高层建筑结构基于性能抗震设计探究
摘要：近几年，我国的城市人口不断增加导致建筑用地日益紧张，因此，高层建筑迅速发展。且近几年来地震频发，严重威胁着人类的生命安全，是一种破坏性严重的突发性灾害。为了减轻地震造成的人员伤亡及财产破坏，就必须对高层建筑进行抗震设计。因此高层建筑的抗震性能一直是施工和设计的重中之重。对建筑结构的抗震性能设计进行理论分析和研究，是目前建筑工程防止灾害发生的重点问题。
关键词：高层建筑；抗震性能；结构设计
为了抵御或减轻地震灾害，必须提升高层建筑的抗震能力。地震具有不确定性、循环性和随机性，目前难以在灾害发生前预测地震的参数和特性。在地震破坏中，建筑物的破坏也是十分复杂的。因此，抗震性能的设计中不能仅依赖于计算设计，还应立足于灾害经验和工程经验所形成的建筑抗震概念。从而实现在地震中大震不倒、中震可修、小震不坏的抗震能力。
1 高层建筑的抗震设计基本原则
第一、高层建筑结构构件的抗震性能。作为抗震结构的建筑构件应具备较强的刚度、稳定性、延性和承载力等方面的性能。结构构件在建造中应遵循强剪弱弯、强柱弱梁和强节点弱锚固的基本原则，承受竖向载荷的构件不应作为主要的耗能构件，对可能造成结构相对薄弱的构件，应当采取提高抗震能力的措施加强抗震性能。
第二、高层建筑抗震体系的建立。一个良好的抗震机构体系是由若干个结构完善的分体系构成的，为了提高建筑物的抗震性能，应当尽可能多设置几道抗震防线，同时由延性良好的分支构件连接参与协同工作。往往在强烈地震之后伴随多次余震，若只有一道抗震防线，在经过第一次破坏后遭受余震将会因损坏程度的积累而导致高层建筑结构坍塌。因此高层建筑的抗震体系应具备最大数量的外部、内部冗余度，建立一系列有意识的分布屈服区，适当提高主要耗能构件的延性和刚度，使结构能够消耗和吸收大量地震能量，提高建筑结构的抗震性能，避免在地震中出现倒塌事故。适当的处理各个结构构件之间的强弱关系，在同一楼层内应当使主要耗能构件产生屈服后，其他的抗侧力结构构件处于弹性状态，尽量延长有效屈服的保持时间，保证结构的抗倒塌能力和延性。在高层建筑的抗震设计中，如果某一部分性能过强可能会造成其他结构部位结构相对薄弱，引起抗震受力不均衡。因此在高层建筑结构的设计中不合理加强、以大代小以及改变抗侧力配筋构件的做法都需要进行慎重周密的考虑和计算。
第三、高层建筑薄弱环节抗震能力的提高。构件在强烈的地震冲击下不存在强度的安全储备，它的实际承载能力是以薄弱部位的承载能力为基础的。要使高层建筑结构的实际承载能力与设计计算的受力比值总体保持在相对均匀变化的状态，当楼层比值发生突变时，由于塑性内力分布的变化导致塑性变形集中。应当注意防止局部受力的加强而导致忽视整体结构的承载力和刚度的协调。在高层建筑的抗震设计中有目的、有意识的控制结构的薄弱部位，使其具备足够的形变能力，同时又保证薄弱部位不能发生转移，这是提升高层建筑总体结构抗震性能的有效手段。
2 提高高层建筑抗震性能的具体措施
