关键词:高层建筑;抗震;结构设计;探讨
引言
现阶段,土与结构物共同工作理论的研究与发展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善,如果可以在结构与地基的材料特性,动力响应,计算理论,稳定标准诸方面得到符合实际的发展,自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。
1高层建筑发展概况
80年代,是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑,建筑层数和高度不断增加,功能和类型越来越复杂,结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店,它是一座现代化的高级宾馆,总高153.52m,全部采用框架一芯墙全钢结构体系,深圳发展中心大厦43层高165.3m,加上天线的高度共185.3m,这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦,81层高,385.95m为钢结构,它居目前世界建筑的第四位。
2建筑抗震的理论分析
2.1建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计(包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容)的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“严禁,不得,不许,不宜”等体现不同程度限制性和“必须,应该,宜于,可以”等体现不同程度灵活性的用词。
2.2抗震设计的理论
拟静力理论。拟静力理论是20世纪10～40年展起来的一种理论,它在估计地震对结构的作用时,仅假定结构为刚性,地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数(地震系数)。
反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40～60年展起来的,它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解,以及结构动力反应特性的研究为基础,是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。动力理论。动力理论是20世纪70-80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外,人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解,同时随着强震观测台站的不断增多,各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论,它把地震作为一个时间过程,选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入,建筑物简化为多自由度体系,计算得到每一时刻建筑物的地震反应,从而完成抗震设计工作。
3高层建筑结构抗震设计
3.1抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑概念设计、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构延性(限制结构类型和结构材料使用)等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,消能减震措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且,强柱弱梁,强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
3.2高层建筑的抗震设计理念
我国《建筑抗震规范》(GB50011-2010)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。
三个水准烈度的地震作用水平,按三个不同超越概率(或重现期)来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重现期50年;设防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重现期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重现期1641-2475年,平均约为2000年。
对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
关键词：房屋建筑抗震结构设计
随着近年来世界各地的地震频发，有关建筑抗震结构的设计问题，已得到建筑结构设计中的广泛关注，将对人类生命与财产安全产生重要作用。因此，在设计建筑结构过程中，必须加强对抗震问题的重视程度，有针对性地采取措施，减少地震发生时对建筑物的破坏性。
一、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。选择合理结构材料。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。
二、提高高层建筑抗震设计的措施
