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【摘 要】综述了高层建筑抗震设计的必要性，论述了我国高层建筑抗震设计中的一些问题，并论述了我国高层建筑结构抗震的具体设计和提高结构抗侧力和構件的延性应注意的事项。
【关键词】高层建筑；结构抗震；优化设计
1.高层建筑抗震设计的必要性
20世纪70年代以来，结构工程师在总结历次地震灾害的经验中逐渐认识到宏观的概念设计比以往的数值设计对工程结构抗震来说更为重要，因此，人们对于概念设计愈来愈重视。抗震概念设计就是从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等问题，从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施，从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以达到合理抗震设计的目的。
２．我国高层建筑抗震设计中的一些问题
2.1高度问题
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。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。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，有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、荷载取值、力学模型选取等。
2.2材料的选用和结构体系问题
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，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，为减小风振需要采用混凝土材料，钢骨、钢管混凝土通常作为首选。
2.3抗震设防烈度较低
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，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。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
３．我国高层建筑结构抗震的具体设计
3.1高层建筑结构抗震设计应重视建筑结构的规则性
在高层建筑中，结构的均匀性主要体现在以下几个方面：
３．１．１高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度要比较接近，变形特性要比较相近。这是因为实际的高层建筑结构都是三维的，实际的地震作用、风荷载具有任意的方向性，高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，就能具有比较良好的抗震、抗风性。
３．１．２高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀，不要突变。这里主要是指主体结构的层剪切刚度不要突变，这种均匀的高层建筑结构可以避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏，尤以强震区的高层建筑结构需特别注意。
３．１．３高层建筑主体抗侧力结构的平面布置，应注意同一主轴方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀，应避免在主体结构的布置中设置一、二片刚度特别大而延性较差的结构，如长窄的实体剪力墙。
３．２合理的建筑结构体系选择
高层建筑结构体系选择是结构设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定的作用。
3.2.1结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径
①楼屋盖梁系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙柱上去。②竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀，以避免竖向构件之间压应力的二次转移。③转换结构的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载，通过转换层,1次至多2次转换，即能传递到下部结构的竖向构件上去。④整体抗侧力结构必须体系明确。
3.2.2结构体系宜有多道抗震防线。框架-剪力墙结构是具有良好性能的多道防线的抗震结构，其中剪力墙既是主要杭侧力构件，又是第一道抗震防线。因此，剪力墙应有相当数量，其承受的结构底部地震倾覆力矩不应小于底部总地震倾覆力矩的50%。同时，为承受剪力墙开裂后重分配的地震作用，任一层框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层地震剪力最大值的1.5倍两者的较小值，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。
3.2.3结构体系宜具有合理的刚度。主体抗侧力结构的刚度合理是高层建筑结构设计的重要指标之一。首先，主体抗侧力结构的刚度要满足规范规定的水平位移、整体稳定、强度延性的要求。但是，总结工程设计经验，高层建筑主体抗侧力结构的刚度不宜过大，应该合理，这是因为：①合理的高层建筑主体抗侧力结构刚度以满足和略大于规范限值即可，结构的延性和安全储备主要依靠合理的结构构造和精心的设计。②主体抗侧力结构刚度过大，结构的基本自振周期较短，地震作用加大，结构承受的水平力、倾覆弯矩加大，地基基础的负担加大，此时结构的截面和相应的构造配筋增加较大，不经济。
4．抗侧力结构和构件的延性设计
为提高结构和构件的延性水平，避免脆性破坏，应注意以下几点：
４．１钢筋混凝土框架结构应设置为“强柱弱梁”。
４．２剪压比限制。现行的钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力的设计表达式，是基于斜截面上箍筋基本能达到抗拉屈服强度，其受剪承载力随配箍特征值的增长呈线性关系。试验表明，配箍特征值过大时箍筋不能充分发挥其强度，构件将呈腹部混凝土斜压破坏；同时剪压比对构件变形性能也有显著影响，因此限制剪压比，实质上也是对构件最小截面的要求。
４．３钢筋混凝土框架的梁柱应避免剪切破坏，即形成“强剪弱弯”。
4.4轴压比限制。轴压比是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土边缘失达到其极限压应变的主要指标。试验表明，柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低，尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不甚明显。所以，抗震结构应限制偏心受压构件的轴压比。
4.5注意其他影响构件延性的因素，如剪跨比、纵向钢筋配筋率、配箍率和箍筋型式、混凝土和锚固方式等，均应满足抗震设计规范要求。■
【参考文献】
［１］高层建筑混凝土结构技术规程,(JGJ3-2002).
