導讀：在地震中，幾乎所有的建築都倒塌了，相對於低層建築而言，高層建築破壞和倒塌的後果就更加嚴重。爲保證高層結構的抗震安全，達到安全和經濟的統一，有必要對高層結構的抗震設計、抗震結構和抗震技術進行探討。
關鍵詞：高層建築，抗震設計，抗震結構，抗震技術
2008年的汶川地震和2010年的玉樹地震對中國來說無不是沉重的打擊，不但造成巨大的經濟損失，更心痛的是有那麼的生命離開了我們，這不得不讓人們反思我們建築的抗震設防能力。在地震中，幾乎所有的建築都倒塌了，相對於低層建築而言，高層建築破壞和倒塌的後果就更加嚴重。近年來國內國外高層、超高層建築的高度不斷攀升，就在2010年正式開放的哈利法塔的高度達到了驚人的828米，而且建築的體型越來越複雜，不規則結構越來越多，這對於結構的抗震都是十分不利的。爲保證高層結構的抗震安全，達到安全和經濟的統一，有必要對高層結構的抗震設計、抗震結構和抗震技術進行探討。
1.地震導致建築破壞的原因
根據地震經驗，地震期間導致高層建築破壞的直接原因可分爲以下三種情況：
(1)地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂縫或錯位等地面變形，對其上部建築的直接危害;
(2)地震引起的砂土液化、軟土震陷等地基失效，對上面建築物所造成的破壞;
(3)建築物在地面運動激發下產生劇烈震動過程中，因結構強度不足、過大變形、連接破壞、構件失穩或整體傾覆而破壞;
2.建築的抗震概念設計
所謂“建築抗震概念設計”是指根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想,依此進行建築和結構總體佈置並確定細部構造的過程。
3.建築抗震設計方法的發展過程
3.1、靜力理論階段
水平靜力抗震理論始創於意大利，發展於日本，1900年日本學者大森房吉提出“震度法”的概念。該理論認爲：結構物所收到的地震作用，可以簡化爲作用於結構的等效水平靜力，其大小等於結構重力荷載乘以一個係數。
3.2、反應譜理論階段
我國及國際上多數國家抗震設計規範本質上都採用了反應譜理論及結構能力設計原則。其主要特點如下：
(1) 用規範規定的設計反應譜進行結構線彈性分析。
(2) 結構構件的承載力是根據設計反應譜所作的結構線彈性計算透過荷載和地震作用效應組合後內力進行設計。
(3) 在早期方案設計階段，結構體系、結構體型的規則性及結構的整體性滿足規範的規定，以使結構能可靠地發揮非彈性延性變形能力。
3.3、動力理論階段
1971年美國聖費南多地震的震害，使人們清楚地認識到“反應譜理論只說出了問題的一大半，而地震持時對結構破壞程度的重要影響沒有得到考慮”，從而推動了採用地震加速度過程a(t)來計算結構反應過程的動力法的研究。此一新理論不但考慮了地震的持時，還更近一步地考慮了地震過程中反應譜所不能概括的其他特性。
4.高層建築結構體系
設計地震區的高層建築，在確定結構體系時，除了要考慮前面所提到的材料用量、建築內部空間和使用的房屋高度等因素外，還需進一步考慮下列抗震設計準則：
(1)具有明確的計算簡圖和合理的地震力傳遞路線;
(2)具備多道抗震防線，不會因部分結構或構件失效而導致整個體系喪失抵抗側力或承受重力荷載的能力
(3)具有必要的承載力、良好的延性和較多的耗能潛力，從而使結構體系遭遇地震時有足夠的防倒塌潛力;
(4)沿水平和豎向，結構的剛度和強度分佈均勻，或按需要合理分佈，避免出現局部削弱或突變形成薄弱環節，從而防止地震時出現過大的應力集中或塑性變形集中。
在確定建築方案的同時，應綜合考慮房屋的重要性、設防烈度、場地條件、房屋高度、地基基礎以及材料供應和施工條件，並結合體系的經濟、技術指標，選擇最合適的結構體系。
5.建築抗震措施或設計
5.1、錯開地震動卓越週期
一個場地的地面運動，一般均存在着一個破壞性最強的主振週期，如果建築物的自振週期與這個卓越週期相等或相近，建築物的破壞程度就會因共振而加重。地震動卓越週期又稱地震動主導週期。
從衆多的地震倒塌建築物中可以看出，建築週期與地震動卓越週期相接近，是引起建築共振破壞的主要因素和直接原因。因此，在進行高層建築設計時，首先要估計地震引起該建築所在場地的地震動卓越週期;然後，在進行建築方案設計時，透過改變房屋層數和結構類型，儘量加大建築物基本週期與地震動卓越週期的差距。
5.2、採取基礎隔震措施
傳統的抗震方法是依靠結構的承載力和變形能力，來耗散地震能量，使結構免於倒塌，但由於是一種“被動防震”，就不免存在許多不足之處。地震對建築的破壞作用，是由於地面運動激發起建築的強烈振動所造成的，也就是說，破壞能量來自地面，透過基礎向上部結構傳遞。人們總結地震經驗後發現，地震時結構底部的.有限滑動，能大幅度地減輕上部結構的破壞程度。科技論文。
基於可動概念的基礎隔震方案很多，主要有：(1)軟墊式隔震。在房屋底部設定若干個帶鉛芯的鋼板橡膠隔振裝置，使整個房屋坐落在軟墊層上，遭遇地震時，樓房底面與地面之間產生相對水平位移，房屋自振週期加長，主要變形都發生在軟墊塊處，上部結構層間側移變得很小，從而保護結構免遭破壞。(2)滑移式隔震。在房屋基礎底面處設定鋼珠、鋼球、石墨、砂粒等材料形成的滑移層或滾動層，使建築物遇地震時在該處發生較大位移的滑動，達到隔震目的。(3)擺動式隔震。科技論文。擺動式隔震方式實質上是柔性底層概念的改進和引伸。(4)懸吊式隔震。這一隔震方式的構思是，將整個建築懸吊在支架下面，避免地震的直接衝擊，從而大幅度較小建築物所受到的地震慣力。
5.3、削減地震反應——提高結構阻尼
爲了提高結構阻尼，可以在結構上設定阻尼器，以吸收地震輸入的能量，減小結構變形。臺北101大樓在87~92樓安裝了一個巨大的鋼球風阻尼器，是世界上目前最大的大樓風阻尼器，它的球體直徑5.5米，由四十一層12.5釐米厚鋼板結合爲球形，重量660噸，可以有效減輕由於颶風和地震所引起的震動和側移。
爲高層建築提供附加阻尼的另一新途徑，是利用主體結構與剛性掛板之間特殊裝置的非彈性性能和摩擦。採取這一措施後，可以使阻尼比僅爲2%的抗彎鋼框架，有效粘滯阻尼比增加到8%或更多，從而使底部地震剪力和頂點側移降低50%。
此外，透過採用高延性構件和附設耗能裝置也能有效削減地震反應。
6.高層建築抗震技術發展展望
未來高層建築的發展趨勢，體型將更趨複雜，結構體系將更趨多樣化。出於對建築藝術上的要求，高層建築的體型將會更爲複雜和多樣，許多高層建築都是綜合性的和多用途的，因此對建築和結構必然提出新的更高的要求。從結構體系上看，也決不會停留在原有的幾種形式上，而會更好地滿足功能和藝術上的需求，創造出新的結構體系。
參考文獻
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