發(fā)布時間：2023-08-30 16:36:40
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的高層建筑結構抗震設計樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵詞：高層建筑；結構；抗震設計；措施
在高層建筑結構設計中，當結構體系確定后，結構總體布置應當密切結合建筑設計進行，使建筑物具有良好的造型和合理的傳力路線。因此，結構體系受力性能與技術經(jīng)濟指標能否做到先進合理，與結構布置密切相關。
一個先進而合理的設計，不能僅依靠力學分析來解決。因為對于較復雜的高層建筑，某些部位無法用解析方法精確計算。因此，還要正確運用“概念設計”?！案拍钤O計”是指對一些難以做出精確計算分析，或在某些規(guī)程中難以具體規(guī)定的問題，應該由設計人員運用概念進行判斷和分析，以便采取相應的措施，做到比較合理地進行結構設計。以下論述的諸方面均須用概念設計的方法加以正確處理。
1.1結構平面布置
高層建筑的開間、進深尺寸和選用的構件類型應符合建筑模數(shù)，以利于建筑工業(yè)化。在一個獨立的結構單元內(nèi)，宜使結構平面形狀和剛度均勻?qū)ΨQ。需要抗震設防的高層建筑，其平面布置應符合下列要求：
1）平面宜簡單、規(guī)則、對稱、減少偏心。
2）平面長度不宜過長，突出部分長度不宜過長，值宜滿足有關要求。
3）不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。
1.2結構豎向布置
高層建筑的高寬比不宜過大，一般將高寬比控制在5～6以下，當設防烈度在8度以上時，限制應更嚴格一些。高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收。
1.3變形縫的設置
在結構設計中，為防止結構因溫度變化和混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫，常隔一定距離設置溫度伸縮縫；在高層部分和低層部分之間，由于沉降不同設置沉降縫；在地震區(qū)，建筑物各部分層數(shù)、質(zhì)量、剛度差異過大或有錯層時，設置防震縫。溫度縫、沉降縫和防震縫將高層建筑劃分為若干個結構獨立的部分，成為獨立的結構單元。在高層建筑里，應盡量少設置變形縫，當不可避免地需要設置變形縫時，應確保各單元間的變形縫有足夠的寬度。
2高層建筑抗震設計存在的問題
2.1 缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。有的在擴初設計階段還缺建筑場地巖土工程的勘察資料，有的在擴初設計會審之后就直接進入了施工圖設計，有的在規(guī)劃設計或方案設計會審后就直接進入了施工圖設計。無巖土工程勘察資料，設計缺少了必要的依據(jù)。
2.2抗震設防標準掌握不當。有一些項目擅自提高了設防標準，按照《建筑抗震設防分類標準（GB 50223-95）》劃分應屬六度設防的，但設計中提高了一度按七度設防，提高了建筑抗震設防標準，將會增加工程投資；有的項目嚴格應按七度采取抗震措施的，但設計中又按六度設防，減低了抗震設防標準，不利抗震。
2.3結構的平面布置。外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質(zhì)心偏心大，同一結構單元內(nèi)，結構平面形狀和剛度不均勻不對稱，平面長度過長等。
2.4結構的豎向布置。在高層建筑中，豎向體型有過大的外挑和內(nèi)收，立面收進部分的尺寸比值B1/B不滿足≥0.75的要求。
2.5框架結構砌體填充墻抗震構造措施不到位。砌體護墻砌筑在框架柱外又沒有設置抗震構造柱，框架間砌體填充墻高度長度超過規(guī)范規(guī)定要求又沒有采取相應構造措施。
2.6抗震構造柱布置不當。如外墻轉(zhuǎn)角處，大廳四角未設構造柱或構造柱不成對設置；以構造柱代替磚墻承重；山墻與縱墻交接處不設抗震構造柱；過多設置抗震構造柱等。
2.7結構其他問題。有的底層無橫向落地抗震墻，全部為框支或落地墻間距超長；有的僅北側縱墻落地，南側全為柱子，造成南北剛度不均；有的底層作汽車庫，設計時橫墻都落地，但縱墻不落地，變成了縱向框支；還有的底框和內(nèi)框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設計，其中幾乎很少有縱墻。
3加強高層建筑結構抗震設計的基本措施
3.1場地和地基的選擇
選擇建筑場地時，應根據(jù)工程需要，掌握地震活動情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關資料，對抗震有利、不利和危險地段作出綜合評價。對不利地段，應提出避開要求；當無法避開時應采取有效措施；選擇地基時，一般而言，巖石、半巖石和密實的地基土對房屋抗震最有利，是最好的建筑場地；而松軟的，軟弱粘性土等，尤其是易發(fā)生砂土液化的地區(qū)，都對房屋的抗震不利。同一結構單元的基礎不宜設置在性質(zhì)截然不同的地基上；同一結構單元不宜部分采用天然地基不采用樁基。
3.2建筑結構的規(guī)則性
建筑及其抗側力結構的平面布置宜簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。平面宜為矩形，方形、圓形等規(guī)則的平面，因為形狀規(guī)整，地震時能整體協(xié)調(diào)一致，并可以使結構處理簡化。否則當平面為L、T形時，形狀凸出凹進，結構的質(zhì)心和剛心不重和，地震是轉(zhuǎn)角應力集中，扭轉(zhuǎn)震動明顯，導致遠離剛心的剛度較小的構件，側移量加大，所分擔的水平地震力與顯著增大，很容易發(fā)生破壞，甚至導致整個結構因一側結構失效而倒塌。豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。如果豎向不規(guī)則的建筑結構，應采用空間結構計算模型，其薄弱層的地震剪力應乘以1.15的增大系數(shù)，應按規(guī)范有關規(guī)定進行彈塑性變形分析。
3.3建筑結構材料的選取
在高層建筑結構方案的設計中，結構材料的選取是很重要的。從抗震角度設計來說，結構體系的抗震等級，其實質(zhì)就是在宏觀上控制不同結構的延性要求，例普通鋼筋宜選用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋；普通鋼筋的強度等級，縱向受力鋼筋宜選用HRB400級和HRB500級熱軋鋼筋，箍筋宜選用HRB335、HRB400和HPB300級熱軋鋼筋。這要求我們應根據(jù)建設工程的各方面條件，選用既符合抗震要求又經(jīng)濟實用的結構類別，按此標準來衡量，使用不同材料的幾重結構類型，依其抗震延性性能優(yōu)劣的順序是：鋼結構，型鋼混凝土結構，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，裝配式鋼筋混凝土結構，配筋砌體結構。
3.4隔震和消能減震設計
隔震和消能減震設計，應主要用于使用功能有特殊要求的建筑，對于高層建筑，選擇堅硬的場地土建造高層建筑，可以明顯減少地震能量輸入減輕破壞程度。錯開地震動卓越周期，可防止共振破壞。隔震設計應根據(jù)預期的水平減震系數(shù)和位移控制要求，選擇適的隔震支座及為抵抗地基微震動與風荷載提供初剛度的部件組成的隔震層。提高結構阻尼，采用高延性構件，能夠提高結構的耗能能力，減輕地震作用，減小樓層地震剪力。
3.5抗側力體系的優(yōu)化
對一般性構造的高樓，剛比柔好，采用剛性結構方案的高樓，不僅主體結構破壞輕，而且由于地震時的結構變形小，隔墻，圍護墻等非結構部件將得到保護，破壞也會減輕。提高結構的超靜定次數(shù)，在地震時能夠出現(xiàn)的塑性鉸就多，能耗散的地震能量也就越多，結構就愈能經(jīng)受住較強地震而不倒塌。改善結構屈服機制，使結構破壞十按照整體屈服機制進行，而不是樓層屈服機制。設計結構時遵循強節(jié)弱桿、強柱弱梁、強剪弱彎，強壓弱拉的原則。在進行結構設計時，應該選定構件中軸力小的水平桿件，作為主要耗能桿件，并盡可能使其發(fā)生彎曲耗能。從而使整個構件具備較大的延性和耗能能力。
3.6常用的加固設計
針對抗震鑒定結論，根據(jù)建筑結構不同體系及不同特點，在抗震加固時宜從以下幾個方面來考慮具體的加固方法：對了原有結構體系存在明顯不合理的情況，條件許可時可采用增設構件的方法予以改善，否則采取能同時提高承載力和變形能力的方法，使整體抗震能力滿足要求；對于需要提高承載力或結構整體剛度的情況，可以增設構件，擴大原截面，設置套箍等方法；對了結構的整體性連接不符合抗震要求的情況，可以以提高變形能力為思路；對于局部構造不符合要求時，可進行局部處理或改變傳力途徑，使地震作用由增設的構件承擔，從而保護局部薄弱構件；對于次要的非結構構件不符合抗震要求的情況，可僅對可能倒塌傷人的部位加以處理。
3.7控制結構變形