（一）选择具有抗震效果的建筑材料
建筑材料的选择对建筑抗震效果也有一定的影响，随着材料技术的不断进步，具有抗震功能的新材料不断面世，在建筑行业也受到广大设计者的青睐，在建筑时尽量采用框架剪力墙的结构，以钢结构为基础进行建设，在宏观上提高了建筑的刚性和延性，有助于提高建筑结构的稳定性。钢结构相比于目前采用的混凝土结构，遇有更高的强度和韧性，在重量比上也要优于混凝土结构，具有更好的抗震性能。
（二）尽可能设置多道抗震防线
当发生强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。
（三）客观考虑位移问题
对于我国建筑抗震结构设计来说，大多以承载力作为重要的基础，而设计人员则采取线弹性方法，对小幅度震动情况下的结构变形力、内力等进行分析，采取组合内力方法，对构件的截面进行验证，以此确保结构的可靠性、稳定性。另外，为了更好地针对基础位移状况实行抗震设计，应该充分了解结构变形情况和配筋之间的关系，有针对性地采取设计方法，当建筑结构进入到抗震阶段后，对其变形力进行细致分析与探讨。因此，除了计算小震阶段的情况以外，也要收集、统计、分析大震过程，实现更深层次的设计，必将成为未来发展方向。
（四）减少地震时能量的输入
在具体的设计中，采用基于位移的结构抗震方法，对具体的方案进行定量的分析，使结构的变形能力能够满足预期地震作用下的变形需求。在验算结构的承载力之外，还要对结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比进行控制；根据建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系，确定构件的变形值；根据建筑截面的应变大小和应变分布，来确定建筑构件的构造需求。另外，对于高层建筑，在坚硬的场地上施工，可以明显的减少地震时能力的输入，降低对高层建筑的破坏。
（五）抗侧力体形的优化
对一般性构造的高楼，刚比柔好，采用刚性结构方案的高楼，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时的结构变形小，隔墙，围护墙等非结构部件将得到保护，破坏也会减轻。提高结构的超静定次数，在地震时能够出现的塑性铰就多，能耗散的地震能量也就越多，结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制，使结构破坏十按照整体屈服机制进行，而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯，强压弱拉的原则。在进行结构设计时，应该选定构件中轴力小的水平杆件，作为主要耗能杆件，并尽可能使其发生弯曲耗能。
（六）竖向布置力求均匀
结构竖向布置均匀，可以最大限度的使其竖向刚度、强度变化均匀，这样可以有效的避免出现薄弱层。从建筑结构的特点看，临街的建筑物，往往会因为商业的需要，底部几层有大空间的设置。非临街的建筑物，底部也可能门厅、餐厅或停车场，而出现大空间。在这种结构中，上部的钢筋混凝土抗震墙或竖向支撑或砌体墙体到此被中止，而下部须采取框架体系。也就是说，上部各层为全墙体系或框架抗震墙体系，而底层或底部两三层则为框架体系，整个结构属“框托墙”体系。地震经验指出，这种体系很不利于抗震。因此，在实际的抗震结构设计中，应该要保持结构竖向布置的均匀。也就是说，同一楼层的框架柱，必须要具有大致相同的刚度、强度和延性，以此避免地震时，因受力大小悬殊而被各个击破的危险。此外，还必须注意的是，在采用纯框架结构的高层建筑中，楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连时，应该避免该柱变成短柱的情况，这样才能有效的避免地震时发生剪切破坏。
三、结语
现阶段，我国高层建筑的抗震设防仍然处在摸索阶段，尽管通过实践积累了一些经验，但建筑抗震分析在概念上还需进一步完善，如果可以在结构与地基的材料特性，动力响应，计算理论，稳定标准等方面得到符合实际的发展，自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。
参考文献：
[1]葛建国.浅析高层建筑抗震概念设计[J].中国西部科技（学术）.2007（11）
[2]陈天华.高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].中国科技信息.2011（16）
[3]和佳一.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品.2011（12）
关键词：高层建筑；抗震；设计
Abstract:thestructureofthehigh-risebuildingaseismicperformanceisofvitalimportance,thispaperdiscussestheconcept,structureandseismicdesigntheprocessofhowtosolveproblems,andthenanalyzestheimpactofbuildingthemainfactorsofseismiceffects,andpointsoutthatthehighbuildingaseismicdesignshouldfollowtheprinciplesandmethodsforinthis,mentionedtheaseismicdesignofhigh-risebuildingandbroadprospects.