［２］建筑抗震设计规范,(GB50011－2010).
【关键词】高层建筑；结构抗震；优化设计
1.高层建筑抗震设计的必要性
20世纪70年代以来，结构工程师在总结历次地震灾害的经验中逐渐认识到宏观的概念设计比以往的数值设计对工程结构抗震来说更为重要，因此，人们对于概念设计愈来愈重视。抗震概念设计就是从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等问题，从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施，从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以达到合理抗震设计的目的。
２．我国高层建筑抗震设计中的一些问题
2.1高度问题
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。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。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，有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、荷载取值、力学模型选取等。
2.2材料的选用和结构体系问题
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，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，为减小风振需要采用混凝土材料，钢骨、钢管混凝土通常作为首选。
2.3抗震设防烈度较低
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，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。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
３．我国高层建筑结构抗震的具体设计
3.1高层建筑结构抗震设计应重视建筑结构的规则性
在高层建筑中，结构的均匀性主要体现在以下几个方面：
３．１．１高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度要比较接近，变形特性要比较相近。这是因为实际的高层建筑结构都是三维的，实际的地震作用、风荷载具有任意的方向性，高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，就能具有比较良好的抗震、抗风性。
３．１．２高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀，不要突变。这里主要是指主体结构的层剪切刚度不要突变，这种均匀的高层建筑结构可以避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏，尤以强震区的高层建筑结构需特别注意。
３．１．３高层建筑主体抗侧力结构的平面布置，应注意同一主轴方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀，应避免在主体结构的布置中设置一、二片刚度特别大而延性较差的结构，如长窄的实体剪力墙。
３．２合理的建筑结构体系选择
高层建筑结构体系选择是结构设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定的作用。
3.2.1结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径
①楼屋盖梁系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙柱上去。②竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀，以避免竖向构件之间压应力的二次转移。③转换结构的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载，通过转换层,1次至多2次转换，即能传递到下部结构的竖向构件上去。④整体抗侧力结构必须体系明确。
3.2.2结构体系宜有多道抗震防线。框架-剪力墙结构是具有良好性能的多道防线的抗震结构，其中剪力墙既是主要杭侧力构件，又是第一道抗震防线。因此，剪力墙应有相当数量，其承受的结构底部地震倾覆力矩不应小于底部总地震倾覆力矩的50%。同时，为承受剪力墙开裂后重分配的地震作用，任一层框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层地震剪力最大值的1.5倍两者的较小值，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。
3.2.3结构体系宜具有合理的刚度。主体抗侧力结构的刚度合理是高层建筑结构设计的重要指标之一。首先，主体抗侧力结构的刚度要满足规范规定的水平位移、整体稳定、强度延性的要求。但是，总结工程设计经验，高层建筑主体抗侧力结构的刚度不宜过大，应该合理，这是因为：①合理的高层建筑主体抗侧力结构刚度以满足和略大于规范限值即可，结构的延性和安全储备主要依靠合理的结构构造和精心的设计。②主体抗侧力结构刚度过大，结构的基本自振周期较短，地震作用加大，结构承受的水平力、倾覆弯矩加大，地基基础的负担加大，此时结构的截面和相应的构造配筋增加较大，不经济。
4．抗侧力结构和构件的延性设计
为提高结构和构件的延性水平，避免脆性破坏，应注意以下几点：
４．１钢筋混凝土框架结构应设置为“强柱弱梁”。
４．２剪压比限制。现行的钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力的设计表达式，是基于斜截面上箍筋基本能达到抗拉屈服强度，其受剪承载力随配箍特征值的增长呈线性关系。试验表明，配箍特征值过大时箍筋不能充分发挥其强度，构件将呈腹部混凝土斜压破坏；同时剪压比对构件变形性能也有显著影响，因此限制剪压比，实质上也是对构件最小截面的要求。
４．３钢筋混凝土框架的梁柱应避免剪切破坏，即形成“强剪弱弯”。
4.4轴压比限制。轴压比是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土边缘失达到其极限压应变的主要指标。试验表明，柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低，尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不甚明显。所以，抗震结构应限制偏心受压构件的轴压比。
4.5注意其他影响构件延性的因素，如剪跨比、纵向钢筋配筋率、配箍率和箍筋型式、混凝土和锚固方式等，均应满足抗震设计规范要求。■
【参考文献】
［１］高层建筑混凝土结构技术规程,(JGJ3-2002).
［２］建筑抗震设计规范,(GB50011－2010).