地震時建筑物的破壞程度，主要取決于主體結構變形的大小。水平地震作用下高層結構各樓層的側移，包含四種成分：整體剪切變形，整體彎曲變形，整體平移，整體轉(zhuǎn)動。對不同的結構應采取針對性的措施，控制結構的變形。結構實驗和震害調(diào)查表明，采用層間側移角度來評估結構的損壞程度是比較合理的，《抗震規(guī)范》對高層結構不同水準下的層間側移角限值作出了規(guī)定。減小結構側移的途徑主要有：減小框架的柱距和梁距，采用彎-剪雙重抗側力體系，設置剛臂，豎向支撐的交錯布置，變平面構件為立體構件，圍護結構參與抗震，傾斜立面的利用，扭轉(zhuǎn)體型的應用，雙曲線圓筒的應用，加大房屋等有效寬度。
3.8減輕房屋自重
在高層地上部分的總重之中，各層樓蓋的自重越占40%左右，所以可通過采用密肋樓板、無粘結預應離平板，預制多孔板，現(xiàn)澆多孔板、應用防火隔熱涂料等方法減輕樓板重量。鋼筋混凝土墻體較多的高層結構中，應在滿足承載力要求的前提下，適當減薄墻體。使用高強混凝土、輕骨料混凝土、加氣混凝土、輕型隔墻、輕型圍護墻等措施也是減輕房屋自重的有效途徑。
4結語
未來，隨著城市人口的逐漸增多，建筑用地的日益減少，城市高層建筑必定會成為人們最佳選擇。而保證高層建筑結構的安全性、特別是要保證建筑結構的抗震強度是十分重要的。而高層建筑結構的抗震設計就逐漸成為建筑工程設計的重中之重。加強高層建筑的抗震設計的理念和實踐的創(chuàng)新，保證建筑結構的安全性，是建筑結構設計的關鍵點之一，也是促使高層建筑物持續(xù)發(fā)展的重要條件。
參考文獻：
[1]陳維東.高層建筑結構抗震設計存在的問題及其對策[J]. 中國高新技術企業(yè). 2009（05）
關鍵詞：高層建筑 轉(zhuǎn)換結構 抗震 設計
中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號：
一、問題的提出
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對房屋建筑使用功能的要求越來越高，立面體型變化多樣化，豎向構件上部與下部不能貫通，例如酒店、公寓、高層住宅底部設有局部大空間門廳，甚至底部幾層作為商業(yè)用途而全部采用較大柱網(wǎng)的大空間。上述要求與結構的合理、自然布置趨勢正好相反，由于高層建筑結構下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常布置時下部剛度大、墻多、柱網(wǎng)密，到上部墻少、柱網(wǎng)稀疏，結構的正常布置與建筑功能之間就產(chǎn)生了矛盾。為了解決這種矛盾，就必須在結構轉(zhuǎn)換的樓層設置轉(zhuǎn)換層。
二、高層建筑轉(zhuǎn)換結構的形式
帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結構主要歸納為兩大類，一類是其主體結構由上部剪力墻結構與下部筒體框架結構或框架剪力墻結構通過轉(zhuǎn)換層組成；另一類是其主體結構由上部小柱網(wǎng)框架、筒體、剪力墻結構與下部大柱網(wǎng)框架、筒體、剪力墻結構通過結構轉(zhuǎn)換層組成。而結構轉(zhuǎn)換層的類型又可分為兩類：一類是梁式轉(zhuǎn)換，包括梁、桁架、空腹桁架、箱型結構、斜撐等，另一類是板式轉(zhuǎn)換，一般是由一塊整體澆注的厚平板組成。除此之外，近年又出現(xiàn)許多新的轉(zhuǎn)換結構形式，如搭接柱轉(zhuǎn)換結構、寬扁梁轉(zhuǎn)換結構、斜撐轉(zhuǎn)換結構。
梁式轉(zhuǎn)換層結構，由于其受力、傳力比較直接，且還可提供一定的建筑設備利用的空間，因而是目前得到最廣泛應用的轉(zhuǎn)換結構形式；板式轉(zhuǎn)換結構，受力、傳力比較復雜、不夠明確，板內(nèi)應力分布復雜，而且經(jīng)濟性較差，所以此結構形式較少被采用。
三、震害實例[1]
A．美國橄欖景醫(yī)院主樓（1971年2月9日美國加利福尼亞州圣費南多發(fā)生里氏6.4級地震），震害如下：
震害分析：1~2層為框架，2層有較多的磚填充墻，3層 以上為框架—抗震墻，上剛下柔，上下部的剛度相差懸殊，建筑上部3~6層的剛度比下部1~2層的大10倍以上，底部兩層在地震后破壞嚴重，平均殘余側移達380mm，最大為710mm。
B．帝國縣行政辦公大樓（ICSB大樓）（1979年10月15日美國加利福利亞El Centro發(fā)生里氏6.4級地震），該建筑平面布置如下
ICSB大樓平面
（a）首層平面（b）2~5層平面
震害如下：一層G軸4根柱嚴重破壞，柱下端混凝土壓碎，主筋呈燈籠狀外鼓，外端兩根柱的破壞比中間兩根柱嚴重，剪力墻和樓板沒有明顯的剪切破壞。
震害分析：該建筑表面看似簡單、規(guī)則，但第一層剪力墻的布置是不對稱的，且2~6層東西兩側的剪力墻在第一層中斷，設計者為了改善首層的剛度和承載能力，在第一層增設了4片剪力墻，通過這樣，2~6層的絕大部分剪力和傾覆力矩由東、西兩側剪力墻承擔，到了第一層需通過第二層樓板將剪力墻的剪力傳遞到中間4片短剪力墻；由于這4片剪力墻的布置不對稱，東側第一層的4根柱由于到剛度中心的距離最遠，必將承受一定的剪力，所以東側框支柱在地震中破壞嚴重，而西側框支柱由于離剛度中心較近，承受的地震剪力較小而無明顯破壞。
C．日本神戶A公寓（1995年日本阪神大地震），震害如下：
震害分析：該建筑西樓框支層（1~3層）的層剛度與上部樓層（4~10層）相比，不但沒有減弱，還大于上部樓層剛度，但框支層剪力墻布置嚴重偏心，西樓西部有相當多的落地剪力墻，但1~3層的東側布置了5片框支墻，使框支層（1~3層）與上部剛度偏心率很大，地震中扭轉(zhuǎn)效應大，加劇了原本薄弱的框支柱的破壞，框支柱的破壞嚴重，出現(xiàn)東側第3層倒塌破壞的結果。
D.日本FY大樓（1995年日本阪神大地震），震害如下：
FY大樓A軸1層南側邊柱上端破壞FY大樓A軸1層北側邊柱腳破壞
震害分析：1）、該建筑沿東西向?qū)訑?shù)不同，東側僅3層，西側7層，地震作用下，使得西側的扭轉(zhuǎn)影響較大，加劇了西側框支柱的漂亮；2）、地震作用下，上部剪力墻的傾覆力矩使1、2層的框支柱產(chǎn)生較大的軸向拉、壓力，上部剪力墻的剪力不能全部傳遞到落地剪力墻上，使框支柱承受一部分剪力，7層部分的西側框支柱軸力最大，破壞也最嚴重。
轉(zhuǎn)換結構地震破壞的例子很多，這里只對以上幾種典型的情況做了簡要介紹，目的是為了使結構設計師加深對轉(zhuǎn)換結構，尤其是高層轉(zhuǎn)換結構設計的認識和理解，并在設計中引起足夠的重視。
四、高層結構抗震概念設計的特點
（1）帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結構由于上、下層豎向構件不連續(xù)，結構豎向剛度發(fā)生變化轉(zhuǎn)換層上下樓層構件內(nèi)力、位移發(fā)生突變，對抗震不利。研究表明，影響帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結構抗震性能的主要因素為：1）轉(zhuǎn)換層設置高度---轉(zhuǎn)換層位置越高，轉(zhuǎn)換層上下層間位移角包絡及剪力分配和傳力途徑突變越明顯，轉(zhuǎn)換層下部的框支框架越易開裂和屈服；2）轉(zhuǎn)換層上下樓層剛度---轉(zhuǎn)換層上下樓層的剪切剛度宜盡量接近；對轉(zhuǎn)換位置較低的結構，控制側向剛度比可以控制轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角及內(nèi)力突變；對轉(zhuǎn)換位置較高的結構，還應控制轉(zhuǎn)換層上下部結構的等效剛度比。
（2）轉(zhuǎn)換構件除滿足剛度、強度、延性的要求外，還要注意保證轉(zhuǎn)換層樓蓋的整體剛度。一般而言，轉(zhuǎn)換層樓蓋受力較大，除協(xié)助轉(zhuǎn)換梁工作外，樓蓋還要承受上部結構豎向構件傳來的水平力傳遞到下部豎向構件上去。震害表明，轉(zhuǎn)換構件的剛度較弱，樓蓋的剛度和抗剪承載力較弱，使樓蓋破壞嚴重、轉(zhuǎn)換構件上部的剪力墻、柱破壞嚴重。
（3）落地剪力墻與框支柱的布置宜均勻、對稱，結構剛度偏心不宜過大，以免地震中由于扭轉(zhuǎn)效應使框支柱嚴重破壞?？蛑е脑O計還要注意上部墻體地震傾覆力矩產(chǎn)生的框支柱軸向拉、壓力的影響，尤其是單跨框支框架，軸向拉、壓力往往會成為框支柱破壞的主要原因，抗震設計一般不宜采用單跨框支框架。
（4）抗震設計中需要加強的部位應包括底部及轉(zhuǎn)換層以上1~2層的樓板、剪力墻和柱。結構的延性耗能機制宜呈現(xiàn)在加強部位以上的結構中
五、高層轉(zhuǎn)換結構設計的原則
盡管高層結構本身有一些抗震不利的因素，但是只要能合理設計，把握好幾個原則，還是能達到比較滿意的抗震效果的，下面對轉(zhuǎn)換結構設計的原則做如下總結。
盡量減少轉(zhuǎn)換
在可能的情況下盡量減少主體結構的轉(zhuǎn)換，核心筒、剪力墻、框架柱等豎向主體構件應盡量落地，以滿足受力直接，剛度連續(xù)，既經(jīng)濟又合理。