Keywords:highbuilding;Seismic;design
中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：
0引言
地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，但是近年来，地震等自然灾害多发，影响到人们的基本生活和生命财产安全，因此，建筑(尤其是高层建筑)抗震安全问题必须引起建筑师们的高度重视。本文就高层建筑结构的抗震性能作出相关分析，以同行参考！
1建筑结构抗震等级的规定和标准
震级是根据地震的强度而进行的划分，在我国，地震划分为六个级别：3级为小地震，3～4．5级为有感地震，4．5"--6级为中强地震，6～7为级强烈地震，7～8级为大地震，8级以上的为巨大地震，是国家根据相关的历史、地理和地质方面的经验资料，经过勘查和验证，对进行地震分组的一个经验数值，它是地域概念。抗震设防有甲、乙、丁类建筑，在我国大部分的房屋抗震等级是8度，可以抵抗6级地震的作用。国家设计部门依据有关规定，按照建筑物的分类和设防标准，根据房屋高度、结构等方面，采用不同的抗震等级。比如，在钢筋混凝土结构中，抗震等级可以分一般、较为严重、严重和很严重这4个级别。
在高层建筑的抗震设计中，混凝土结构应高根据建筑的高度、建筑的结构和设防的烈度运用不同的抗震等级，而且应该符合相应的计算和措施要求。
2影响建筑物抗震效果的因素
研究高层建筑结构的抗震设计，必需明确建筑物抗震效果的主要影响因素。下面，将从建筑结构本身的设计效果、施工材料施工过程以及建筑场地情况3个方面进行分析。
2．1建筑结构建造过程中所使用的材料和施工过程
建筑结构的材料是影响抗震效果非常重要的因素，但是这个因素往往被人们忽视，工作人员需要明确这样一点：在一般情况下，地震对建筑物作用力的大小与建筑物的质量成正比。在同等地震环境下，建筑物材料使用越好，其受到的地震作用力也相对较小；反之，建筑物就会遭到来自地震的很大的作用力。所以，在实际的建筑物的建设中，建议他们多采用隔断、板楼、维护墙等构件，广泛采用空心砖、加气混凝土板、塑料板材等质轻的建筑材料，这将会有利于建筑物抗震性能的提高。建筑结构施工过程同施工材料共同影响整个建筑工程的质量，在施工过程中，每一个环节都可以影响建筑结构抗震效果。所以，高层建筑在具体施工中，要加强监管和规范，严格做好高层建筑施工管理，从建筑结构的质量上来提高抗震效果。
2．2建筑物自身的结构设计
建筑物的结构设计是影响抗震效果极为关键的一个因素，建筑物若要达到抗震目的，必须进行合适的结构设计，保证抗震措施合理，能够基本实现小地震不坏、大地震不倒这样的目标。无论点式住宅或是版式住宅，都要进行合理的结构设计，提高建筑结构的抗震性能。如果建筑物对平面的布置较为复杂，质心与
刚心不一致，在地震情况下，将会加剧地震的作用影响力，破坏性增强。所以，建筑物的结构平面布置尽量保证建筑物质心和刚心重合，提高建筑物的抗震能力。
在建筑结构的设计中，出屋面建筑部分不宜太高，以降低地震过程中的鞭梢影响；平面布置不规则的房屋注意偏离建筑结构刚心远端的抗震墙等等。
2．3建筑物所处地质环境情况
在地震中，对建筑物造成破坏的原因是多方面的，比如：岩石断层、山体崩塌、地表滑坡等使得地表发生运动，造成建筑物的破坏；海啸、水灾等次生灾害对建筑物造成破坏。在造成建筑物破坏的诸多原因中，有些是可以通过工程措施加以预防的。所以，在选择建筑工地的位置之前，要进行详尽的勘探考察，分析地形和地质条件，避开不利地段，挑选对建筑物抗震有利的地点。
3高层建筑抗震设计的方法
对高层建筑结构的抗震设计时，要从减小地震作用力的输入和增强地震抵抗力两个方面进行考虑。下面将从五个方面进行分析：尽可能减小地震作用能量的输入，运用高延性设计、推广消震和隔震措施的运用，注重抗震结构的设计，重视建筑材料的选择，增多抗震防线的建设。将减小地震作用力和增强建筑的地震抵抗力二者结合起来，从两方面入手，进行建筑抗震的设计施工。
3．1减少地震发生时能量的输入
在具体的设计中，积极采用基于位移的结构抗震方法，对具体的方案进行定量分析，使结构的变形弹性满足预期地震作用力下的变形需求。对建筑构件的承载力进行验收的同时，还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值；并且更具建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系，确定构件的变形值；根据建筑界面的应变分布以及大小，来确定建筑构件的构造需求。对于高层建筑来讲，在坚固的场地上进行建筑施工，可以有效减少地震发生作用时能量的输入，从而减弱地震对高层建筑的破坏程度。
3．2运用高延性设计、推广消震和隔震措施的运用
现在在我国，许多高层建筑进行抗震设计时，多采用延性结构，也就是适当的空着建筑结构的刚度，允许地震时结构的构件进入到具有很大延性的塑性状态，从而消耗地震作用时的能量，使地震反应减小，减弱地震给高层建筑带来的破坏和重大损失。如果某高层建筑的承载能力较小，但是具有较高的延性，那么在地震中它也不容易倒塌，因为延性构件可以吸收较多的能量，经受住很大的结构变形。延性结构的运用，在很多情况下是有效的，它可以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒一。
3.3注重抗震结构的设计
