摘要：我国许多城市都位于地震多发区。地震灾害频繁，给人民生命财产安全带来巨大损失。近年来，随着我国经济的不断增长和科学技术水平的不断提高，超高层建筑结构越来越多。据调查，目前中国规划设计中以及正在建成、已经建成的超高层建筑高达数百座, 高度都在300m以上。因此，抗震设计的重要性日益突出，建筑行业中的相关人员都应予以高度重视，并不断革新抗震设计方法，减少地震带来的损失。
关键词：超高层建筑；结构抗震设计；常见问题；解决措施
导言：近年来，国内超高层建筑的规模和数量不断增加。由于建筑的特殊性，要充分加强抗震技术的综合运用，达到安全稳定的目的。作为后期设计的保证，抗震分析需要充分考虑抗震规范的实施，超高层建筑施工中的混凝土和钢结构应符合相关规范。值得注意的是，应关注规范范围以外超高层建筑抗震分析的特殊要求和经验。文章对超高层建筑的抗震设计进行分析, 旨在提高现代超高层建筑的合理性、安全性、科学性。
1超高层建筑结构设计的特点
一是结构受力状况。超高层建筑结构的整体柔度和承载力受结构受力平衡的影响。在强震环境下，超高层建筑的受力平衡对超高层建筑的稳定性有着重要的影响。因此，在超高层结构的设计过程中，应注意结构的受力情况，加强对结构构件与连接点之间受力状态的监测，确保在强震环境下临时能源对超高层建筑的影响，保证其受力平衡，保证主体结构的完整性。二是轴向变形问题。超高层建筑的竖向载荷大, 能够使得柱中引起较大的轴向变形, 进而影响连续梁弯矩, 这一方面会造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，另一方面还会造成跨中正弯矩和端支座负弯矩值的增大, 同时也对预制构件的下料长度产生影响。因此, 我们要加强轴向变形的计算, 从而及时调整下料长度, 调整结构剪力和侧移的影响。
三是结构延展性。结构延展性是超高层建筑的一个重要设计指标, 与低层楼房相比高层楼房结构更加柔软, 这导致其在地震作用下的变形也更大, 为了避免地震情况下的倒塌, 使超高层建筑结构在塑性变形后仍然具有一定的变形能力, 需要我们在构造上采取一定的措施来提高建筑的延性。
2超高层结构进行抗震设计的总体要求
平常所讲的“三水准、两阶段”的抗震设防要求，指的就是建筑设计抗震结构中的总体抗震设防要求。所谓的“三个水准指”的就是: 第一水准—“小震不倒”: 指的是在遇到小地震之后，就算建筑物受到较小程度的损伤，不需要进行任何的维修，仍然可以正常使用的情况，这种情况就是我们平常所说的“小震不倒”; 第二水准—“中震不修”: 指的是在该地区遇到的地震与我们该地区规定的抗震等级和防震强度相当时，该建筑受到一定程度的破坏，但是不危机人民的生命、财产安全，建筑设备、生产设备的安全，经过一般的修理或者是不经过任何的修理，仍然可以正常使用的情况，这就是我们平常所说的“中震不修”; 第三水准—“大震不倒”: 在该地区遇到的地震高于本地区抗震最高等级时，所建造建筑不会因此而倒塌，受到严重损伤，而危及人民财产、生命安全，这就是通常所讲的“大震不倒”的原则。但是针对于超高层的建筑来讲，其基本特点是: 工程造价比较高，涉及的人员比较多，建筑的总面积比较大。对于这类建筑而言，在遇到地震之后产生的影响和破坏力是特别大的。所以，在超高结构的设计前期，我们必须根据当地实际的地理环境情况，综合性的考虑设计师、专家和业主的建议，进行该结构的定量、设计，还应该把握好该结构的安全性能和经济型平衡。相关资料显示，超高层结构的受力情况基本上是这样的。结构边缘的竖向受力构件承担着建筑物的大部分倾覆力矩，其受力方式和形式为轴力。在使用中，当地震烈度小于规定的抗震等级和该地区的地震烈度时，建筑物边缘受力构件将处于弯曲变形状态；当地震烈度大于规定的抗震等级和该地区的抗震烈度时，建筑物的边缘承重构件将处于拉弯状态。如果建筑物长期处于这种拉弯状态，结构的混凝土刚度和承载力将大大降低，导致建筑物的整体稳定性和安全性大大降低，影响正常使用。对于上述结构，必须对结构的承重构件进行复查和检查。
3超高层建筑抗震设计要点
3.1 结构设计要求分析
结构设计原则需要从下述几点进行控制: (1) 整体对称性、均匀性强、体型简单、刚度和质量不会发生明显的梯度改变, 整体结构具有良好的扭转效果、刚度良好, 避免结构扭转过程的不利影响; (2) 竖向结构需要具有良好的重力载荷分布, 避免不均匀导致的内部应力集中及差异明显的状况, 整体建筑结构可充分实现降低变形的目的。