使傳力直接
在可能情況下注意主體結構上部和下部豎向構件的協(xié)調(diào)對應關系，使轉(zhuǎn)換結構盡可能處于傳力比較直接。上部剪力墻宜盡可能采用大開間剪力墻結構，既容易滿足上下部剛度比的要求，又便于下部大開間框支柱、轉(zhuǎn)換梁的布置；上部小柱網(wǎng)的結構，宜盡量使其柱網(wǎng)與下部大柱網(wǎng)的軸線有較好的對應插入關系，以使轉(zhuǎn)換梁的布置比較合理明確。總之，應盡量避免多級轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)換，慎重采用傳力復雜、抗震不利的板式轉(zhuǎn)換。如上下柱網(wǎng)確實無法對齊時，盡量采用箱型轉(zhuǎn)換。
強化下部、弱化上部
對于上部剪力墻下部筒體框架、剪力墻框架的結構，要注意適當增強下部筒體、剪力墻，適當減弱上部剪力墻，以使轉(zhuǎn)換層上下部分主體結構間剪切剛度比盡量接近，且不大于2。對于框架結構上部小柱網(wǎng)，下部大柱網(wǎng)時，要注意上部框架梁截面適當減弱，下部框架梁截面適當加強，從而可以做到上下部的層間剛度比接近。
加強下部結構的措施：加大筒體及落地墻厚度、提高混凝土強度等級、必要時可在房屋周邊增加部分剪力墻、壁式框架或樓梯間筒體，提高抗震能力。
弱化上部結構的措施：不落地剪力墻開洞、開口、減小墻體厚度等。
優(yōu)化轉(zhuǎn)換結構
抗震設計時，卻因建筑功能需要采用高位轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換結構宜優(yōu)先選擇地震作用下、不致引起框支柱柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結構形式，如斜腹桿桁架、空腹桁架和扁梁等，同時要注意需滿足重力荷載作用下承載力、剛度的要求。
計算細致全面
帶轉(zhuǎn)換層的高層結構，在轉(zhuǎn)換層及其上下幾層的主體結構筒、墻、框架中應力比較集中、復雜，除滿足結構的整體分析外，還應輔以該部分結構的有限元分析，取轉(zhuǎn)換以上至少兩層結構進入局部計算模型，并注意模型邊界條件符合實際情況。整體結構計算需采取兩個以上不同力學模型的程序進行抗震計算，還應進行彈性時程分析計算并宜采用彈塑性時程分析進行校核.
六、結語
本文對高層建筑轉(zhuǎn)換結構的形式做了簡要介紹，并通過幾個較典型的震害實例對高層結構抗震概念設計的特點進行分析，最后總結高層建筑結構設計時應注意的原則，希望本文對初次做轉(zhuǎn)換結構設計的工程師們有一定的指導作用。
[1]徐培福，復雜高層建筑結構設計，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005（2）
[2]李國勝，多高層建筑轉(zhuǎn)換結構設計要點和實例，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010（6）
關鍵詞：建筑結構高層多地震抗震設計
Abstract: with the development of society and the rapid development of science and technology, building structure to gradually complicated, the high-level structure of the high-end forward, the our country is a earthquake country, therefore, the seismic design of high-rise buildings will face more severe challenges.
Keywords: building structure high-level earthquake seismic design
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
本文從當前我國高層建筑在抗震設計方面存在的問題出發(fā)，詳細闡述了高層建筑結構的抗震設計，以期提高建筑結構的穩(wěn)定性，從而最大程度的保障人們的生命財產(chǎn)安全。
一、當前我國高層建筑在抗震設計方面存在的問題
1、建筑高度方面的問題
伴隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的快速提高，施工技術水平也迅速增長，與之相適應的還有對于建筑結構的科研水平，依據(jù)我國當前的高層建筑結構技術規(guī)定，在一定的結構模式下，高層建筑必然有一個非常合適的高度，但是，在實際施工過程中，有相當多的高層建筑都超出了這一合適的高度值，建筑物的高度增加，會使得許多因素超出先行規(guī)范的規(guī)定，例如材料性能、延性要求等都會發(fā)生變化。
在地震的作用下，很有可能使得結構發(fā)生變形甚至是破壞。
2、建筑結構體系問題
在地震發(fā)生較為頻繁的地區(qū)，建筑結構體系的選擇是一個非常重要的問題。
在我國，高層建筑主要有三種不同的結構體系：（1）框架結構?？蚣芙Y構主要是通過量、柱等構件在節(jié)點處的連接而形成的一種承載結構。這種承載結構在建筑平面布局方面具有較大的靈活性，但是伴隨著建筑結構越來越高，框架結構底部梁、柱等構件在水平載荷的作用下剪力和彎矩都大幅的增加，從而使得配筋量也隨之而增長，這會給建筑平面布局和施工帶來很大的影響，所以框架結構受到建筑結構層數(shù)的限制。（2）剪力墻結構。在鋼混結構中一般會采用剪力墻承重，剪力墻承重就是將鋼混墻板替代框架結構中的梁、柱等承重構件，剪力墻承載所有的水平載荷和豎向荷載，如重力載荷、風載荷以及地震載荷等，此時，剪力墻的就猶如是一根懸臂深梁，底端嵌固，在水平和豎向荷載作用下，所產(chǎn)生的彎曲和剪切變形構成水平位移，相對于框架結構來講，空間和水平位移小，抗震性能好，但是混凝土的用量很多，導致自重比較大，房間格局不能隨意改變。（3）框剪結構，框架結構結合了框架以及剪力墻結構的優(yōu)勢，在布置和使用空間上比較靈活，同時抗震性能較高，剛度比較大，因此應用非常廣泛。
3、軸壓比問題
在當前的高層建筑中，為了達到控制軸壓比的目的而使得柱的截面尺寸偏大，而控制軸壓比是為了讓柱在大偏壓的情況，避免鋼筋在沒有達到屈服極限時混凝土遭到破壞，建筑結構的延性與柱的塑性變形能力關聯(lián)很大，柱的塑性變形能力越大，則建筑結構的延性就越好，一旦發(fā)生地震，吸收和耗散的地震能力少，則建筑結構就很容易遭到破壞。如果梁的延性比較好，那么柱達到屈服極限的可能性也會相應降低，而軸壓比的限制也可以相應的放松。當前有一些學者認為在現(xiàn)行抗震條件下最后采用比較高的軸壓比，實際上，在軸壓比稍微增大的情況下，柱斷面的大小變化不會很明顯。
二、高層建筑結構的抗震設計
1、抗震設計原則
一般情況下，建筑結構應該按照以下原則進行抗震設計計算：（1）在高層建筑結構的兩個主軸方向，最后分別進行水平地震作用下的抗震計算，不同方向下的水平地震作用由各方向抗側力構件進行承擔。（2）在建筑結構中若有斜交角度大于15℃的抗側力構件，最好對各個抗側力構件方向的水平地震作用分別進行考慮。（3）如果建筑結構的質(zhì)量和剛度不對稱、不均勻，那么必須對水平地震影響下的扭轉(zhuǎn)作用以及雙向水平地震作用進行考慮。
2、抗震設計計算方法
當前，對于高層建筑的抗震設計主要采用以下幾種方法：
（1）底部剪力法。當建筑物高度小于四十米，且質(zhì)量、剛度分布均勻、以剪切變形為主時，采用底部剪力法進行抗震設計計算。此種方法是將地震作用看作是等效靜載荷，從而計算出結構的最強地震反應。
（2）振型分解反應譜法。主要是利用振型分解以及反應譜理論計算結構的最強地震反應。
（3）時程分析法。這種方法主要是通過選定一定的地震波，對結構的運動平衡微分方程進行數(shù)值積分，從而得到在整個地震時程區(qū)域內(nèi)的地震反應。
對彈性時程進行分析時，每一條時程曲線所計算出的結構底部剪力都必須大于按照振型分解反應譜法計算所得結果的60%，否則，要提高地震波加速峰值。
3、抗震設計時重力載荷的考慮
結構的重力載荷包括自重和可變載荷這兩種，可變載荷的變動較大，當發(fā)生地震時，可變載荷不一定到底我國載荷規(guī)范規(guī)定的可變載荷標準值，一般都會比標準值小，因此，重力載荷的代表值可對可變載荷進行折減，計算時可按下列公式：
式中：為重力載荷代表值，為自重標準值，為可變載荷組合值系數(shù)，為可變載荷標準值，其中，按照下表進行取值：
在多遇地震情況下，對結構進行允許彈性變形驗算，從而避免非結構構件的破壞，，其中，為多遇地震作用標準值產(chǎn)生的樓層間的彈性位移，h為層高，為層間彈性位移角值，主要按照下表進行取值，
參考文獻：
[1]陳維東．高層建筑結構抗震設計存在的問題及其對策［J］．中國高新技術企業(yè)．2009(05)．
[2]李志勇，高曉靜．淺談抗震概念與高層建筑結構設計［J］．城市建設，2011(03)．