高层建筑抗震设计的结构应该得到人们的重视。我国150m以上的建筑，采用的3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。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。
我国传统文化中“以柔克刚”具有价高的思想价值，可以指导很多实际问题。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。比如，在高层建筑的拱形结构中有这样一个例子迪拜帆船酒店，外观如同一张鼓满了风的帆，一共有56层、321m高，就是运用拱结构抗震减灾的很好的例子。
4高层建筑结构抗震设计前景展望
今后若干年，中国仍将是世界上修建高层建筑最多的国家，这将会给高层建筑抗震设防带来新的难题。21世纪，高层建筑结构抗震将有如下变化：
(1)高层建筑的抗震结构体系将从以硬性为主向柔性为主的结构抗震转变，通过“以柔克刚”方式，调整建筑结构构件的隔震、减震和消震来实现抗震目的。
(2)建筑材料对结构抗震的影响越来越得到重视。建筑材料的各个抗震指标的提升可以提高高层建筑的抗震能力，研制新的建筑材料可推动高层建筑结构抗震技术的发展。通过优化的抗震方法设计，来实现高层建筑的抗震要求。
(3)计算机模拟抗震试验得到广泛应用。将制作好的模型或结构构件放在模拟地震振动台上，台面输入某一确定性的地震记录，能够较好地反映该次确定性地震作用的效果。计算机模拟环境可以拟真抗震效果，帮助科学改进各因素，有效抗震。
另外，高层建筑结构的抗震设计的计算方法也有了新的转变：从线性分析向非线性分析转变，从确定性分析向非确定性分析转变，从振型分解反应分析向时程分析法转变。
5结语
高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的，我们需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究，选用适合的抗震结构，注重建筑结构材料的选择，减小地震的作用力，增强地震的抵抗力，从而达到高层建筑抗震的目的。
参考文献：
[关键词]高层建筑建筑设计抗震设计建筑结构
引言
随着我国建筑设计行业的飞速发展，对高层建筑的设计也越来越重视。然而，对于一个高层结构的设计,遇到的问题可能错综复杂,只能具体问题具体分析。工程实践表明在高层结构的设计过程中,设计人员只有抗震概念清晰,构造措施得当,应用合适的结构分析软件三者有机结合才能取得比较理想的结果,在这个过程中抗震构造重于结构计算。本文对建筑抗震进行必要的理论分析,从而探索高层建筑的设计理念、方法,采取必要的抗震措施。本文简单阐述高层建筑设计与抗震设计，从中领悟其要点。
一、高层建筑抗震设计的特点
1.1刚柔相济。
在建筑抗震设计过程中若一味的提高结构抗力,增加结构刚度,则会导致结构刚度大则在地震发生过程中地震作用也会相应增大,即在增加结构刚度的同时也增强了地震作用,
当地震发生时则往往造成建筑物局部受损最后导致建筑物各个击破;而若建筑物刚度太柔虽然可以依靠其柔性消减外力,但容易导致建筑物过大形变而不能使用,甚至在地震发生时导致整体倾覆。因此在高层建筑物设计过程中应坚持刚柔相济原则,即建筑物在地震过程中既能满足变形要求又能减小地震力的双重目标。
1.2多道设防。
由于每次强震之后都会伴随多次余震,
因此在建筑物的抗震设计过程中若只有一道设防,则其在首次被破坏后而余震来临时其结构将因损伤积累而倒塌,因此,建筑物的抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成,在地震发生时由具有较好延性的结构构件协同工作来抵挡地震作用。
二、高层建筑抗震设计要点
2.1结构规则性
建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求对建筑进行合理的布置。大量地震灾害表明平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能，因为该种结构建筑容易估计出其地震反映易于采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理。建筑结构的规则性是指建筑物在平立面外形尺寸抗侧力构件布置、承载力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面对称均匀体型简单结构刚度质量沿建筑物竖向变化均匀,同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响,并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。
2.2层间位移限制
高层建筑都具有较大的高宽比,其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移,甚至会超过结构的位移限值。而国内普遍认为该位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关,其中钢筋混凝土结构的位移限值(一般在1/400-1/700范围内)则比钢结构(1/200-1/500范围内)要求严格,风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格因此在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况以及所处的地理位置进行设计,既要满足其具有足够的刚度又要避免结构在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性以及正常使用功能等。