在具备抗震性能设计要求的建筑结构建造中除了应当满足刚度、强度要求外，还需要满足延性需求度。钢筋混凝土材料本身的自重较大，因此高层建筑结构的底层柱部分会随着高度增加，同时增加它所承担的轴力，而高层建筑的抗震设计中对结构构件的延性有明确的要求，如果建筑物层高一定，要想提高结构延性需要将轴压比控制在一定范围内，如果轴压比过大会导致柱截面增大，甚至形成短柱或超短柱。然而，短柱和超短柱的延性很小，有些超短柱甚至没有延性，当建筑物所遭受的地震强度高于本地区的设防烈度时，将有可能发生建筑物结构剪切破坏，从而造成建筑物结构破坏或坍塌。因此提高高层建筑物的抗震性能主要方法是加强短柱的抗震能力。混凝土短柱延性除了受轴压力影响外，箍筋的形式和配筋率也对混凝土短柱产生很大的影响。位于高层建筑物结构底层的混凝土短柱的轴压比非常大，其塑性变形能力比较小，一旦产生破坏将会呈现脆性破坏。因此，提高混凝土短柱的延性是提高其抗震性能的主要方法。为了提高高层建筑混凝土结构的的抗震性能，应当从以下几个方面实施抗震设计。
第一、提高高层建筑短柱的抗压力和承载力。能够提高剪跨比，减小柱截面，从而改善建筑物整体结构的抗震性能。实施该措施的最直接方法是采用强度等级较高的混凝土材料降低柱子轴压比，从而提高受压承载力。但是高强度混凝土材料的本身延性较差，因此在使用时需慎重使用或与其他措施配合。除了提高混凝土等级外，使用钢管混凝土柱以及钢骨也可以提高短柱抗压力和承载力。同时认真判断分析设计数据，确认数据的有效和合理后，才可以应用于工程设计和施工。
第二、高层建筑结构采用钢管混凝土柱。钢管混凝土是一种套箍混凝土的特殊形式，由于钢管内混凝土受到侧向约束力，导致混凝土处于一种三向受压的状态，使混凝土的极限压应变和抗压强度都有很大的提高，尤其是高强混凝土延性提高效果非常明显。由于钢筋既是横向箍筋，又是纵筋，因此当选择了高等级混凝土以及合适的套箍后，建筑物的柱子承载力将会大幅度提高，消除了结构中的短柱并且具备了良好的抗震性能。
第三、高层建筑结构采用分体柱。短柱的抗剪承载力比抗弯承载力小很多，因此在地震破坏下通常是由于剪坏而导致失效，抗弯强度还没有完全发挥。因此在高层建筑结构的设计中可以消弱短柱的抗弯强度，使其略低于或等于抗剪强度。可以通过沿短柱的竖向设缝将短柱分成2—4个分体柱，在组成分体柱的支柱间设置连接键，增强支柱的后期耗能和分期刚度。
3 总论
第一、高层建筑抗震性能设计研究的结论。从抗震设计理论提出至今，世界各国工程界和抗震学术界取得了许多新的科技成果，在设计方法上也改变传统的单一力学抗震设计方法，尝试了基于位移和性能等方面的新型设计理念。抗震理论和计算机科学不断发展，新的设备和施工技术也不断涌现，为高层建筑抗震性能的发展提供了必要的技术条件。与此同时，我国的高层建筑结构基于抗震性能的设计与探究也在不断向前发展的过程中，同时完善自身的不足之处。
第二、高层建筑抗震性能设计研究的意义。目前，高层建筑结构共同工作理论的发展与研究使建筑抗震设计进一步完善。如果能够在地基与结构的动力响应、材料特性、稳定标准和计算理论等方面进行符合实际情况的发展，将会在在高层建筑抗震性能研究领域起到重要的作用。
参考文献
[1]徐宜和，丁勇春：《高层建筑结构抗震分析和设计的探讨》，《江苏建筑》，2004年第3期
[2]程玉梅，王英，张乐文：《地震作用下土层结构动力相互作用研究综述》，《四川建筑科学研究》，2009年第5期
[3]王钲日，姜春宝，卜祥宇：《探讨高层建筑抗震设计原则及常见问题》，《黑龙江科技信息》，2011年第12期
[4]郑晓红：《超高层建筑建筑体外预应力施工质量控制措施的探讨》，《黑龙江科技信息》，2010年第26期
[5]才凡，张丽娟：《高层建筑抗震设计原则及应注意的问题》，《黑龙江科技信息》，2010年第36期
[6]董莽：《高层建筑不同强度等级混凝土梁柱节点的处理方法》，《民营科技》，2010年第1期