導(dǎo)讀：隨著城市化的進(jìn)程越來越快，城市人口不斷增多，建設(shè)用地也越來越緊張。為了適應(yīng)城市發(fā)展規(guī)劃的需要，高層建筑的需求也越來越迫切，高層建筑是現(xiàn)代工業(yè)化、商業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。而鑒于高層建筑的特殊性，使得我們不得不考慮它的抗震性能。目前尚沒有精確的抗震計算方法，規(guī)范給出的計算方法也是半經(jīng)驗半理論的計算，但在樓層的設(shè)計中，對于高層建筑的抗震性能設(shè)計，已經(jīng)引起人們的高度重視，采用了各種措施來提高高層建筑的抗震性能。
一般來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的就是要保證建筑物的結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)滿足安全、適用、耐久、整體性好的功能要求，但是一些高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)行規(guī)范無法解決人們的安全問題。由于高層建筑層數(shù)多、高度較高，結(jié)構(gòu)也比一般建筑復(fù)雜，高層建筑的抗震一直是建筑設(shè)計和建筑施工的重點。強(qiáng)烈的地震不僅會直接破壞各種建筑物，而且還會影響社會的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，帶來了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。所以，對于高層建筑來說，抗震設(shè)計是我們在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須要考慮的重點問題之一，如果做不好，后果可想而知。
其一，高層建筑抗震問題
在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計之前，必須要先明確目前高層建筑抗震設(shè)計中所存在的問題，影響抗震設(shè)計效果的因素主要有哪些？
1.地質(zhì)條件不符，地基選取不合理
在設(shè)計初期，設(shè)計人員應(yīng)該及時掌握施工場地的地質(zhì)情況，但是往往在設(shè)計過程中，卻沒有建筑場地巖土工程的勘察資料，就不能很好的進(jìn)行地基設(shè)計，給建筑物的結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。高層建筑應(yīng)選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地，遠(yuǎn)離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當(dāng)可能導(dǎo)致抗震能力差。
2.建筑高度超高
在一定的結(jié)構(gòu)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(dāng)多的高層建筑都超出了這一合適的高度值。根據(jù)我國現(xiàn)行的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)防烈度和科學(xué)的結(jié)構(gòu)形式下，高層建筑需要有合理的建設(shè)高度，只有在這種高度下，抗震設(shè)計才會穩(wěn)定安全，但是，我國有不少建筑已經(jīng)超過的高度限制，當(dāng)遇到震力時，這些超高的建筑物的變形破壞性會發(fā)生很大的變化，因而會降低建筑物的抗震性能，同時，其它的不良的因素也會被誘發(fā)出來，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程預(yù)算參數(shù)的改變。
3.建筑材料不符，結(jié)構(gòu)體系不合理
對于材料而言，地震對結(jié)構(gòu)作用的大小幾乎與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成正比。我國建筑物主要是由鋼筋混凝土組成的，所以，變形的控制與設(shè)計必須以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為準(zhǔn)。但是，鋼筋混凝土的彎曲變形側(cè)移較大，如果利用鋼框架來減少位移，不僅會增加鋼筋的負(fù)荷，且無明顯的輔助效果，為此，有時還必須加大混凝土的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，這樣才能勉強(qiáng)滿足其位移控制標(biāo)準(zhǔn)。
其二，高層建筑抗震設(shè)計原則
1.結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能
①結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則。
②對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。
③承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。
2.設(shè)置多道抗震防線
①一個抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。例如框架—剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。
②強(qiáng)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(dǎo)致倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)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(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時倒塌。
③適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。
④在抗震設(shè)計中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計超強(qiáng)，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計中不合理的加強(qiáng)以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。
3.針對薄弱部位，提高抗震能力
①構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲備，構(gòu)件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。
②要使樓層(部位)的實際承載能力和設(shè)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(dǎo)致塑性變形的集中。
③要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。
④在抗震設(shè)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(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。
其三，地震對高層建筑的影響
1.對高層建筑構(gòu)件形式方面
（1）在高層建筑的框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)）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問位移，對柱以及核心混凝土作用并不明顯；
（4）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，如長、短柱并用于同一樓層，長柱受損害較輕。
2.對高層建筑結(jié)構(gòu)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(cè)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問未砌磚墻的底層破壞嚴(yán)重；
（4）對于框架一抗震墻體系的高層建筑，地震損害不大；
（5）對于“底框結(jié)構(gòu)”體系的高層建筑，地震嚴(yán)重破壞剛度柔弱的底層。