[3]和佳一.淺談高層建筑結構抗震設計[J].中國新技術新產(chǎn)品，2011，(12).
【關鍵詞】高層建筑；結構抗震；抗震防線；消能減震
一、地震對高層建筑的作用影響分析
（一）對高層建筑構件形式方面
1、在高層建筑的框架結構中，通常地震對板和梁的破壞程度輕于柱；
2、地震作用經(jīng)常在多肢剪力墻（鋼筋混凝土結構）的窗下引起交叉斜向的裂縫；
3、如果混凝土柱配置螺旋箍筋，即使地震引起較大的層間位移，對柱以及核心混凝土作用并不明顯；
4、鋼筋混凝土框架結構，如長、短柱并用于同一樓層，長柱受損害較輕。
（二）對高層建筑結構體系方面
1、對于鋼筋混凝土柱、板體系的高層建筑，各層樓板因樓層柱腳破壞或者側移過大以及樓板沖切等因素而在地面墜落重疊；
2、對于“填墻框架”體系的高層建筑，由于受窗下墻的約束，因而容易發(fā)生外墻框架柱在窗洞處短柱型剪切現(xiàn)象；
3、對于“填墻框架”體系的高層建筑，地震對采用敞開式框架間未砌磚墻的底層破壞嚴重；
4、對于框架-抗震墻體系的高層建筑，地震損害不大；
5、對于“底框結構”體系的高層建筑，地震嚴重破壞剛度柔弱的底層。
（三）對高層建筑地基方面
1、如果地基自振周期與高層建筑結構的基本周期相同或相近，地震作用因共振效應而增加；
2、如果高層建筑處在危險和地形不利的區(qū)域，則容易使高層建筑因地基破壞而受損；
3、地基處地質(zhì)不均勻，在地震作用下容易使上部結構傾斜甚至倒塌；
4、若高層建筑的地基處有較厚的軟弱沖積土層，則地震作用對高層建筑的損害顯著增大。
（四）對高層建筑剛度分布方面
1、對于采用L形以及三角形等平面不對稱的高層建筑，地震作用能夠使建筑結構發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動，因而損害現(xiàn)象嚴重；
2、對于采用矩形平面布置的高層建筑結構，如果該建筑的抗側力構件（如電梯井等）布置存在偏心情況時時，同樣會使建筑結構發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。
二、高層建筑結構抗震設計常見的問題
（一）缺乏巖土工程勘察資料或資料不全
主要表現(xiàn)在：
一是建筑場地巖土工程的勘察資料在擴建初設計階段還沒有到位。
二是在擴初設計會審之后就直接進入了施工圖設計。
三是施工圖設計只是在簡單的規(guī)劃設計或方案設計會審后就直接出來了。
四是沒有巖土工程勘察資料。這樣設計就成了無源之水，無水之木，沒有依據(jù)。結構的平面布置中外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質(zhì)心偏心大，同一結構單元內(nèi)，結構平面形狀和剛度不均勻不對稱，平面長度過長等。
（二）一個結構單元內(nèi)采用兩種不同的結構受力體系
如這一邊選用砌體承重，而另一邊或局部選用全框架承重或排架承重；還有一種是底框磚房中一邊為底框，而另一邊為磚墻落地承重，這種情況比較常出現(xiàn)在平面縱軸與街道軸線相交的住宅，一般設計為底層為商店，設計成一半為底框磚房（有的為二層底框），而另一半為磚墻落地自承，造成突變在平面剛度和豎向剛度二者之間，對抗震非常的有作用。
三、高層建筑結構抗震設計的方法
（一）選擇合適的抗震場地
每次地震發(fā)生時高層建筑都遭到很大的破壞，這除了是因為地址破壞了高層建筑的結構外，跟高層建筑的場地也有很大的關系。地震可能會引起的地表錯動與地裂，還可能會引起地基土的小均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，我們應該選擇對建筑抗震有利的地段，同時應避開對抗震不利的地段，即使無法避開時，也應采取適當?shù)目拐鸺訌姶胧?，應根?jù)抗震設防類別采取加強地基和上部結構整體性和剛度，和根據(jù)地基液化等級部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施；當?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴重不均勻土層時，采用樁基、地基加固和加強基礎和上部結構的處理措施，應估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響，對于地震時可能導致滑移或地裂的場地，應采取相應的地基穩(wěn)定措施。
（二）盡可能設置多道抗震防線
一個帶有抗地震性能的結構不能僅僅是一個單獨的結構，必須要由多個具有良好延展性的結構分體系來構成，從而使得各個延展性結構之間的構件能夠互相連接起來從而進行協(xié)同工作。比如框架剪力墻結構就是由帶有延展性的框架以及剪力墻這兩個分體結構來組成的，其剪力墻主要是由雙肢或者多肢的建立墻體結構組合而成的。
高層建筑在受到強烈的地震之后，還會受到多次的余震影響，如果建筑結構在進行設計的過程中僅僅建立了一道抗震的防御結構，那么在第一次的強震破壞之后，如果再遭遇到余震，必然會使得建筑結構因為損傷的不斷累積而導致傾斜或者坍塌的現(xiàn)象發(fā)生。建筑的結構體系通常來說都是都是分別建立在建筑的內(nèi)部和外部，在受到地震破壞的過程中，內(nèi)部和外部所分布的屈服區(qū)，能夠有效的將各個方向的能量進行最大限度的釋放，從而有效的提升了建筑結構的抗震性能，防止建筑發(fā)生倒塌的現(xiàn)象。
（三）對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力
1、構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。
2、要使樓層（部位）的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導致塑性變形的集中。
3、要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。
4、在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層（部位），使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。
（四）提高短柱抗震性能的應對措施
1、提高短柱的受壓承載力
提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個結構的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強度等級，即采用高強混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓比；但由于高強混凝土材料本身的延性較差，采用時須慎重或與其他措施配合使用。此外，可以采用鋼骨和鋼管混凝土柱以提高短柱的受壓承載力。
2、采用鋼管混凝土柱
鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結構材料。由于鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的側向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，混凝土特別是高強混凝土的延性得到顯著改善。同時，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值不應大于90，配筋率也應控制在4.6%以內(nèi)。
3、采用分體柱
由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，其抗彎強度不能完全發(fā)揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應于或略低于抗剪強度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達到抗彎強度，從而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)，分體柱方法已在實際工程中得到應用。
（五）隔震和消能減震設計的推廣和應用
現(xiàn)在，我國和世界的許多國家都采用適當?shù)目刂平Y構物的剛度，越來越受到人們的青睞，被稱為“延性結構體系”，但這種允許高層建筑結構構件（如梁、柱、墻、節(jié)點等）在地震進入非彈性狀態(tài)，而且會有很大的延性，減輕地震反應是以消耗地震能量的方法，使結構物“裂而不倒”。這在很多情況下是有效的，但也存在很多片面性。隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對安全意識越來越注重，對各種建筑物和構筑物的抗震減震要求越來越高，傳統(tǒng)的抗震結構體系和理論越來越難以滿足人們的要求，傳統(tǒng)的抗震體系不具備隔震消能和各種減震控制體系，但是隔震消能和各種減震控制體系又越來越受到人們的重視，在未來的建筑結構中將起到非常重要的作用。
參考文獻
[1]閆旭梅.高層建筑結構抗震設計分析[J].科技傳播，2010.8.
