浅析高层建筑的抗震结构设计
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摘要：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。
关键词：高层建筑；抗震；结构设计
中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号：
随着社会经济的高速发展与人多的不断增多，建筑用地越来越紧张，促使高层建筑发展迅猛。在科学技术、新工艺以及新材料的推动下，为高层建筑今后的发展提供了更多的空间。随着全世界各个地区地震灾害的相继发生，所造成的经济损失、人员伤亡，越来越让人们重视建筑的抗震程度。地震是自然灾害破坏性极大的灾害之一，以目前的科学技术也无法对抗震发生进行精确的计算，但是在高层抗震结构设计中，人们可以对其设计进行不断的优化与改进，从而提升其抗震性能。
一、高层建筑抗震设计的准则
当前抗震设计的目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。抗震设计讲究刚柔并济，结构布置形式一定要合理，要符合实际的情况，严格遵循“强剪强弯”的抗震结构设计准则。要重视刚度的要求，在设计过程中不断趋向于这方面的满足，从而将抗震的效果增强，最大限度保障高层建筑结构设计处于地质中能承受的弹性范围之内。直观来讲，就是建筑本事结构即使出现了变形，但是其中结构形态也不会出现根本的损坏，而且经维护能能正常发挥其功效。在追求建筑高度的同时，也允许进入弹塑性状态，但是高层建筑结构的安全也必须符合国家的相关标准，才能真正投入使用。国家规定，六级以上必须要有抗震设计。高层抗震设计不能一味的追求抗震的抗力，我们清楚的知道地震不是一次性的，往往还带有很多次的余震，由于地震的作用特别复杂以及地震发生时强度的不确定因素，还有建筑结构与体积存在的差异性等等，假如高层建筑只是设计了一道防线，那么其抗震效果就无法应对这么多突发因素。
二、我国高层建筑抗震设计常见的问题
1、工程地质勘查资料不全
在设计初期，设计人员应该及时掌握施工场地的地质情况，但是往往在设计过程中，却没有建筑场地岩土工程的勘察资料，就不能很好的进行地基设计，给建筑物的结构带来安全隐患。
2 建筑材料不满足要求
对于材料而言．我们要明确这样一个道理：地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下，质量大，地震作用就大，震害程度就大，质量小，地震作用就小。震害就小。所以,在建筑物的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中，广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土，加气混凝土板、空心塑料板材等轻质材料，将能显著改善建筑物的抗震性能。
3 建筑物本身的建筑结构设计
建筑物如果平面布置复杂，致使质心与刚心不重合，在地震作用下产生扭转效应，加剧了地震的破坏作用，海城地震和唐山地震中有不少类似震害实例。台湾9.21地震中，一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则，在水平地震作用下，结构产生严重扭转效应而破坏倒塌，同时撞坏相邻建筑上部的阳台。
4 平面布局的刚度不均
抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀．否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小，一边设计大开问．一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。平面形状采用L、形不规则平面等．造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙．另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。
5防震缝设置不规范
对于高层建筑存在下列三种情况时，宜设防震缝：(1)平面各项尺寸超过《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3—91)中表2.2.3的限值而无加强措施；(2)房屋有较大错层；(3)各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施；但有的竟未采取任何抗震措施又未设防震缝。
上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的，这就需要设计人员从设计的角度避免这些问题的出现，防止将这种问题带入施工中，应该高层建筑的抗震性能。
三 高层建筑结构抗震设计
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。
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。
四 结语
总之，面对中国的高层建筑抗震结构存在的诸多问题，限于我国作为一个发展中国家的财力、物力 探讨、研究有效的建筑抗震措施的任务仍然十分艰巨。与此同时．我国政府相关部门也应该加强规范力度．发挥好对高层建筑防震措施的检查、检验效力。
参考文献
[1]都凤强.高层建筑结构设计的实践探讨[J]科技创新导报2009年21期
[2]黄民.高层结构设计中结构体系的确定[J]中国新技术新产品2009年14期