2.3控制地震扭转效应
大量事实表明,当建筑结构的平面布置等不规则、不对称导致建筑层间水平荷载合力中心与建筑结构刚度中心不重合,在地震发生时建筑结构除发生水平位移外还易发生扭转性破坏甚至会导致结构整体倒塌,因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。由于建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的层间变形不同,其中距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元的层间侧移最大;同时在上下刚度不均匀变化的结构中,各层的刚度中心未能在同一轴线上,甚至会产生较大差距,以上情况都会使各层结构的偏心距和扭矩发生改变,因此,在设计过程中应对各层的扭转修正系数分别计算。计算时应主要控制周期比、位移比两个重要指标,即当两个控制参数的计算结果不能满足要求时则必须对其进行调整。当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面或增加抗侧力构件数量的方法,并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周,以减小刚度中心与质量中心的相对偏心,若调整构件刚度不能满足效果时则应调整抗侧力构件布置,以增大结构抗扭刚度。具体做法为当结构刚度富余量较小可采取均衡加强结构刚度,富余量较大则可采取在加强刚度的同时均衡的消弱结构内部中心抗侧力构件刚度的方法进行处理;当结构位移比不满足要求时则一般采取增加最大位移处构件刚度减小最小处位移构件刚度、在最大位移处局部加剪力墙、增加框架部分侧向刚度和设置防震缝将不规则平面重新划分为相对规则平面的方法进行处理。
三、高层建筑结构抗震设计
3.1抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑概念设计、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构延性(限制结构类型和结构材料使用)等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,消能减震措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且,强柱弱梁,强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。3.2高层建筑的抗震设计理念
我国《建筑抗震规范》(GB50011-2001)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。三个水准烈度的地震作用水平,按三个不同超越概率(或重现期)来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重现期50年;设防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重现期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重现期1641-2475年,平均约为2000年。对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。3.3高层建筑结构的抗震设计方法
我国的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法;除1款外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱方法;特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
结束语
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对高层建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。这则需要工程界和教育界进行共同的努力。
参考文献
1．戴国莹，李德虎，建筑结构抗震鉴定及加固的若干问题，建筑结构，1999（4）
2．高立人，王跃，结构设计的新思路――概念设计，工业建筑，1999（1）
【关键词】高层建筑；结构设计；性能；抗震设计
1引言
对于地震的研究，我国起步较早，东汉时期伟大的天文学家张衡发明了地动仪。我国传统的隔震减震方法是采用抗震结构体系，通过加强结构的抗剪切承载能力，以提高建筑物的结构强度来抵抗地震对建筑物的影响，避免建筑物在地震中坍塌。如今，随着科技迅猛发展，基于性能的建筑结构抗震技术取得了长足进步，其相对于传统的抗震减震技术，有着许多突出的优势，能够更好的提高建筑物的抗震减震能力。
2抗震技术在房屋建筑结构设计中的应用的必要性
