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本文作者：梅巧林 單位：湖北省機電研究設計院

鋼筋混凝土體系包括：框架結構、剪力墻結構、框架－剪力墻結構、框筒結構、筒中筒結構。鋼結構體系包括：鋼框架結構、鋼框架－支撐結構、鋼框架－砼剪力墻結構、鋼框架－砼核心筒結構、框－筒結構、桁架－筒結構、筒中筒結構、束筒結構。

由于高層建筑的結構特點，目前高層建筑普遍采用鋼筋混凝土材料。相對其他材料建造的房屋而言，鋼筋混凝土結構的房屋具有較好的抗震性能，但如果設計不合理，施工質量不良，鋼筋混凝土結構房屋也會產生嚴重震害，建筑結構震害的嚴重程度主要取決于地震動特性和自身特征兩個因素。地震對建筑物的破壞程度不僅與震級有關，還與震源深淺、震中距、場地土特征以及建筑物自身動力特性有關。一般來說建筑物在震級小、震源深、離震中距遠的情況下遭到破壞的可能性較小。

研究表明：地震波在土介質中傳播時，地面運動中的短周期分量容易衰減，而長周期分量卻傳播較遠[4]。在硬土中，短周期地震波保留較多。而在軟土中，長周期的地震波傳播得更遠，且軟土層愈厚，卓越周期愈長，地震波的振幅也愈加放大。場地土的卓越周期和建筑物的自振周期較為接近時，易發生共振，震害較為嚴重（見圖1）。結構布置不合理：如果建筑物平面布置不規則、質量和剛度分布不均勻、不對稱而造成剛度中心和質量中心有較大的不重合，易使結構在地震時產生過大的扭轉反應而嚴重破壞。如果結構沿豎向布置的剛度有局部削弱或過大突變，地震時變化處產生應力集中，也會產生嚴重震害（見圖2）。鞭梢效應：結構頂部有較高突起且與頂部一下結構剛度相差較大時，地震作用下產生鞭梢效應，加劇高階振型對結構的影響。結構碰撞：國內外大地震中相鄰結構碰撞造成的震害十分普遍，主要是在設置溫度縫或抗震縫時，縫寬度過小，地震搖擺使距離過近的結構碰撞，導致結構損傷（見圖3）。

常見結構形式的建筑震害特點

由于框架結構、剪力墻結構、框架－剪力墻結構最為常見，下面主要介紹了這三類結構的震害特點?？蚣芙Y構的整體破壞形式可分為延性破壞和脆性破壞。若結構的塑性鉸出現在梁端，形成梁鉸機制（強柱弱梁），此時結構能承受較大的整體變形，吸收較多地震輸入能量，結構發生延性破壞；當塑性鉸出現在柱端，形成柱鉸機制（強梁弱柱），此時結構的變形往往集中在某一薄弱層，結構發生脆性破壞，嚴重時會出現房屋倒塌?？蚣芙Y構的震害多發生于柱端和節點，梁端震害相對較小。框架柱的主要震害形態有：柱端彎剪破壞、柱身剪切破壞、角柱彎剪破壞以及短柱的剪切破壞；框架梁的震害相對較輕，其基本表現為豎向彎曲裂縫或剪切斜裂縫；框架梁柱節點是連接框架梁河柱的關鍵部位，地震中節點核心區常產生對角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，嚴重時混凝土剪碎剝落，柱縱筋壓屈外鼓，這種破壞的主要原因是受剪承載能力不足或施工質量較差所致，節點核心區箍筋不足是主要原因?？蚣芴畛鋲Φ恼鸷π螒B表現為：發生墻面斜裂縫。并沿柱周邊開裂，在端墻、窗間墻或門洞口的邊角部位產生斜裂縫或交叉裂縫，震害更為嚴重。發生這些破壞的主要原因是：墻體抗拉、抗剪能力低，變形能力小，墻體與框架缺乏有效的拉結。

相對于框架結構而言，剪力墻結構、框架剪力墻結構的震害較輕。高層建筑結構中剪力墻的破壞主要有兩種類型：一種是剪力墻底部破壞，這主要是由于狹而高的墻肢工作性能類似于懸臂梁，震害常出現在底部；另一種是連梁的剪切破壞，連梁是位于上下門窗洞口之間聯系墻肢的水平構件，墻肢之間是剪力墻結構變形集中之處，故連梁很容易產生破壞。實際工程中由于剪力墻的布置使建筑平面布置和空間利用受到限制，因此實際工程中多采用框架-剪力墻的形式。

在框架-剪力墻結構中，框架主要用來承擔豎向荷載，剪力墻承擔大部分的水平荷載。框架-剪力墻（核心筒）結構，由于具有較大的抗側剛度和承載力，顯示出了優越的抗震性能，尤其是與同一地區的框架結構相比，框架-剪力墻（核心筒）結構的非結構構件的損壞要輕很多。圖5為汶川地震中的綿陽新益大廈，在地震中僅少數圍護結構產生細微裂縫。

基于震害基礎上的抗震概念設計

抗震概念設計是指一些在計算中或在規范中難以作出具體規定的問題，必須由工程師運用“概念”進行分析，作出判斷，以便采取相應的措施。例如結構破壞機理的概念，力學概念以及由震害試驗現象等總結提供的各種宏觀和具體的經驗等，這些概念及經驗要貫穿在方案確定及結構布置過程中，也體現在計算簡圖或計算結果的處理中。

目前地震及結構所受地震作用還有許多規律未被認識，人們在總結歷次大地震災害經驗中認識到：一個合理的抗震設計，在很大程度上取決于良好的“概念設計”。為了保證結構具有足夠的抗震可靠性而對建筑工程結構做的概念設計主要考慮了以下因素：場地條件和場地土的穩定性；建筑物的平、立面布置及其外形尺寸；抗震結構體系的選取、抗側力構件的布置以及結構質量的分布；非結構構件與主體結構的關系及其兩者之間的錨拉；材料與施工質量等。

結語

在上文中，筆者基于常見高層建筑在地震下的震害特點介紹了高層建筑在抗震設計中概念設計。在地震頻繁發生和高層建筑結構大量建設并迅速發展的客觀情況下，工程師應將概念設計貫穿在結構設計的每一步驟，創作出更加安全、適用、經濟、美觀的高層建筑。最后根據這些震害特點和概念設計的方法提出我的一些建議和想法。

對于震害的一些特點，我有以下一些建議：對工程建設的監督和管理仍需加強，避免在設計和施工環節出現不符合抗震規范的建筑工程。隨著我國經濟建設的發展，在資金充裕的條件下，應優先選擇更有利于抗震的結構形式，保證可靠的抗震措施。加強各級政府、行政部門和普通群眾的抗震防災意識，做好抗震預防工作，特別是保證房屋建筑達到規定的抗震設防標準，以最大程度的減少因建筑物抗震能力不足而倒塌破壞造成的人員傷亡。