3.對高層建筑地基方面
（1）如果地基自振周期與高層建筑結(jié)構(gòu)的基本周期相同或相近，地震作用因共振效應(yīng)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(jié)構(gòu)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。
4.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(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動，因而損害現(xiàn)象嚴(yán)重；
（2）對于采用矩形平面布置的高層建筑結(jié)構(gòu)，如果該建筑的抗側(cè)力構(gòu)件（如電梯井等）布置存在偏心情況時時，同樣會使建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。
其四，高層建筑抗震設(shè)計方法
1選擇合適場地地基
建筑的場地以及地基的選擇對于高層建筑的抗震能力具有直接的影響，是建筑抗震設(shè)計的基礎(chǔ)。在進(jìn)行建筑場地以及地基的選擇時，應(yīng)該充分的了解當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒忧闆r，對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況進(jìn)行科學(xué)的勘察，在收集豐富資料的基礎(chǔ)之上對場地進(jìn)行綜合的分析和評價，評估當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)計等級。對于一些不利于抗震設(shè)計的場地應(yīng)該盡可能的進(jìn)行規(guī)避，而實在無法規(guī)避的應(yīng)該有針對性的做好相應(yīng)的處理措施。在高層建筑地基選擇過程當(dāng)中應(yīng)該盡可能的選擇巖石或者是其它具有較高密實度的基土，從而提高建筑地基的抗震能力，盡可能的避開不利于抗震的軟性地基土。
2隔震和消能減震設(shè)計
對于一些有特殊要求的高層建筑，除了一般的抗震設(shè)計之外，還需要進(jìn)行隔振以及消能減震設(shè)計，從而達(dá)到最佳的抗戰(zhàn)效果。首先在場地和地基的選擇上應(yīng)該盡可能的選擇密實度較高的地基，從而在地震發(fā)生的時候能夠有效的減少地震能量對建筑的破壞，減少共振發(fā)生的可能性。根據(jù)建筑的實際需要設(shè)計建筑的隔震系數(shù)，選擇相應(yīng)的隔震支座，同時考慮風(fēng)力對建筑所產(chǎn)生的載荷。在建筑構(gòu)件的選擇上應(yīng)該使用延性較好的材料，從而減少地震能量對建筑的破壞。
3建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性設(shè)計
在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程當(dāng)中，應(yīng)該盡可能的做到規(guī)則，尤其是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能的簡單化，從而保證可靠性和承載力分布的均勻性。建筑結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)該選擇形狀比較規(guī)則的圖形，這樣在發(fā)生地震的時候能夠確保建筑整體的承載力均勻分布。應(yīng)該盡可能的避免不規(guī)則的結(jié)構(gòu)平面，造成建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)心和剛心出現(xiàn)交錯，這樣一旦出現(xiàn)地震，一些和剛心距離比較大，剛度不足的構(gòu)件就會發(fā)生側(cè)移，受到較大的地震力的影響，有可能因為承受不住而發(fā)生損壞，最終導(dǎo)致建筑由于某個構(gòu)件的損壞而發(fā)生傾斜和倒塌。為了防止抗側(cè)力結(jié)構(gòu)橫向剛度突然出現(xiàn)變化，應(yīng)該使垂直方向的抗側(cè)力的截面積從上到下逐漸的遞減。
4建筑結(jié)構(gòu)材料方面
結(jié)構(gòu)材料選用也很重要。高層建筑的結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量的高低以及選擇的正確與否都會對抗震效果產(chǎn)生直接的影響。高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計在本質(zhì)上就是對建筑中各個構(gòu)件的延性進(jìn)行整體的協(xié)調(diào)和把握，最后總使建筑整體在發(fā)生地震的時候能夠保持穩(wěn)定。在鋼筋的使用上應(yīng)該盡可能的選擇韌性較高的產(chǎn)品。垂直方向受力鋼筋應(yīng)該選擇熱軋鋼筋，等級至少達(dá)到hrb400級和hrb335級，而箍筋宜選用hrb335、hrb400和hpb235級熱軋鋼筋。在進(jìn)行建筑材料的選擇過程當(dāng)中應(yīng)該充分考慮抗震的性能，但是在實際的建設(shè)過程當(dāng)中還要兼顧建筑的成本和造價控制，盡可能通過科學(xué)合理的設(shè)計在，用盡可能少的材料達(dá)到最佳的抗震效果，在二者之間尋找一個最佳的位置。
5設(shè)置多道抗震防線
高層建筑結(jié)構(gòu)防震可以設(shè)置多道抗震防線，增強(qiáng)對地震的抵抗力。高層建筑物設(shè)置多層的地震抵抗防線，第一道防線遭到破壞之后，有后備的第二道、第三道甚至更多的防線對地震的作用力進(jìn)行阻擋，避免高層建筑物的倒塌。高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抵抗地震設(shè)計時，可以采用具有多個肢節(jié)和壁式框架的“框架剪力墻”等防震結(jié)構(gòu)。
6進(jìn)行加固措施設(shè)計
為了有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，應(yīng)該根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實際情況采取相應(yīng)的加固措施，在進(jìn)行加固方法選擇的時候應(yīng)該具體考慮以下幾個方面的因素：第一，對于一些機(jī)構(gòu)設(shè)計存在缺陷的情況，應(yīng)該根據(jù)實際情況增加構(gòu)件進(jìn)行加固，或者是采取具有較高抗震能力的構(gòu)件代替原有構(gòu)件。對于需要提高承載力或結(jié)構(gòu)整體剛度的情況，可以增設(shè)構(gòu)件，擴(kuò)大原截面，設(shè)置套箍等方法；很多建筑結(jié)構(gòu)整體性連接達(dá)不到抗震的標(biāo)準(zhǔn)，可以有針對性的對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣可以分散地震力，減少破壞。建筑中的一些與建筑結(jié)構(gòu)不相關(guān)的構(gòu)件，在地震時有可能倒塌而造成危害，應(yīng)該適當(dāng)進(jìn)行加固。
7防止結(jié)構(gòu)變形
建筑整體結(jié)構(gòu)變形程度對于整個建筑的抗震能力具有直接的影響。在發(fā)生地震的過程當(dāng)中，建筑在水平地震力的作用下出現(xiàn)側(cè)移，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，導(dǎo)致破壞的產(chǎn)生。因此應(yīng)該充分的考察高層建筑的結(jié)構(gòu)類型，然后有針對性的采取相應(yīng)的措施來減少建筑機(jī)構(gòu)在地震力作用下出現(xiàn)的變形。
簡單來說，對于高層建筑，抗震設(shè)計是極其重要的。一個好的建筑抗震設(shè)計，肯定是在建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計基礎(chǔ)上完成。當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展迅速，出現(xiàn)了很多新型的結(jié)構(gòu)、新型設(shè)計，設(shè)計人員只有不斷利用這些新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能跟得上是帶發(fā)展的步伐，從而為我們的生活創(chuàng)造一個良好的安全生活環(huán)境。