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市建筑建筑的高度越來越高，體型變得更加復雜，抗震設計也變得愈加困難?！靶≌鸩粔?、中震可修、大震不倒”的設計理念是得到普遍認可的，在這種情況下，如何做好建筑的抗震設計是工程設計的重要話題。
1荷載與應力分析
1.1荷載與外力的種類
建筑的荷載指的是使結構或構件產(chǎn)生內(nèi)力和變形的外力及其它因素，分為豎向荷載，以及水平荷載。此外，又分類為經(jīng)常作用于建筑上的力，以及臨時作用于建筑物上的力（臨時荷載）。在結構設計上，因固定荷載產(chǎn)生的長期應力，以及在固定荷載上再加上臨時荷載時，視作短期產(chǎn)生的應力。對于在結構支承上的主要部分所施加的長期與短期的應力值，必須確定它們不得超過各容許應力值。
1.2荷載與結構因素
剛接是指構件與構件之節(jié)點上的角度，即使受到外力使鋼架產(chǎn)生變形之后，其角度仍然不會產(chǎn)生變化的連接形式。而框架結構則是指各節(jié)點的構件由剛接而成的構架。在對應于豎向荷載的結構方式上，比框架結構更能夠加長跨距，或降低框架的重量。在對應于水平荷載方面的構件上來說，若與框架結構相比，由于能夠加強水平荷載，于是就被當作補強框架結構的抗震要素來使用。
1.3連接點的種類
在建筑結構上，支點與節(jié)點都是的重要連接點，我們把連接建筑地基與其他結構體的接點稱作支點，而把兩支以上之構件的交點就稱作節(jié)點。當構件上有外力作用時，在支點上產(chǎn)生反力的構件會維持靜止狀態(tài)。支點上所產(chǎn)生之反力的數(shù)量，會因支承方式而有差異，移動端在垂直于移動方向的方向上出現(xiàn)一個反力，回轉(zhuǎn)端在直交方向上出現(xiàn)兩個反力，固定端在直交的兩個方向與固定端彎矩的一個方向上產(chǎn)生反力。
1.4應力與變形
軸方向力是當外力作用于材軸方向時的應力，若在任意點上相互產(chǎn)生拉力時就稱作拉力，相互產(chǎn)生壓縮時就稱作壓力。剪力則是指外力想要從構件軸線呈垂直方向切斷構件之時，在任意點上產(chǎn)生之一對應力。彎矩是指外力想要對于構件產(chǎn)生彎曲作用時而在任意點上產(chǎn)生之一對彎矩。屈曲是指外力持續(xù)增加時的某一時刻急遽產(chǎn)生變形的現(xiàn)象。
2基礎結構種類
基礎的作用，乃是針對作用于建筑物的力，避免建筑物橫向移動、下陷，或浮起，在地基上堅固地支持建筑物。為了支承建筑物，基礎必須由擁有足夠支承力的堅固地基去支承。至于將支承地基設置于哪一個地層中，是基礎設計時的非常重要問題。另一方面，當結構體基礎的下沉量不均勻，且因位置不同下沉量出現(xiàn)差異時，就稱不均勻下沉。若發(fā)生不均勻下沉時，結構體就會傾斜，或在結構體重發(fā)生龜裂。
3抗震設計
地震是難以預測以及精確計算的，地震作用而使建筑物承受的力，因地震作用的大小、地基的堅固度，以及建筑物固有的周期而異。地震作用的大小被評估為靜態(tài)的水平力，通常都會隨著建筑物的高度的增加，建筑物水平力的比例就會變小。對于某一方向的地震作用，相同方向的抗震要素的抵抗，會與其剛度成正比。
3.1施加于建筑物的地震作用
由震源傳來的地震波，當?shù)乇砀浇牡鼗杰浫鯐r就越會增強，而且隨著建筑物增高及固有周期變長時，搖動的力就變小，而且越到建筑物的上方樓層，搖動的力（加速度）就有變大的傾向?；谶@些因素的考慮，定出施加于建筑物的地震作用，這被當作施加于建筑物各樓層的水平力來評估。
3.2抗震因素的配置
毫無疑問，建筑物會從各方向承受地震作用，如果將整體建筑物當作是二維框架的集合體去考慮力的傳遞就容易使人理解。與地震作用的水平方向平行的框架負擔著水平力，各層柱子與抗震墻等則按剛度比例負擔地震作用。
3.3構架的變形抵抗
對結構體施加水平力時，若超過其支承的彈性限度，變形就會急遽地增加，達到最大強度。在設計時，對于頻度高的地震，通常都停留在支承力的彈性極限以下，大地震時則不要超過其最大強度。
3.4構件的強度與韌性關系
強度大的抗震因素不需要韌性。墻壁與斜撐的韌性較小，框架構架的韌性較大。
3.5抗震因素平面上的平衡
抗震因素平面上的平衡不良的建筑物，在承受地震作用時容易產(chǎn)生伴隨扭力回轉(zhuǎn)的變形，剛性弱的部分就會產(chǎn)生很大的變形，使該部分的破壞有增大之虞。由于地震作用是屬于慣性力，因此力的作用中心要與重心一致。所謂的在平面上采取平衡，也就是地震作用的中心，亦即重心與抗震因素之剛度的中心（被稱作剛心）必須一致。即使框架的剛度一致的建筑物，當它向后退縮時，由于下方樓層的重心會從中心偏離，將會產(chǎn)生失穩(wěn)。此外，如抗震墻與鋼骨框架之類的剛度大的抗震因素呈偏心配置的建筑物，就容易產(chǎn)生失穩(wěn)。
3.6抗震因素之剖面上的平衡
當抗震因素的剛度在上下方向不均勻，且硬樓層部與軟樓層部混合在一起時，地震作用就會集中于軟樓層部，使該樓層部分承受的力及變形變大，會有增大破壞之虞。尤其是二樓以上的部分墻壁多且一樓沒有墻壁的建筑物，稱作懸挑建筑物，有許多在地震時會發(fā)生一樓瓦解的破壞。建筑物由幾種構架構成，且各種構架的上下方向能夠采取平衡時則很理想，而以各層之框架的剛度總和采取平衡亦可。
4隔震結構設計
隔震結構的建筑物是指在建筑物下方設置一種地震時比其他層產(chǎn)生更大水平變形的“隔震層”，使得上層建筑物不容易與地基共振，同時集中吸收振動能量。這不僅能保護建筑物使用者的生命，也能夠使功能的維持以及收藏物的保護變得可能，也可緩和地震時的恐怖感。隔震層采用即使發(fā)生50mm～60mm之水平變形也無妨的構造。
4.1構成隔震層的隔震構件
（1）鉛制緩沖構件：利用高純度的鉛材料的塑性變形而制成的鉛緩沖器。除此之外，尚有利用摩擦原理的緩沖器，利用油通過小孔時的阻抗而成的緩沖器，以及利用黏滯體的剪斷阻抗原理而制成的緩沖器等。（2）疊層橡膠：為了支承上方的建筑物，避免與地基共振，需要垂直方向堅硬，水平方向柔軟的支座。疊層橡膠是將厚度數(shù)毫米的橡膠與鋼板交互重疊接合，施加熱與壓力，發(fā)揮橡膠特有的彈性，就能夠滿足這個條件。（3）鋼制緩沖構件：在隔震層吸收振動能量，擔任衰減振動的作用而制成的緩沖構件。由于隔震層在水平方向產(chǎn)生很大的變形，因此根據(jù)變形狀況，采用將振動能量消耗的機制方為合理。
4.2隔震層的位置
根據(jù)建筑物的功能與結構性質(zhì)去選擇隔震層的位置?；A的隔震需要基坑，但是其與非隔震層部分之間的銜接，采用最低限度，就能夠給建筑物整體帶來隔震的效果。中間隔震層的電梯與樓梯的連接困難，適用于地下樓層多的情況，或無法設置基坑的情況時，還有地震時上方樓層比特定樓層更容易振動的構造的情況時。這類情況之下，隔震構件需要防火包覆。
4.3隔震構件的能力與特性
大變形時的垂直支承能力：隔震構件要求即使在大變形時也能夠確實支承建筑物的質(zhì)量。疊層橡膠需要設計成當最大變形發(fā)生時重疊部分不得小于直徑1/2以下的尺寸。采用直徑小的疊層橡膠時，必須采用在大變形時可支承建筑物之質(zhì)量的構造。
5.結束語
目前，建筑業(yè)發(fā)展迅速，高層建筑也不斷增加，對建筑的抗震設計的要求越來越高。建筑的抗震設計方案要根據(jù)建筑物體型、結構特點、荷載性質(zhì)和地質(zhì)條件等綜合分析。
參考文獻
[1]吳炳傅承誠，高層建筑結構抗震設計的討論[J]科技與生活，2011.08.
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關鍵詞:高層建筑； 箱形轉(zhuǎn)換層; 短肢剪力墻; 抗震設計
中圖分類號：TU97文獻標識碼： A
1 工程案例
