和理念的基础上，探讨了影响高层建筑结构抗震性能的相关因素，并有针对性的提出了相关优化设计的对策，希望能对高层建筑抗震设计中与工程设计实践和研究工作方向有关的参考。
【关键词】高层建筑；抗震性能；建筑结构
高层建筑是指超过一定高度和层数的多层建筑。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定，10层及10层以上或者房屋高度超过28m的混凝土结构民用建筑物为高层建筑。现代高层建筑是随着城市的发展和科学技术的进步而发展起来的，它的发展有利于节约用地、解决住房紧张，减少市政基础设施和美化城市空间环境。现代高层建筑设计为了追求多功能、多变的使用空间及丰富的立面设计效果，常采用较为复杂的高层建筑结构体系。因此，高层建筑结构的抗震工作一直是建筑设计和施工的重点。
1.影响高层建筑结构抗震性能的相关因素
1.1地基
地基情况对于建筑物的震害有很大影响，地震时有一些建筑物往往主要由于地基失效而招致损坏。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。在具有较厚软弱冲积土层场地，高层建筑的破坏率显著增高，因此，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， 不垮在两类土壤上。地基土液化会导致地基不均匀沉降，从而引起上部结构损坏或整体倾斜，所以高层建筑地基的选取应避开不利地形、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。
1.2材料的选用和结构体系问题
在高层建筑中，特别是在地震多发区， 应注意结构体系及材料的优选。“填墙框架”的房屋结构，钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏；“底框结构”体系的房屋，刚度柔弱的底层破坏程度十分严重；采用“填墙框架”体系的房屋，当底层为敞开式框架间未砌砖墙，底层同样遭到严重破坏；采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑，因楼板冲切或因楼层侧移过大、柱脚破坏，各层楼板坠落重叠在地面；采用框架一抗震墙体系的房屋结构，破坏程度较轻。我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%以上，由于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。现在我国钢材生产数量、类型及品种逐步增多，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在超过一定高度后，由于钢结构质量较小而且较柔，为减小风振需要采用混凝土材料，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。
1.3建筑物高度
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002） 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。在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏形态会发生很大的变化。超高建筑物的抗震能力会下降， 很多影响因素也发生变化。因为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（如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取）等本身超出了现有规范的适宜范围。采用组合结构体系的大厦，有高度达到400多米，采用混凝土结构体系高度达到300多米。在震力作用下， 结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
1.4抗震设防烈度
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（50a）超越概率为10%的地震烈度。而且在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上远不如国外严格。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。此外，对于“小震不坏，中震可修，大震不倒”这个抗震设计原则，在新形势下也应严格审核。
2.优化高层建筑结构抗震设计的对策
2.1重视建筑场地的选择
具有不同工程地质条件的场地上，建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设，就能大大地减轻地震灾害。因此，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。由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制，除了极不利和有严重危险性的场地以外往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类，以便按照不同场地特点采取抗震措施。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。当无法避开时，应采取适当的抗震加强措施，应根据抗震设防类别、地基液化等级，分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。
2.2科学运用建筑材料及抗震结构的设计
在高层建筑的抗震方案设计中，建筑结构的材料选择也非常重要。可以对建筑材料的参数进行抗震性能的分析，从整体上对材料的参数变异性进行研究， 选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。同时，又不能仅考虑建筑材料的承载力忽略其他因素。从高层建筑建设施工的各方面，来选择符合抗震需求而且经济适用的建筑结构材料。按此标准来衡量， 使用不同材料的几种结构类型， 依其抗震延性性能优劣的顺序是： 钢结构， 型钢混凝土结构， 现浇钢筋混凝土结构， 装配式钢筋混凝土结构， 配筋砌体结构。在高层建筑结构的抗震设计中，可以从传统的硬性为主的抗震模式向以柔性为主的抗震模式转变，实现以柔克刚、刚柔相济，有效地减弱地震作用过程中释放的冲击力。结构构件应遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点若构件、强底层柱（强）”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。
2.3合理分配设计建筑结构刚度、承载力和延性
力求对称均匀是抗震概念设计十分重要的原则。“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素衡量结构抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。提高建筑物的抗震性能，最理想的措施是使結构中的所有构件都具有较高的延性，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形，因此，地震作用下，结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性，就必须使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。第一步是选择一个可接受的塑性变形机构；第二步是要通过人为增大各类构件的抗剪能力，使其不致在强烈地震作用下，在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏，这即是我们通常所说的强剪弱弯；第三步是通过相应的构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。