我国是世界上地震频发的国家，每年，地震造成的损失数以亿计，地震的存在严重威胁到人们的生命安全和财产安全，其不可准确预测性和巨大破坏性给我国的许多建筑物和构筑物造成了巨大的威胁。国家抗震规范中明确规定：“小震不坏，中震可修，大震不倒”，对于小型地震，要求是在地震中建筑物和构筑物不发生破坏，不影响主体结构的受力性能[1]；对于中型地震，要求是建筑物和构筑物在地震后能够通过修理可继续使用；对于大型地震，要求是建筑物和构筑物在地震中不倒塌。房屋结构作为住宅建设中最关键的部分，合理的设计可以保证房屋的安全系数，从而提高整个工程的质量。建筑物在设计时，除遵循“经济、实用、安全”的总原则外，具体还要以抗震设计原则为依据，结合地震本身的特点，明确清晰的设计思路，以应对自然灾害，确保结构安全。
3基于性能的抗震设计方法概述
在基于性能的抗震设计理论的发展过程中，目前世界范围内土木工程界形成了并经过论证认可的抗震设计方法主要包括：综合设计方法、基于性能可靠度的分析方法、基于位移的设计方法、延性系数设计法。①综合设计法。该方法的核心思想就是根据已有的自然环境条件以及地震动参数，选择出结构抗震性能目标。对性能目标进行反复的论证，最终确定出结构构件的截面尺寸大小，从而指导结构抗震设计。②基于性能可靠度的分析方法。该分析方法的核心思想就是将承载能力极限状态和正常使用极限状态对应上基于位移抗震设计的具移数值，从而使两个极限状态理论在基于位移抗震设计上得到定量化。③基于位移的抗震设计方法。该方法的核心思想就是将结构抗震采用的结构整移及层间位移角目标进行量化，由整移和层间位移角控制结构构件的截面和配筋。④延性系数设计法。该方法是在基于承载力（强度）设计的基础上，对建筑结构在罕遇地震时产生的非线性变形，结构构件产生的延性反应进行研究。建筑结构在罕遇地震作用下产生的延性反应，有利于减小、吸收、耗散地震作用，进而减少对房屋结构的损害，有效防止建筑物在罕遇地震下作用下倒塌[2]。
4实例分析基于性能的高层建筑抗震设计方法应用
某综合性办公大楼，建筑总面积约为4.2万m2，建筑主体为40m×32m的矩形平面，结构形式为混凝土框架－剪力墙体系。主楼层数为20层，其中地下3层为停车库，地上17层为办公区，裙房为4层。建筑物抗震设防烈度为7度（0.10g），设防类别为丙类，地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.40s。4.1结构基本信息及模型建立该建筑地面以上为17层的主楼，主要用途为办公场所，主屋面的高度为63.6m。东西两侧各设置有4层裙房，裙房顶标高16.3m。该建筑地面以下的高度为13.2m，主要作为地下停车库，其中人防区域设置在地下三层，从地下三层往上的层高分别为4.5+4.5+4.2m。主楼一层层高4.5m，二层层高4m，3~6层的层高为3.9m，7～16层层高3.5m，17层层高是4.5m。主楼在1～2层中间16m×16m的范围内设置了挑空的中庭，中间不容许设置结构柱，需要在二层顶设置转换桁架。工程基本雪压值：0.0kN/m2（n=50），基本风压值时0.70kN/m2（n=50，粗糙类别为B类），该建筑的剪力墙、框架的抗震等级均为二级。用PMSAP软件建立计算模型，对结构进行设计分析，然后选择不同的地震波对建筑结构进行性能化分析，最终用sap2000对结构的计算结果进行复核。结果表明两种软件的计算结果比较接近，差异在工程许可的范围内，同时按照最不利设计的原则对结构进行配筋。4.2结构计算分析主楼二层楼板局部开大洞，为不连续楼板，需加强洞口周边钢筋混凝土梁的配筋，同时提高周围楼板的厚度和配筋。楼板开大洞造成出现跃层柱，需提高跃层柱的配筋。转换柱由于对承载力要求高，应选择使用型钢混凝土柱，型钢截面为HM400×200×8×13。底部加强区的剪力墙厚度取值较大一些，且最小配筋率取为0.35～0.4%，可以保证地面以上首层和第二层不出现薄弱层。通过弹性时程分析法（选取三组地震波），对结构中的薄弱环节进行补充计算，同时调整框架结构的配筋，让建筑框架承担部分地震剪力，可使结构形成两道有效的承载力防线，4.3主要抗震计算结果高层建筑抗震设计是一项复杂而又系统的过程，必须进行如下几点工作：①根据结构各个部分的受力分布情况和最大位移分布特点，分析结构受力的不利情况并予以加强；②确保建筑的剪重比和刚重比等指标符合抗震规范的要求；③调整软弱地基地震剪力系数，确保建筑结构的刚度。从PMSAP的计算结果看，小震作用下建筑物最大的层间位移限值为1/948，罕遇地震作用下建筑的层间位移限值为1/125，均满足国家规范的相关要求。在中震作用下，框架梁和连梁出现受弯承载力不足的问题，受剪承载力仍可以满足要求，但比较接近限值[3]。而框架柱（包括转换柱）和剪力墙均处于弹性状态。从SAP2000的计算结果看，小震作用下建筑物最大的层间位移限值为1/1023，罕遇地震作用下建筑的层间位移限值为1/134，比PMSAP的计算结果更小，同样可以满足国家规范的相关要求。而且两者的计算结果都反应出转换柱和转换桁架都是比较薄弱的构件，需要特别加强。
5结束语
高层建筑高度更高、结构更复杂、人员活动更多，地震作用对建筑的危害也就更大，所以对高层建筑的设计要求更高。高层建筑在注重抗震概念设计的时候，也需要结合具体的施工环境、地理环境，确保高层建筑的设计达到安全性、适用性、经济性和美观性的完美结合，这也正是设计师们在努力创新时源源不断的动力。
参考文献
[1]徐其功，蔡辉，李争鹏.基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究[J].钢结构，2015，30（7）：70~75.
[2]赵彤.高层建筑结构基于性能抗震设计思想的应用[J].结构工程师，2011，27（2）：15~22.