某工程原設計塔樓為2 棟32 層公寓式寫字樓, 裙樓5 層, 采用梁式轉(zhuǎn)換框-筒結構, 地下室及裙房施工完畢后因故停建。4 年后業(yè)主為適應市場發(fā)展的需要, 將塔樓改為2 棟33 層住宅樓。修改設計后塔摟為全剪力墻結構。塔樓剪力墻和裙樓柱網(wǎng)嚴重錯位, 且塔樓平面比裙樓柱網(wǎng)平面尺寸大, 如果仍用轉(zhuǎn)換梁來轉(zhuǎn)換, 轉(zhuǎn)換構件傳力路線長、不直接, 而且有挑梁轉(zhuǎn)換, 轉(zhuǎn)換形式不合理, 改用箱形轉(zhuǎn)換。箱形轉(zhuǎn)換層位于第7 層, 層高3 m, 上、下板厚均為300 mm。轉(zhuǎn)換層的結構布置如圖1 所示。
圖1 結構平面布置圖
2 建筑結構建模
運用有限元分析軟件ANSYS 建立整體結構模型。墻體采用彈性殼單元shell63, 墻體的厚度可以通過實常數(shù)反映。桿采用梁單元beam188。為了節(jié)約計算時間和計算機內(nèi)存, 在有限元網(wǎng)格劃分時, 將墻體殼單元的尺寸控制在1.5m以內(nèi), 而樓板單元則根據(jù)短肢墻體的位置, 考慮墻板節(jié)點耦合后定下單元尺寸, 所以對于樓板單元的尺寸會出現(xiàn)尺寸較大的情況。但因為在結構整體計算時, 樓板剛度對結構的側向剛度影響較小, 樓板殼單元僅為結構提供質(zhì)量和部分剛度( 平面內(nèi)非無限剛) , 所以這種大尺寸的出現(xiàn)不會對計算精度產(chǎn)生太大影響。
3 建筑工程振型分解反應譜分析
對結構進行反應譜分析。該工程地處Ⅱ場地, 建筑設防裂度為6 度, 基本風壓0.4kN/m2, 地面粗糙度為C 類。設計地震分組為2 組, 查規(guī)范得場地特征周期T g 為0. 35 s, 水平地震影響系數(shù)最大值為0.04。根據(jù)以上條件和模態(tài)分析結果, 計算各個控制點所對應的地震影響系數(shù), 再將地震影響系數(shù)乘以重力加速度,即得到反應譜分析中所用到的加速度反應譜值,見表1,其中ƒ代表頻率,ɑ代表加速度。
表1 加速度頻譜關系表
結構計算時各振型以位移為基礎進行作用效應組合, 采用SRSS 法計算結構的作用效應。在結構計算時, 將表1 的數(shù)值分別作用在結構的X 方向、Y 方向上, 計算出的地震作用效應, 包括節(jié)點位移、單元力和層剪力。
圖2 給出了X 方向、Y 方向的水平地震作用時, 結構層位移及相應的層間位移角變化曲線。
圖2 結構層間位移角圖
在X 方向水平地震作用下, 結構整體變形中, X 方向的位移分量占據(jù)主要成分, 其他方向的位移分量很小; 同時X 方向的基本振型在參與組合時, 也占據(jù)著很大的成分。Y 方向水平地震作用時, 結構Y 方向的變形特點與X 方向相同。
計算出的最大層間位移角遠小于彈性層間位移角限值( 1/1 000) 。層間位移角的變化趨勢基本同該方向基本振型的變化規(guī)律, 轉(zhuǎn)換層上部結構表現(xiàn)出明顯的彎剪變形特性。雖然轉(zhuǎn)換層的層間位移和層間位移角數(shù)值都很小, 但轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角發(fā)生一定程度的突變, 轉(zhuǎn)換層成為層間位移角曲線的轉(zhuǎn)折點。在X 方向?qū)娱g位移角圖中可以明顯地看到與轉(zhuǎn)換層相連的上下樓層, 層間位移角在明顯減少。
轉(zhuǎn)換板上幾層層間位移角在迅速增大, 意味著傾覆力矩的變化加劇。整個結構相當于單根懸臂梁, 依據(jù)梁的初等理論中彎矩和曲率的基本關系式, 層間位移角為結構側移的一階導數(shù), 層間位移角的導數(shù)即可得到彎矩的變化規(guī)律。
對結構X 方向、Y 方向?qū)娱g位移角比較分析可知, 轉(zhuǎn)換層下部結構, 各樓層的X 方向?qū)娱g位移角變化速度大于Y 方向, 而轉(zhuǎn)換層上臨近樓層, Y 方向?qū)娱g位移角的變化速度大于X 方向; 轉(zhuǎn)換層上部結構X 方向的彎剪變形特性弱于Y 方向。這些變化規(guī)律與結構的抗側抗度是相符合的。轉(zhuǎn)換層下部結構抗側剛度X 方向小于Y 方向, 轉(zhuǎn)換層上部抗側剛度X 方向大于Y 方向, 同時結構的Y 方向含有較多的短肢剪力墻,表現(xiàn)出部分框架結構的變形特征。
從層間位移角的圖中可以看出, X 方向?qū)娱g位移角變化圖中, 除結構頂部幾層層間位移角相差較大外,其他部位兩者之間相差較小。在Y 方向?qū)娱g位移角變化比X 方向要強烈一點, 而且位移角在轉(zhuǎn)換層上下和結構頂部都有較大的變化。說明在Y 方向的地震力作用下, 結構受扭較為嚴重。
在不考慮樓板平面內(nèi)無限剛的情況下, 同一樓層內(nèi)的豎向構件層間位移角也存在較大差異, 除部分受扭轉(zhuǎn)影響外, 主要還是來自于豎向抗側構件分配剪力的差異。
對上述計算結果進行比較, 分析結果如下:
1) 在箱形轉(zhuǎn)換層存在的情況下, 轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角有明顯減小趨勢。在結構彈性范圍內(nèi), 轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角不會出現(xiàn)超過規(guī)范的限值。最大層間位移角均出現(xiàn)在遠離轉(zhuǎn)換層的樓層。原因是因為箱形轉(zhuǎn)換層有很大的側向剛度和平面外剛度, 轉(zhuǎn)換層有很大的抗側剛度和平面外剛度, 轉(zhuǎn)換板對上下抗側構件有較強的約束, 因而此處樓板的層間位移角出現(xiàn)明顯的減小現(xiàn)象。
2) 轉(zhuǎn)換層上、下樓層的層間位移角在發(fā)生明顯變化。轉(zhuǎn)換層以下樓層層間位移角曲線出現(xiàn)在以下樓層中部出現(xiàn)反彎點, 在轉(zhuǎn)換層處位移角出現(xiàn)最小值; 轉(zhuǎn)換層以上臨近樓層( 7—13) 的層間位移角隨著與轉(zhuǎn)換層的遠離, 迅速增大。超過13 層以后層間位移角曲線繼續(xù)增大, 但變化速度趨于緩和, 并在結構中上部( 22 層左右) 達到最大值, 形成位移角曲線的第2 個反彎點。箱形轉(zhuǎn)換層上下變化趨勢的加大, 意味著該部分樓層地震傾覆力矩的增大。
3) 轉(zhuǎn)換層附近樓層層間位移角的變換趨勢加快, 上部比下部變化更快, 說明下部的框架相對于上部短肢剪力墻來說, 有更大的抗彎剛度, 上部短肢墻體使結構上部柔性增大。
4) 結構的頂部由于局部的縮進, 剛度的突變, 易造成位移角的突變, 即產(chǎn)生較大的地震傾覆力矩。在抗震設計時, 須對此部位豎向構件采取一定的加強措施。
4 結 論
a. 下部的框架相對于上部短肢剪力墻來說, 有更大的抗彎剛度, 上部短肢墻體使結構上部柔性增大。在地震力作用下, 轉(zhuǎn)換層下部主要受剪, 上部主要受彎。
關鍵詞：基本原則；控制技術；抗震設計
中圖分類號：S611文獻標識碼： A
隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，超高層建筑越來越多，并且向著普遍化、更超高化、功能綜合化、管理智能化、環(huán)境生態(tài)化的方向發(fā)展，高層建筑的設計問題變得日益突出。設計人員不僅要掌握先進的設計方法及各種先進軟件，還要掌握高層建筑的設計原理、設計特點、體系選擇、抗震設計等方面的知識，如此才能使設計達到技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量的基本原則。