另外，在结构分析中，超高层建筑需要有良好的荷载分布，可以通过简单的弹性控制手段进行处理；在徐变系数中需要考虑非荷载作用下的应力；整体结构需要满足实际的施工简图要求，在重力荷载分布分析中，相应的三维软件和模型建立需要考虑扭转效应的影响，可以用两个以上的力学模型来处理，为了保证结构刚度和重力荷载的实际可靠度不受影响，需要进行仿真处理。
3.2 层间位移限值
针对高度较大的建筑结构, 需要考虑风力、地震联合作用的影响, 避免层间位移引起的事故问题。结构位移限值一般较常规建筑体偏高。
国外针对层间位移进行的设计值相对余量较低, 分析的影响因素较为简单。国内对应层间位移限值的考虑较多, 需要结合限值大小、结构特点、材料及装修等进行分析。与混凝土结构相比，钢结构的极限值比较宽松。因此，从层间位移的角度来看，超高层建筑的刚度设计应留有足够的裕度，以避免结构在水平荷载作用下的高位移，而对整体承重结构的破坏效应会引起后续的安全隐患。
3.3抗震设计要求分析
（1） 地震作用影响分析。在超高层建筑中，地震作用的原理分析：当抗侧力结构正交布置时，可考虑结构两个主轴方向的水平地震作用；当存在斜交抗侧力结构时，应分别考虑各斜向的水平地震作用。在质量不对称、刚度不对称的状况下, 需要对结构进行合理分析, 一般需充分加强对地震扭转效应的分析。此外, 9度设防条件下, 需针对竖向地震、水平地震二者的融合效应进行全面分析。
（2）地震作用的计算分析。超高层建筑中, 地震计算方法需要注重下述几点:一般超高层建筑需要结合反应谱法、弹性动力时程方法计算。针对特殊工程项目, 如结构复杂、质量或刚度分布均匀性差的状况, 需要借助补充弹塑性动力法分析, 保证结果的可靠程度。
4超高层建筑结构抗震设计的常见问题
4.1 建筑材料选用不当
根据板块构造学说, 我国处于环太平洋火山地震带和地中海——喜马拉雅火山地震带之间, 地震发生频率较高, 加强建筑结构的抗震设计是确保人民生命财产安全的重要保障。当前, 我国超高层建筑所选用的建筑材料一般多为钢筋混凝土或者砂石结合的材料, 这些建筑材料在刚度和稳定性方面有一定的局限性。当强震来临时，建筑结构很容易因突然的能量而产生弯曲变形，甚至结构整体位移。这些传统建筑材料在抗震性能上也存在一定的局限性。
4.2抗震结构设计精度不够
在超高层建筑结构中，影响结构抗震性能的因素很多，如结构设计的合理性、结构与连接点的受力平衡等。由于超高层建筑本身具有复杂的功能价值，需要做好超高层建筑结构的抗震设计。首先要对超高层建筑的抗震性能进行分析和评价。目前很多超高层建筑结构在抗震性设计方面还存在一定的弊端, 对抗震参数、抗震结构数据的计算还不够精准, 其精密性还远远不能满足要求, 这使得超高层建筑结构在抗震方面埋下了安全隐患。一些超高层建筑结构抗震性设计忽略了一些不确定性因素, 这些不确定性因素可能存在不可估量的破坏力, 使得抗震结构设计方案失去真正的作用。
4.3结构设计超高
对超高层的高度规范和抗震规范中都对超高层建筑结构的总高度有着严格的限制, 当前建筑结构新规范中, 除原有的A级限制高度, 还新增B级限制高度, 针对处理措施以及设计方法都进行了大的改变。在实际的工程结构设计过程中, 如果在结构型式变更过程中忽略了这一问题，很容易陷入施工图审查的泥潭。
4.4埋端设置不合理
一般超高层建筑通常有地下室和人防两层或两层以下，通常埋端设置在地下室顶部、人防屋顶等位置，这种设计方法使建筑结构设计工程师在设置埋端时容易忽略某些问题，存在着忽视带埋端楼板设计、地震缝设置与埋端位置不一致、埋端上下层抗震等级不一致等问题, 这些问题的忽视很容易导致建筑的后期设计工作可能要进行大量的修改, 也为后期建筑工程埋下一定的安全隐患。
5超高层建筑超限设计方法
超高层建筑超限设计方法主要包含以下几种: (1) 采用明确清晰的抗侧力以及竖向结构体系, 满足多道设防和刚度的抗震要求; (2) 要制定对称布置和立体变化均匀、整体性能优越的结构方案, 限制结构规则性, 控制楼层突变程度, 避免扭转过大, 减少薄弱层; (3) 提高抗震标准和设计标准, 严格遵照施工要求; (4) 明确设计要求、构件性能水准、结构性能目标, 采用弹性分析方法, 确认结构的薄弱环节; (5) 协调多道防线之间的刚度比例, 保证各个体系的作用; (6) 局部加强, 针对比较薄弱的部分, 优先使用高性能的建筑材料, 提高它的承载力。
结束语
综上所述，超高层建筑结构的抗震设计关系到人民生命财产的安全和社会的和谐稳定，必须引起有关人员的高度重视。本文对超高层建筑的性能化设计要求、整体刚度要求和抗震设计方法进行了探讨和分析，以供参考。
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