关键词：高层建筑转换结构抗震设计
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：
一、问题的提出
随着经济的发展，对房屋建筑使用功能的要求越来越高，立面体型变化多样化，竖向构件上部与下部不能贯通，例如酒店、公寓、高层住宅底部设有局部大空间门厅，甚至底部几层作为商业用途而全部采用较大柱网的大空间。上述要求与结构的合理、自然布置趋势正好相反，由于高层建筑结构下部楼层受力很大，上部楼层受力较小，正常布置时下部刚度大、墙多、柱网密，到上部墙少、柱网稀疏，结构的正常布置与建筑功能之间就产生了矛盾。为了解决这种矛盾，就必须在结构转换的楼层设置转换层。
二、高层建筑转换结构的形式
带转换层高层建筑结构主要归纳为两大类，一类是其主体结构由上部剪力墙结构与下部筒体框架结构或框架剪力墙结构通过转换层组成；另一类是其主体结构由上部小柱网框架、筒体、剪力墙结构与下部大柱网框架、筒体、剪力墙结构通过结构转换层组成。而结构转换层的类型又可分为两类：一类是梁式转换，包括梁、桁架、空腹桁架、箱型结构、斜撑等，另一类是板式转换，一般是由一块整体浇注的厚平板组成。除此之外，近年又出现许多新的转换结构形式，如搭接柱转换结构、宽扁梁转换结构、斜撑转换结构。
梁式转换层结构，由于其受力、传力比较直接，且还可提供一定的建筑设备利用的空间，因而是目前得到最广泛应用的转换结构形式；板式转换结构，受力、传力比较复杂、不够明确，板内应力分布复杂，而且经济性较差，所以此结构形式较少被采用。
三、震害实例[1]
A．美国橄榄景医院主楼（1971年2月9日美国加利福尼亚州圣费南多发生里氏6.4级地震），震害如下：
震害分析：1~2层为框架，2层有较多的砖填充墙，3层以上为框架—抗震墙，上刚下柔，上下部的刚度相差悬殊，建筑上部3~6层的刚度比下部1~2层的大10倍以上，底部两层在地震后破坏严重，平均残余侧移达380mm，最大为710mm。
B．帝国县行政办公大楼（ICSB大楼）（1979年10月15日美国加利福利亚ElCentro发生里氏6.4级地震），该建筑平面布置如下
ICSB大楼平面
（a）首层平面（b）2~5层平面
震害如下：一层G轴4根柱严重破坏，柱下端混凝土压碎，主筋呈灯笼状外鼓，外端两根柱的破坏比中间两根柱严重，剪力墙和楼板没有明显的剪切破坏。
震害分析：该建筑表面看似简单、规则，但第一层剪力墙的布置是不对称的，且2~6层东西两侧的剪力墙在第一层中断，设计者为了改善首层的刚度和承载能力，在第一层增设了4片剪力墙，通过这样，2~6层的绝大部分剪力和倾覆力矩由东、西两侧剪力墙承担，到了第一层需通过第二层楼板将剪力墙的剪力传递到中间4片短剪力墙；由于这4片剪力墙的布置不对称，东侧第一层的4根柱由于到刚度中心的距离最远，必将承受一定的剪力，所以东侧框支柱在地震中破坏严重，而西侧框支柱由于离刚度中心较近，承受的地震剪力较小而无明显破坏。
C．日本神户A公寓（1995年日本阪神大地震），震害如下：
震害分析：该建筑西楼框支层（1~3层）的层刚度与上部楼层（4~10层）相比，不但没有减弱，还大于上部楼层刚度，但框支层剪力墙布置严重偏心，西楼西部有相当多的落地剪力墙，但1~3层的东侧布置了5片框支墙，使框支层（1~3层）与上部刚度偏心率很大，地震中扭转效应大，加剧了原本薄弱的框支柱的破坏，框支柱的破坏严重，出现东侧第3层倒塌破坏的结果。
D.日本FY大楼（1995年日本阪神大地震），震害如下：
FY大楼A轴1层南侧边柱上端破坏FY大楼A轴1层北侧边柱脚破坏
震害分析：1）、该建筑沿东西向层数不同，东侧仅3层，西侧7层，地震作用下，使得西侧的扭转影响较大，加剧了西侧框支柱的漂亮；2）、地震作用下，上部剪力墙的倾覆力矩使1、2层的框支柱产生较大的轴向拉、压力，上部剪力墙的剪力不能全部传递到落地剪力墙上，使框支柱承受一部分剪力，7层部分的西侧框支柱轴力最大，破坏也最严重。
转换结构地震破坏的例子很多，这里只对以上几种典型的情况做了简要介绍，目的是为了使结构设计师加深对转换结构，尤其是高层转换结构设计的认识和理解，并在设计中引起足够的重视。
