摘要：從我國高層建筑抗震設計現狀及國際高層建筑抗震設計發展的趨勢出發，探求一種實用可行的二步或三步設防的合理抗震分析設計方法，應該成為地震區高層建筑發展的新方向。經濟與安全的關系，是結構抗震設計的重要技術政策。
　　關鍵詞：高層建筑；結構設計；存在問題；抗震
　　1高層建筑結構抗震分析和設計的主要內容
　　在罕遇地震作用下，抗震結構都會部分進入塑性狀態，為了滿足大震作用下結構的功能要求，有必要研究和計算結構的彈塑性變形能力。當前國內外抗震設計的發展趨勢，是根據對結構在不同超越概率水平的地震作用下的性能或變形要求進行設計，結構彈塑性分析將成為抗震設計的一個必要的組成部分，但是由于結構彈塑性分析的復雜性，在如何進行計算和如何設定具體要求的問題上，各國的做法也有所不同。我國現行抗震規范(GB5002l－2001)要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下（小震），按反應譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內力及位移，并用極限狀態方法設計構件。對于重要建筑或有特殊要求時，要用時程分析法補充計算，并進行大震作用下的變形驗算。這種先用多遇地震作用進行結構設計，再校核罕遇地震作用下結構彈塑性變形的方法，即為所謂的二階段設計方法，同時規范規定了結構在罕遇地震作用下的彈塑性變形的結構彈塑性分析方法。結構彈塑性分析可分為彈塑性動力分析（時程分析）和彈塑性靜力分析（推力計算）兩大類。
　　2高層建筑抗震設計中的一些問題
　　2.1高度問題
　　按我國現行高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）規定，在一定設防烈度和一定結構型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。這個高度是我國目前建筑科研水平、經濟發展水平和施工技術水平下，較為穩妥的，也是與目前整個土建規范體系相協調的。可實際上，已有許多混凝土結構高層建筑的高度超過了這個限制。對于超高限建筑物，應當采取科學謹慎的態度：一要有專家論證，二要有模型振動臺試驗。在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態會發生很大的變化。因為隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發生質變，即有些參數本身超出了現有規范的適宜范圍，如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。
　　2.2材料的選用和結構體系問題
　　在地震多發區，采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。我國150m以上的建筑，采用的三種主要結構體系（框—筒、筒中筒和框架—支撐體系），都是其他國家高層建筑采用的主要體系。但國外，特別在地震區，是以鋼結構為主，而在我國鋼筋混凝土結構及混合結構占了90%。如此高的鋼筋混凝土結構及混合結構，國內外都還沒有經受較大地震作用的考驗。在高層建筑中采用框架—核心筒體系，因其比鋼結構的用鋼量少，又可減少柱子斷面，故常被業主所看中。混合結構的鋼筋混凝土內簡往往要承受80%以上的震層剪力，有的高達90%以上。由于結構以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值；此外，在結構體系或柱距變化時，需要設置結構轉換層。加強層和轉換層都在本層形成大剛度而導致結構剛度突變，常常會使與加強層或轉換層相鄰的柱構件剪力突然加大，加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處很難實現強柱弱梁。因此在需要設置加強層及轉換層時，要慎重選擇其結構模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。在高層建筑中，應注意結構體系及材料的優選。現在我國鋼材生產數量已較大，建筑鋼材的類型及品種也在逐步增多，鋼結構的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土（柱）結構或鋼結構，以減小柱斷面尺寸，并改善結構的抗震性能。
　　在超過一定高度后，由于鋼結構質量較小而且較柔，為減小風振而需要采用混凝土材料，鋼骨（鋼管）混凝土，通常作為首選。日本阪神地震震害說盟，在鋼骨混凝土構件中，采用格構式的型鋼時，震害嚴重，采用實腹式的大型型鋼或焊接工字鋼的，則震害輕微。因此，在高層建筑結構中，若用鋼骨混凝土構件，建議采用后者。
