摘要：本文對結構抗震設計方法的發展歷史進行了回顧，在此基礎上探究了高層結構的抗震設防標準，并討論文高層抗震設計的幾點方法：遵循規范、注意問題、采用纖維增強混凝土。

　　關鍵詞：高層結構抗震，抗震規范，高層抗震注意問題，纖維增強混凝土

　　1 引言

　　地震是一種突發性和毀滅性的自然災害，它對人類社會的危害首先是引起建筑物的破壞或倒塌，導致嚴重的人身傷亡和財產損失;其次是引起火災、水災等次生災害，破壞人類社會賴以生存的自然環境，造成嚴重的經濟損失，產生巨大的社會影響。近十年來，地殼運動進入活躍期，世界各地都爆發了不同程度的地震，而我國更是世界上大陸地震最多的國家之一，20世紀以來，全球發生7級以上地震1200余次，其中十分之一在我國。例如，1976年7月28日的唐山7.8級地震，2008年5月12日的汶川8.0級地震，2010年4月14日的玉樹地震，都給人們的生命財產安全帶來巨大的損失。同時，由于地震破壞的后果嚴重，我國抗震規范在2008年與2010年都進行了不同程度的修正，目的是加強建筑結構的安全性。因此，為保障地震作用下人們的生命財產損失降至最低，有必要對建筑物的抗震設計進行研究，本文就高層結構的一些常用抗震設計方法進行了討論。

　　2 結構抗震設計方法的發展

　　結構抗震設計方法的發展歷史是人們對地震作用和結構抗震設計能力認識不斷深化的過程，對結構抗震設計方法發展歷史進行回顧，有助于對結構抗震設計原理的認識，

　　結構抗震設計方法經歷了靜力法、反應譜法、延性設計法、能力設計法、給予能量平衡的極限設計方法、基于損傷設計方法和近年來正在發疹的基于性能/位移設計法幾個階段[1]。這些抗震設計方法在發展階段相互交錯與滲透，對齊進行系統化整理，結構抗震設計方法可以分為以下幾類[2]：

　　(1) 基于承載力設計方法

　　(2) 基于承載力和構造保證延性設計方法

　　(3) 基于損傷和能量設計方法

　　(4) 能力設計法

　　(5) 基于性能/位移設計方法

　　根據清華大學葉列平教授的研究，第(5)種方法在結構抗震設計中較前幾種方法優點更為突出，并且在各國規范中應用最廣泛。

　　3 高層抗震設計的設防目標

　　長期的地震觀測表明，在同一地區不同強度地震的重現期是不同的。強度小的地震重現期，一般10~50年左右發生一次，即所謂頻遇地震或“小震”;強度較大的地震，重現期較長，一般100~500年發生一次，即所謂偶遇地震或“中震”;而強度特別大的強烈地震，重現期一般為數千年，即所謂罕遇地震或“大震”。

　　高層建筑的使用壽命一般為50~100年，高層住宅的壽命更短，因此要求結構在“大震”作用下不破壞顯然四不合適和不經濟的。這就提出了對于不同強度地震的重現期，結構應具有不同的抗震性能，即所謂抗震設防目標。目前國際上公認的較為合理的抗震設防目標是：

　　(1)在頻遇地震作用下，結構地震反應應處于彈性階段，結構無損壞或輕微破壞，且結構變形很小，不會導致非結構構件的破壞，震后可無條件繼續使用;

　　(2)在偶遇地震作用下，結構和非結構構件損傷在一定限度內，震后經修復可繼續使用;

　　(3)在罕遇地震作用下，結構不產生倒塌，非結構構件無脫落或落下，保證人身安全，

　　上述抗震設防目標與我國抗震設計規范中的“三水準”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”是一個含義?，F在的問題是這種單一的抗震設防目標已不能適應現代工程結構對抗震性能的需求。許多重要建筑對大震作用下的性能要求也不再是不倒塌，而是應滿足一定性能指標要求，以保證其仍具有一定的建筑功能和使用功能，這即是基于性能抗震設計方法研究的目的。