四、高层结构抗震概念设计的特点
（1）带转换层高层建筑结构由于上、下层竖向构件不连续，结构竖向刚度发生变化转换层上下楼层构件内力、位移发生突变，对抗震不利。研究表明，影响带转换层高层建筑结构抗震性能的主要因素为：1）转换层设置高度---转换层位置越高，转换层上下层间位移角包络及剪力分配和传力途径突变越明显，转换层下部的框支框架越易开裂和屈服；2）转换层上下楼层刚度---转换层上下楼层的剪切刚度宜尽量接近；对转换位置较低的结构，控制侧向刚度比可以控制转换层附近的层间位移角及内力突变；对转换位置较高的结构，还应控制转换层上下部结构的等效刚度比。
（2）转换构件除满足刚度、强度、延性的要求外，还要注意保证转换层楼盖的整体刚度。一般而言，转换层楼盖受力较大，除协助转换梁工作外，楼盖还要承受上部结构竖向构件传来的水平力传递到下部竖向构件上去。震害表明，转换构件的刚度较弱，楼盖的刚度和抗剪承载力较弱，使楼盖破坏严重、转换构件上部的剪力墙、柱破坏严重。
（3）落地剪力墙与框支柱的布置宜均匀、对称，结构刚度偏心不宜过大，以免地震中由于扭转效应使框支柱严重破坏。框支柱的设计还要注意上部墙体地震倾覆力矩产生的框支柱轴向拉、压力的影响，尤其是单跨框支框架，轴向拉、压力往往会成为框支柱破坏的主要原因，抗震设计一般不宜采用单跨框支框架。
（4）抗震设计中需要加强的部位应包括底部及转换层以上1~2层的楼板、剪力墙和柱。结构的延性耗能机制宜呈现在加强部位以上的结构中
五、高层转换结构设计的原则
尽管高层结构本身有一些抗震不利的因素，但是只要能合理设计，把握好几个原则，还是能达到比较满意的抗震效果的，下面对转换结构设计的原则做如下总结。
尽量减少转换
在可能的情况下尽量减少主体结构的转换，核心筒、剪力墙、框架柱等竖向主体构件应尽量落地，以满足受力直接，刚度连续，既经济又合理。
使传力直接
在可能情况下注意主体结构上部和下部竖向构件的协调对应关系，使转换结构尽可能处于传力比较直接。上部剪力墙宜尽可能采用大开间剪力墙结构，既容易满足上下部刚度比的要求，又便于下部大开间框支柱、转换梁的布置；上部小柱网的结构，宜尽量使其柱网与下部大柱网的轴线有较好的对应插入关系，以使转换梁的布置比较合理明确。总之，应尽量避免多级转换梁转换，慎重采用传力复杂、抗震不利的板式转换。如上下柱网确实无法对齐时，尽量采用箱型转换。
强化下部、弱化上部
对于上部剪力墙下部筒体框架、剪力墙框架的结构，要注意适当增强下部筒体、剪力墙，适当减弱上部剪力墙，以使转换层上下部分主体结构间剪切刚度比尽量接近，且不大于2。对于框架结构上部小柱网，下部大柱网时，要注意上部框架梁截面适当减弱，下部框架梁截面适当加强，从而可以做到上下部的层间刚度比接近。
加强下部结构的措施：加大筒体及落地墙厚度、提高混凝土强度等级、必要时可在房屋周边增加部分剪力墙、壁式框架或楼梯间筒体，提高抗震能力。
弱化上部结构的措施：不落地剪力墙开洞、开口、减小墙体厚度等。
优化转换结构
抗震设计时，却因建筑功能需要采用高位转换时，转换结构宜优先选择地震作用下、不致引起框支柱柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架、空腹桁架和扁梁等，同时要注意需满足重力荷载作用下承载力、刚度的要求。
计算细致全面
带转换层的高层结构，在转换层及其上下几层的主体结构筒、墙、框架中应力比较集中、复杂，除满足结构的整体分析外，还应辅以该部分结构的有限元分析，取转换以上至少两层结构进入局部计算模型，并注意模型边界条件符合实际情况。整体结构计算需采取两个以上不同力学模型的程序进行抗震计算，还应进行弹性时程分析计算并宜采用弹塑性时程分析进行校核.
六、结语
本文对高层建筑转换结构的形式做了简要介绍，并通过几个较典型的震害实例对高层结构抗震概念设计的特点进行分析，最后总结高层建筑结构设计时应注意的原则，希望本文对初次做转换结构设计的工程师们有一定的指导作用。
[1]徐培福，复杂高层建筑结构设计，北京：中国建筑工业出版社，2005（2）
[2]李国胜，多高层建筑转换结构设计要点和实例，北京：中国建筑工业出版社，2010（6）