　　2.3軸壓比與短柱問題
　　在鋼筋混凝土高層建筑結構中，往往為了控制柱的軸壓比兩使柱的斷面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋。即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態，防IE受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎，柱的塑性變形能力小，則結構的延性就差。當遭遇地震時，耗散和吸收地震能量少，結構容易被破壞。但是在框架中若能保證強柱弱梁設計，且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能縫就大大減少，此時可放松軸壓比限值。另外，許多高層建筑底部幾層柱雖然長細比小于4，但并不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數是柱的剪跨比，只有剪跨比≤2的柱才是短柱。有專家學者提出現行抗震規范應采用較高軸壓比。但是即使能調整軸壓比限值，柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
　　2.4較低的抗震設防烈度
　　現在許多專家學者提出，現行的建筑結構設計安全度已不能適應國情的需要，認為我國“取用了可能是世界上最低的結構設計安全度”，并主張“建筑結構設計的安全度水平應該大幅度提高”。此外，對于“小震不壞，中震可修，大震不倒”這個抗震設計原則，在新形勢下也有重新審核的必要。我國現行抗震設防標準是比較低的，中震相當于在規定的設計基準期內（50年）超越概率為10%的地震烈度。我國建筑結構抗震設計除了設防烈度較低外，具體抗震計算方法和構造規定的安全度也不如國外，在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上遠不如國外嚴格。隨著社會財富的增長，結構失效帶來的損失愈來愈大，加之結構造價在整個投資中的比例下降，因而有人主張結構在設防烈度下應該采用彈性設計。
　　3高層建筑抗震分析和設計的趨勢
　　3.1基于位移的結構抗震設計
　　我國現行的結構抗震設計，是以承載力為基礎的設計。即：用線彈性方法計算結構在小震作用下的內力、位移；用組合的內力驗算構件截面，使結構具有一定的承載力；位移限值主要是使用階段的要求，也是為了保護非結構構件；結構的延性和耗能能力是通過構造措施獲得的。為了實現基于位移的抗震設計，第一步需要研究簡單結構（例如框架及懸臂墻）的構件變形與配筋關系，實現按變形要求進行構件設計；進而研究整個結構進入彈塑性后的變形與構件變形的關系。這
　　就要求除了小震階段的計算外，還要按大震作用下的變形進行設計，也就是真正實現二階段抗震設計，這是結構抗震設計的發展趨勢。
　　3.2動力時程響應分析的狀態空間迭代法
　　該種方法把現代控制理論中的狀態空間理論應用到高層建筑結構動力響應問題，根據結構動力方程，引入位移與速度為狀態變量，導出狀態方程，給出非齊次狀態方程的解，進而建立狀態空間迭代計算格式。經工程實例驗算，具有較高精度。特別對多自由度體系的多輸入、多輸出等問題的動力響應解法，效率較高。
　　3.3材料參數隨機性的抗震模糊可靠度分析
　　該種方法從結構整體性能出發，改變過去對結構抗震可靠度的研究只考慮荷載的不確定性而忽略了其他多種不確定因素，綜合考慮了材料參數的變異性，地震烈度的隨機性及烈度等級界限的隨機性與模糊性對結構抗震可靠度的影響。其研究成果可用于對現有的結構進行抗震可靠度評估，并可用于指導基于可靠度理論的結構抗震設計。
　　3.4隔震和消能減震設計的推廣和應用
　　目前我國和世界各國普遍采用的傳統抗震結構體系是“延性結構體系”，即適當控制結構物的剛度，但容許結構構件（如梁、柱、墻、節點等）在地震時進入非彈性狀態，并目具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應，使結構物“裂而不倒”。這種體系，在很多情況下是有效的，但也存在很多局限性。
　　隨著社會的不斷發展，對各種建筑物和構筑物的抗震減震要求越來越高，使“延性結構體系”的應用日益受到限制，傳統的抗震結構體系和理論越來越難以滿足要求，而由于隔震消能和各種減震控制體系具有傳統抗震體系所難以比擬的優越性，在未來的建筑結構中將得到越來越廣泛的應用。
　　4結束語
　　高層建筑的結構體系是隨著社會生產的發展和科學技術的進步而不斷發展的。自20世紀90年代后，高層建筑結構抗震分析和設計已提到各國建筑設計的日程，特別是我國處于地震多發區，高層建筑抗震設防更是工程設計面臨的迫切任務。