高層建筑的發(fā)展有一個長期的過程，一千多年前就出現(xiàn)了高層建筑，如我國歷史上的河南登封縣的嵩岳寺塔、西安的大雁塔、山西的應(yīng)縣木塔等。這些早期的高層塔樓建筑，由于受到當時經(jīng)濟技術(shù)條件的限制，都是用磚、石或木料等建造的，墻壁相當厚，支撐木柱都很粗大，因而使用面積相對狹小，造型也比較單一。 19世紀末到20世紀初，由于工業(yè)技術(shù)的進步，為近代高層建筑的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件，出現(xiàn)了鋼框架和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的高層建筑。在美國、歐洲等地出現(xiàn)了一批高層建筑。直到20世紀 50年代，由于輕質(zhì)高強材料研究成功，抗風(fēng)抗震結(jié)構(gòu)體系得到了發(fā)展，高層建筑發(fā)展迅速。

　　1 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)震害及破壞機制分析

　　1.1 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)分類常見的復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：①豎向收進和懸挑結(jié)構(gòu);②連體結(jié)構(gòu);③帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)④帶加強層結(jié)構(gòu);⑤平面不規(guī)則結(jié)構(gòu);⑥其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)：錯層結(jié)構(gòu)、大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)等。這些情況會使得結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變，對結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生很大影響¨。，因此，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)‘61和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011— 20lo)¨1對于結(jié)構(gòu)平面和豎向的規(guī)則性進行了嚴格的限定。

　　1.2復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)震害及破壞機制分析 1.

　　2.1 體型收進高層建筑結(jié)構(gòu)由于建筑造型和功能需求等原因，體型收進結(jié)構(gòu)是復(fù)雜高層建筑中最常見的結(jié)構(gòu)形式，歷次震害表明，體型收進高層建筑結(jié)構(gòu)在地震中破壞嚴重。 1995年1月17日的日本阪神地震，大量豎向收進造成薄弱層破壞¨。1…，圖1(a)一(b)所示;2010年2 月27日在智利發(fā)生8.8級大地震，如圖1(c)為一座21層辦公樓，體型收進層位于11層，在地震中發(fā)生收進層整層破壞…。;2008年5月12日，我國汶川發(fā)生8.0級地震，許多高層建筑結(jié)構(gòu)由于體型收進導(dǎo)致破壞¨2。”1，如圖1(d)所示。同時，國內(nèi)外學(xué)者對體型收進高層建筑結(jié)構(gòu)進行了大量研究，肖從真等¨41對體型收進框架結(jié)構(gòu)進行了試驗和理論研究，結(jié)果表明：①在體型收進處，層間位移和豎向構(gòu)件內(nèi)力發(fā)生突增;②層間位移和內(nèi)力的突增程度隨著收進程度的增大而增大，在收進位置應(yīng)增大配筋以保證結(jié)構(gòu)承載內(nèi)力;③對于大底盤結(jié)構(gòu)，應(yīng)特別注意其塔樓底層。張博等¨糾通過對體型收進高層結(jié)構(gòu)進行彈塑性分析，得出結(jié)構(gòu)收進層在大震下產(chǎn)生明顯薄弱層。蘇寧粉等¨釗對體型收進框架一核心筒結(jié)構(gòu)進行彈塑性動力時程分析，結(jié)果表明：在結(jié)構(gòu)體型收進處、核心筒底部加強部位和非加強部位交界處存在剛度突變而導(dǎo)致變形集中，建議設(shè)置過渡層，保證剛度連續(xù)均勻變化。 Jack P.Moehle‘171通過對4個豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行非線性分析，表明在樓層高度和剪力墻厚度變化等剛度突然減小的位置是發(fā)生破壞的主要位置。 T.L.Karavasilisa等¨8‘通過對120個體型收進框架進行大量非線性分析，結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)的最大變形集中發(fā)生在頂部收進形成的“塔形”部位和存在收進的部位。 1.2.2 帶轉(zhuǎn)換層、過渡層的高層建筑結(jié)構(gòu)通過大量震害發(fā)現(xiàn)，帶轉(zhuǎn)換層或過渡層的結(jié)構(gòu)容易在地震中破壞。日本阪神地震中，大量建筑物發(fā)生轉(zhuǎn)換層破壞和過渡層破壞，如圖2(a)所示¨9|; 1999年臺灣地震中，存在轉(zhuǎn)換層的商住樓剪力墻破壞舊…;在汶川地震中，如圖2(b)所示的底部空曠建筑在地震中底層完全倒塌¨3|。對于帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其破壞機制可以分為三種情況：①當轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)剛度小，上部剛度大時，破壞主要發(fā)生在轉(zhuǎn)換層下部;②當轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)剛度較大，上部結(jié)構(gòu)剛度較小時，破壞主要發(fā)生在轉(zhuǎn)換層上部;③當轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)剛度分布相對均勻時，其上下破壞程度相對均勻。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)破壞的主要原因是其豎向構(gòu)件不連續(xù)，造成結(jié)構(gòu)豎向剛度發(fā)生突變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層上、下樓層的構(gòu)件內(nèi)力、位移突變，在地震作用下發(fā)生薄弱層破壞。