【关键词】高层建筑；抗震性能；建筑结构
高层建筑是指超过一定高度和层数的多层建筑。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定，10层及10层以上或者房屋高度超过28m的混凝土结构民用建筑物为高层建筑。现代高层建筑是随着城市的发展和科学技术的进步而发展起来的，它的发展有利于节约用地、解决住房紧张，减少市政基础设施和美化城市空间环境。现代高层建筑设计为了追求多功能、多变的使用空间及丰富的立面设计效果，常采用较为复杂的高层建筑结构体系。因此，高层建筑结构的抗震工作一直是建筑设计和施工的重点。
1.影响高层建筑结构抗震性能的相关因素
1.1地基
地基情况对于建筑物的震害有很大影响，地震时有一些建筑物往往主要由于地基失效而招致损坏。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。在具有较厚软弱冲积土层场地，高层建筑的破坏率显著增高，因此，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， 不垮在两类土壤上。地基土液化会导致地基不均匀沉降，从而引起上部结构损坏或整体倾斜，所以高层建筑地基的选取应避开不利地形、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。
1.2材料的选用和结构体系问题
在高层建筑中，特别是在地震多发区， 应注意结构体系及材料的优选。“填墙框架”的房屋结构，钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏；“底框结构”体系的房屋，刚度柔弱的底层破坏程度十分严重；采用“填墙框架”体系的房屋，当底层为敞开式框架间未砌砖墙，底层同样遭到严重破坏；采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑，因楼板冲切或因楼层侧移过大、柱脚破坏，各层楼板坠落重叠在地面；采用框架一抗震墙体系的房屋结构，破坏程度较轻。我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%以上，由于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。现在我国钢材生产数量、类型及品种逐步增多，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在超过一定高度后，由于钢结构质量较小而且较柔，为减小风振需要采用混凝土材料，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。
1.3建筑物高度
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002） 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。在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏形态会发生很大的变化。超高建筑物的抗震能力会下降， 很多影响因素也发生变化。因为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（如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取）等本身超出了现有规范的适宜范围。采用组合结构体系的大厦，有高度达到400多米，采用混凝土结构体系高度达到300多米。在震力作用下， 结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
1.4抗震设防烈度
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（50a）超越概率为10%的地震烈度。而且在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上远不如国外严格。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。此外，对于“小震不坏，中震可修，大震不倒”这个抗震设计原则，在新形势下也应严格审核。
2.优化高层建筑结构抗震设计的对策
2.1重视建筑场地的选择
具有不同工程地质条件的场地上，建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设，就能大大地减轻地震灾害。因此，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。由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制，除了极不利和有严重危险性的场地以外往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类，以便按照不同场地特点采取抗震措施。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。当无法避开时，应采取适当的抗震加强措施，应根据抗震设防类别、地基液化等级，分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。
2.2科学运用建筑材料及抗震结构的设计
在高层建筑的抗震方案设计中，建筑结构的材料选择也非常重要。可以对建筑材料的参数进行抗震性能的分析，从整体上对材料的参数变异性进行研究， 选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。同时，又不能仅考虑建筑材料的承载力忽略其他因素。从高层建筑建设施工的各方面，来选择符合抗震需求而且经济适用的建筑结构材料。按此标准来衡量， 使用不同材料的几种结构类型， 依其抗震延性性能优劣的顺序是： 钢结构， 型钢混凝土结构， 现浇钢筋混凝土结构， 装配式钢筋混凝土结构， 配筋砌体结构。在高层建筑结构的抗震设计中，可以从传统的硬性为主的抗震模式向以柔性为主的抗震模式转变，实现以柔克刚、刚柔相济，有效地减弱地震作用过程中释放的冲击力。结构构件应遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点若构件、强底层柱（强）”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。
2.3合理分配设计建筑结构刚度、承载力和延性
力求对称均匀是抗震概念设计十分重要的原则。“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素衡量结构抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。提高建筑物的抗震性能，最理想的措施是使結构中的所有构件都具有较高的延性，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形，因此，地震作用下，结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性，就必须使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。第一步是选择一个可接受的塑性变形机构；第二步是要通过人为增大各类构件的抗剪能力，使其不致在强烈地震作用下，在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏，这即是我们通常所说的强剪弱弯；第三步是通过相应的构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。