1 超高層建筑結構體系類型及減震、抗震結構設計的基本原則
1.1超高層建筑的結構體系類型
超限高層建筑的類型主要有大底盤、大裙房、多塔樓建筑帶有外挑、懸挑層的建筑。超限高層建筑經(jīng)常采用的結構體系有鋼筋混凝土框架―核心筒結構, 它的整體性、抗側剛度好；混凝土鋼框架結構, 具有自重輕、斷面小、承載力大的優(yōu)勢； 隨著技術的發(fā)展, 在高層住宅中也出現(xiàn)了新的結構體系, 如現(xiàn)澆框架―短肢剪力墻、現(xiàn)澆框支― 短肢剪力墻。
1.2 超高層建筑減震、抗震結構設計的基本原則
1.2.1 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能。
（1）結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。
（2）對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。
（3）承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。
1.2.2 盡可能設置多道抗震防線
（1）一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協(xié)同工作。例如框架- 剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成。
（2）強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌?？拐鸾Y構體系應有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。
（3）適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。
（4）在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。
1.2.3 對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力
（1）構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。
（2）要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導致塑性變形的集中。
（3）要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。
（4）在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。
2 超高層建筑結構的減震控制技術
目前, 我國和世界各國普遍采用的抗震體系和方法是傳統(tǒng)的抗震體系和方法, 即對基礎固結于地面的建筑結構物適當調(diào)整其結構的剛度, 允許結構構件( 如梁、柱、墻、節(jié)點等) 在地震時進入非彈性狀態(tài), 并具有較大的延性, 使結構物"裂而不倒"。這種抗震設計原則, 在很多情況下是有效的, 但也還存一些問題和局限性。
因此在實施抗震設防時,必須尋找一種既安全(在突發(fā)的超烈度地震中不破壞、不倒塌) ,又適用(適用于不同烈度、不同建筑結構類型,既保護建筑結構, 又保護建筑物內(nèi)部的儀器設備) ,又經(jīng)濟(不增加建筑造價)的新的抗震新體系, 這就是建筑結構減震控制新體系。這樣, 隔震體系、消能減震體系、結構被動及主動控制體系就應運而生了。而由于隔震、消能和各種減震控制體系具有傳統(tǒng)抗震體系所難以比擬的優(yōu)越性, 即明顯有效減震( 能使結構地震反應衰減至40%~10% 或更低)、安全、簡單、經(jīng)濟及適應性廣等,它將作為一種嶄新的抗震體系和理論, 必將引起專家們的關注。
隔震和減震體系類型主要有:隔震、摩擦耗能體系、被動控制體系、主動控制體系和混合控制體系。
3 超高層建筑結構的抗震設計
3.1建筑體型和結構體系
超高層建筑平面和立面的選定, 和結構的可行性、經(jīng)濟性密切相關。由于高層建筑是以水平荷載為主要控制荷載, 所以在抗震設計中為達到“ 小震不壞, 大震不倒” 的設計原則, 應力求平面布置簡單、規(guī)則和對稱, 避免有應力集中的凹角、收縮和樓、電梯間的偏置, 盡量減少扭轉(zhuǎn)的影響。在風力作用下則要求建筑物外形選擇合理, 提高結構的剛度。圓形、橢圓形、正多邊形, 都可以大大減少風荷載影響。采用剛度較大的建筑, 可以減少風振影響和避免建筑物較大的位移。同時為了使結構具有良好的受力特性, 并滿足建筑上的使用要求, 還必須選擇一個合適的結構體系。
3.2適宜的剛度
在超高層建筑結構設計中, 恰如其分地確定建筑物的剛度是十分重要的。建筑物的剛度既不宜過大,結構剛度越大, 自振周期就越短, 建筑物的截面及自重也越大, 地震時受到的地震力也越大。
但也不宜將建筑物結構設計的過柔。過柔的建筑, 在風力或地震力的作用下, 會產(chǎn)生過大的位移及變形, 因此影響建筑物的強度、穩(wěn)定性和使用性。此外, 通過調(diào)整剛度可避免地震時建筑物的震動與場地土的震動特性相同而引起共振, 造成建筑物嚴重破壞或倒塌。
3.3結構計算
3.3.1確定總的結構計算層及劃分計算標準層
在項目中由于地下室為車庫（含6級人防）,主樓的中心為筒體之外均為大統(tǒng)間, 所以把地下室作為一層計算。
3.3.2周期折減系數(shù)
在框架剪力墻結構中, 結構的自振周期一般采用計算的方法確定, 由于在計算中只考慮了主要承重結構（梁、柱和剪力墻）的剛度, 而剛度很大的砌體填充墻的剛度在計算中未反映, 僅考慮其荷載作用。因此計算所得的周期較實際周期長。如果按此計算地震力偏小, 偏于不安全。所以必須對計算周期進行調(diào)整折減。
3.3.3連梁剛度折減系數(shù)
剪力墻中的連梁跨度小, 截面高度大, 因此連梁的剛度也大。在地震力作用下其彎矩、剪力很大, 難以按彈性分析結果去設計。現(xiàn)考慮到地震時允許連梁局部開裂, 可采用連梁剛度折減系數(shù)βy 。最低可取到0.55。
3.3.4連梁高度的取法
連梁的高度一般情況下為洞口頂至上層樓面,或下層洞口至上層洞口底。但有時當上下兩層層高不同并且洞口離地、樓面距離不統(tǒng)一時, 往往會出現(xiàn)連梁高度大于層高高度的現(xiàn)先。
3.3.5梁扭矩的折減系數(shù)
由于在結構受力計算中, 沒能考慮樓板的作用。梁的計算扭矩遠大于實際所承擔的扭矩, 特別是對于現(xiàn)澆樓板結構，因此應對梁扭矩折減，折減取值范圍0.4-1.0。
3.3.6計算時構件剛度及配筋超限的調(diào)整
為了使結構受力合理可行, 需要進行結構調(diào)整。使其具有合適的剛度和內(nèi)力。當剛度過大時, 可采用減小構件截面尺寸的方法或開洞的方法加以解決。結構計算的孔洞開設位置, 可結合剪力墻的受力特性來進行。一般單肢剪力墻長度不宜大于8m。
3.4墻肢端部配筋的調(diào)整
在地震力作用下, 墻肢端部鋼筋是主要受力鋼筋, 由偏壓、偏拉計算決定。當計算值較小, 按構造配置。當若干個墻肢交匯于一點時, 局部配筋則會太多,而使設計困難, 為此必須進行相應的調(diào)整。
4 結束語
隨著經(jīng)濟的發(fā)展及社會需求的多樣性，建筑的高度越來越高，體型變得更加復雜，并且建筑設計追求多功能、多變的使用空間及豐富的立面設計效果。因此，就常采用復雜高層建筑結構體系，從而使超高層建筑抗震工作成為結構設計的重點。
參考文獻：
[1] 李洪愷.高層建筑結構抗震設計之我見[J].科技與企業(yè)，2012，(13).