　　4 高層抗震設計方法的幾點討論

　　4.1 遵循建筑抗震設計規范

　　建筑結構抗震規范實際上是各國建筑抗震經驗帶有權威性的總結，是指導建筑抗震設計(包括結構動力計算，結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容)的法定性文件。它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平，又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然收抗震有關科學理論的引導，向技術經驗合理性的方向發展，但它更是具有堅定的工程實踐基礎，把建筑工程的安全性放在首位。正是基于這種認識，現代規范的條文有的被列為強制性條文，有的條文中應用了“嚴禁、不得、不許、不宜”等體現不同程度限制性和“必須、應該、宜于、可以”等體現不同程度靈活性的用詞。任何結構的抗震設計都必須以抗震規范為基礎，按其規定條文執行。

　　4.2 高層建筑抗震設計應注意的問題

　　高層建筑結構應根據房屋高度和高寬比、抗震設防類型、抗震設防烈度、場地類別、結構材料和施工技術條件等因素考慮其適宜的結構體系，高層建筑的高寬比是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制，在設計過程中應注意以下幾點：

　　(1) 應當注意抗震縫的設計，必須留有足夠的防震縫寬度;

　　(2) 平面形狀和剛度不對稱，會是建筑物產生顯著的扭轉、震害嚴重，設計中應避免這種情況，不能避免時應對抗震薄弱處進行加強;

　　(3) 凸出屋面的塔樓受高振型的影響，產生顯著的鞭梢效應，破壞嚴重，設計中加以注意;

　　(4) 高層部分和底層部分之間的連接構造是否合理;

　　(5) 框架柱截面太小、箍筋不足、柱子的延性和抗震能力不夠等容易導致剪切破壞或柱頭壓碎;

　　(6) 沿豎向樓層質量與剛度變化太大容易導致樓層變形過分集中而產生破壞;

　　(7) 地基的穩定性尤為重要;

　　(8) 伸縮縫和沉降縫寬度過小(W昂王與防震縫一切三縫合一)使得碰撞破壞很多;

　　(9) 不應在建筑物端部設置樓梯間，樓板有大洞口會因剛度不均勻而產生扭轉;

　　(10) 中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消部分剪力墻，都會產生剛度或承載力的突變，形成結構薄弱層。

　　4.3 采用纖維增強混凝土

　　對于高層建筑，混凝土材料由于其自身缺陷，地震作用下易于發生脆性破壞，引起結構損傷，因此從建筑材料角度分析，可以在某些關鍵部位采用韌性材料代替混凝土提高整體結構的吸收能量能力與抗震能力?？拐鸾ㄖ牧媳仨毦邆漭p質、高強、高韌性特征，例如，木材、輕鋼、型鋼、鋼筋混凝土、復合材料等都可以從某些方面達到抗震目的。而在我國，森林覆蓋面積少，人居木材占有量少，而鋼材成本較高，這些材料的使用都有相當的局限性。而在鋼筋混凝土結構的關鍵部位采用一些韌性較高、延性較好、抗性強度高的纖維增強混凝土對提高結構的抗震性能具有非常明顯的作用[3]。目前，我國的纖維增強混凝土種類繁多，例如，鋼纖維混凝土、聚丙烯增強混凝土、聚合物增強砂漿、超高韌性水泥基復合材料等，這些材料的研究與發展對高層結構的抗震也起著重要作用。

　　5 結束語

　　本文在回顧結構抗震設計方法發展歷史的基礎上，探究了高層結構的抗震設防標準，并討論文高層抗震設計中應該注意的問題。高層抗震是個很復雜的課題，涉及的考慮因素眾多，由于筆者參加工作時間較短，相關工程經驗較少，本文僅提供一般性的參考，如有不到之處，敬請指正。

　　參考文獻

　　[1] 白紹良. 對新西蘭、歐共體、美國、日本和中國規范鋼筋混凝土結構抗震條文的初步對比分析. 重慶大學, 2000.

　　[2] 小古俊介, 葉列平. 日本基于性能結構抗震設計方法的發展. 建筑結構, 2000年第6期.

　　[3] Parra-Montesinos G.. High Performance Fiber Reinforced Cement Composites: an Alternative for Seismic Design of Structures. ACI Structural Journal, 2005, 102(5):668-675.

　　[4] 國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011-2001(2010年版).

　　[5] 行業標準《高層建筑混凝土結構技術規程》JG J3-2002、J186-2002.