　　2高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法

　　.1傳統(tǒng)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法目前，我國高層建筑的抗震設(shè)計遵循的是“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準設(shè)防目標，主要采用“兩階段設(shè)計”來實現(xiàn)上述三個水準的設(shè)防目標。第一階段設(shè)計是承載力驗算，取第一水準的地震動參數(shù)計算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標準值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，在可靠度分析基礎(chǔ)上采用分項系數(shù)設(shè)計表達式進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面承載力抗震驗算，滿足“小震不壞”的設(shè)防目標。第二階段設(shè)計是彈塑性變形驗算，對有薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)或有專門要求的結(jié)構(gòu)，通過彈塑性層間變形驗算并采用相應(yīng)的構(gòu)造措施，滿足“大震不倒”的設(shè)防目標。“中震可修”的設(shè)防目標則通過概念設(shè)計和若干抗震措施來實現(xiàn)，主要體現(xiàn)在第一階段設(shè)計中。概念設(shè)計包括結(jié)構(gòu)選型、限制房屋高度、最小地震剪力等，抗震措施則包括內(nèi)力調(diào)整放大、不同抗震等級的構(gòu)造要求等內(nèi)容。

　　2.2基于性能化抗震設(shè)計方法當前，全世界各國均在采用基于性能的抗震設(shè)計理論及方法，并在逐漸制定和完善相關(guān)的設(shè)計規(guī)范。美國太平洋地震工程研究中心于2010年發(fā)布了《高層建筑基于性能設(shè)計方法指南》(PEER一 2010)，將性能化抗震設(shè)計方法首次正式寫入高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)¨。和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 (GB 5001 1—2010)‘71均將性能化抗震設(shè)計寫入，給出了性能化設(shè)計的性能目標、性能水準以及相應(yīng)的評價標準。

　　2.3基于預(yù)設(shè)屈服模式的性能化抗震設(shè)計方法目前規(guī)范采取的內(nèi)力調(diào)整對于規(guī)則建筑來說，可以通過控制不同構(gòu)件的承載力差值，避免關(guān)鍵構(gòu)件在地震作用下發(fā)生破壞，從而防止整體結(jié)構(gòu)的倒塌。然而復(fù)雜高層建筑在大震作用下的內(nèi)力分布往往與小震作用下的有顯著區(qū)別，內(nèi)力調(diào)整難以反映其在地震作用下真實的受力性能。肖從真等¨’”’”1 提出了復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)基于預(yù)設(shè)屈服模式的性能化設(shè)計方法，其基本思路是：對結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)件預(yù)先設(shè)置不同水準地震作用下的性能目標，對整體結(jié)構(gòu)而言，則相當于預(yù)先設(shè)置了一種結(jié)構(gòu)的破壞模式。

　　3結(jié)論與展望

　　3.1 結(jié)論 1)復(fù)雜高層建筑在地震中破壞嚴重，體型收進結(jié)構(gòu)容易在收進層位置由于剛度突變發(fā)生薄弱層破壞;連體結(jié)構(gòu)容易在連廊與主體結(jié)構(gòu)連接處發(fā)生破壞;平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)靠近外側(cè)的豎向構(gòu)件容易因扭轉(zhuǎn)而發(fā)生破壞;帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)容易在轉(zhuǎn)換層或與轉(zhuǎn)換層相鄰的樓層發(fā)生破壞等。 2)基于性能化的抗震設(shè)計方法改變了傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法單一性能目標的局限性，工程師可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況選擇合適的性能目標，其本質(zhì)是預(yù)設(shè)了一種破壞模式。 3)我國傳統(tǒng)抗震設(shè)計采用“三水準，兩階段”的方法，單一的性能目標和內(nèi)力調(diào)整無法充分反映復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下真實受力情況�；�于預(yù)設(shè)屈服模式的抗震設(shè)計方法通過預(yù)設(shè)屈服模式的思路，逐步控制結(jié)構(gòu)破壞順序，同時，設(shè)計過程更簡單、合理，避免了較繁瑣的內(nèi)力調(diào)整。

　　3.2研究展望目前，復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法仍需在以下方面開展深入研究： 1)精確地考慮結(jié)構(gòu)彈塑性損傷對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，從而更加有效地實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)破壞模式的控制。 2)建立合理的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能評價指標和體系，重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和設(shè)施等破壞造成的損傷，盡可能實現(xiàn)量化各項評價指標。 3)對復(fù)雜高層建筑進行連續(xù)倒塌研究，避免局部破壞引起的整體結(jié)構(gòu)的倒塌。 4)適用于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的新材料、新體系及相應(yīng)的設(shè)計理論與方法研究。

　　參考文獻

　　徐培福，傅學(xué)怡，王翠坤，等.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005

　　呂西林，程明.超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的新發(fā)展[J].結(jié)構(gòu)工程師，2008，(2)：99-106

　　徐培福，王翠坤，肖從真.中國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展與展望[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，39(9)：28-32

　　《復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法研究現(xiàn)狀與展望》來源：《建筑科學(xué)》，作者：李子懿1，肖從真2，李建輝2，李愛群1，陸宜倩2

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