關鍵詞：高層建筑結構；抗震設計
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會需求的多樣性，建筑的高度越來越高，體型變得更加復雜，抗震設計也變得愈加重要；從20世紀最初提出的簡單抗震設計思想，到目前國際上普遍認可的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設計理念，再到基于性能的抗震設計思想，結構抗震設計經(jīng)歷兩次質(zhì)的飛躍。我國處于地震多發(fā)區(qū)，高層建筑抗震設防是工程設計面臨的迫切任務，作為工程抗震設計的依據(jù)，高層建筑抗震分析處于非常重要的地位。
1 高層建筑結構抗震分析和設計的主要內(nèi)容
我國現(xiàn)行抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下（小震），按反應譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內(nèi)力和位移，并用極限狀態(tài)方法設計構件。對于重要建筑或有特殊要求時，要用時程分析法補充計算，并進行大震作用下的變形驗算。這種先用多遇地震作用進行結構設計，再校核罕遇地震作用下結構彈塑性變形的方法，即二階段設計方法。同時規(guī)范還規(guī)定了結構在罕遇地震作用下結構彈塑性變形的結構彈塑性分析方法。
結構彈塑性分析可分為彈塑性動力分析（時程分析）和彈塑性靜力分析兩大類。
2 高層建筑結構抗震設計中的一些問題
2.1 高度問題
按我國現(xiàn)行高層建筑混凝土結構技術規(guī)程（JGJ3-2010）規(guī)定，在一定設防烈度和結構形式下，鋼筋混凝土高層建筑有一個適宜的高度。這個高度是目前我國建筑科研水平、經(jīng)濟發(fā)展水平、施工技術水平下，比較穩(wěn)妥的。實際情況下，有很多混凝土高層建筑的高度超過了這個限值，對于超限建筑物，應當采取科學嚴謹?shù)膽B(tài)度：一要有專家論證，二要有模型振動臺實驗。在地震力作用下，超限建筑物的破壞形態(tài)會發(fā)生很大的變化。因為隨著建筑物高度的增加，許多對其有影響的因素將發(fā)生質(zhì)變。
2.2 抗震變形驗算中的位移問題
高層建筑結構抗震變形驗算中，任一樓層的位移（含頂點位移）是相對結構固定端（基底）的相對側向位移；層間位移是上、下層側向位移之差；層間位移角是層間位移與層高之比值?？拐鹩嬎阒袑Y構側向位移有頂點位移和層間位移角雙重要求。實踐表明，如果層間位移角得到有效控制，結構的側移安全性和適用性均可得到滿足。同時，規(guī)范對150m以上的高層建筑提出了舒適度要求，即增加了結構頂點風震加速度的限制條件。樓層位移、層間位移角的要求時從宏觀上保證結構具有必要的側向剛度，結構構件基本處于彈性工作狀態(tài)，非結構構件不破壞。
目前，層間位移沒有考慮由于結構整體轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的所謂無害位移的影響。但實際上，對高度較高的高層建筑，結構整體彎曲引起的側移影響是不可忽視的。規(guī)范對樓層層間位移角控制條件，采用了層間最大位移計算，考慮了扭轉(zhuǎn)的影響?？拐鹪O計中，核算樓層層間位移角限制條件時，可不考慮質(zhì)量偶然偏心的影響，主要考慮到，新規(guī)范采用樓層最大層間位移控制層間位移角已經(jīng)比原規(guī)程JGJ3-91嚴格，而側向位移的控制是相對宏觀的要求，同時也考慮到與《抗震規(guī)范 》等國家標準保持一致。
2.3 軸壓比與短柱問題
在鋼筋混凝土高層建筑結構中，往往為了控制軸壓比而使柱截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構造鋼筋。即使采用高強混凝土，柱截面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱處于大偏壓狀態(tài)，防止受拉鋼筋未屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，結構的延性就差。遭遇地震力作用時，耗散和吸收地震能量小，結構容易受到破壞。許多高層建筑中雖然底部幾層柱長細比小于4，但不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比，只有剪跨比M/Vh≦2的柱才是短柱；有專家提出現(xiàn)有抗震規(guī)范應采用較高軸壓比，但是即使能調(diào)整柱軸壓比限值，柱斷面并不能因為略微提高軸壓比限值而顯著減小。
2.4 結構體系問題
在地震多發(fā)區(qū)，采用何種結構體系應該得到人們的重視。我國150m以上的建筑，采用的三種主要結構體系（框-筒、筒中筒和框架-支撐），這些也是其他國家高層建筑采用的結構體系。但國外特別在地震區(qū)，是以鋼結構為主，而在我國鋼筋混凝土結構及混合結構占了90%.如此高的鋼筋混凝土結構及混合結構，國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗；混合結構的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的地震作用剪力，有的高達90%以上。由于結構以鋼筋混凝土核心筒為主，變形抗震要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小測移，不但增大了鋼結構的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規(guī)范側移限值。此外，在結構體系和柱距變化時，需要設置結構轉(zhuǎn)換層。
2.5 在某些烈度區(qū)采用了較低的抗震措施與構造措施
現(xiàn)在許多專家提出，現(xiàn)行的建筑結構安全度已不能適應國情的需要，主張“建筑結構的安全度水平應該大幅度提高”。
設防標準低的根本原因在于國家財力物力有限，我國建筑結構抗震設計除了設防烈度低外，具體抗震計算方法和構造規(guī)定的安全度也不如國外，在配筋率、軸壓比、梁柱承載力和一系列保證抗震延性的要求上，與外國相比，也有異同。隨著社會財富的增長，有人主張結構在設防烈度下應采用彈性設計，特別是高烈度區(qū)要有嚴格的抗震措施和抗震構造措施來保證結構的安全。
3 高層建筑結構抗震設計的新趨勢
3.1 動力時程響應分析的狀態(tài)空間迭代法
這種方法把現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間理論應用到高層建筑結構動力響應問題，根據(jù)結構動力方程，引入位移與速度為狀態(tài)變量，導出狀態(tài)方程，給出非齊次方程的解，進而建立狀態(tài)空間迭代狀態(tài)格式。經(jīng)工程實例驗算，具有較高精度。
3.2 材料參數(shù)隨機性的抗震模糊可靠度分析
該方法從結構整體性出發(fā)，改變過去對結構抗震可靠度的研究只考慮荷載的不確定性而忽略了其他不確定因素，綜合考慮了材料參數(shù)的變異性，地震烈度的隨機性，烈度等級界限的隨機性與模糊性對結構抗震可靠度的影響。研究成果可用于對現(xiàn)有的結構進行抗震可靠度評估，并可用于指導基于可靠度理論的結構抗震設計。
