新型高层建筑结构与材料的抗震分析和设计探讨

引言
高层建筑是社会经济发展和科技进步的产物。随着大城市的发展，城市土地的短缺和城区地价的上涨促使了现代高层建筑的出现，而电梯的发明使高层建筑越来越高。宏伟的高层建筑是经济实力的象征，具有重要的宣传效应，在日益激烈的商业竞争中发挥着重要作用。
自1886年世界上第一座现代高层建筑——美国芝加哥的HomeIuranceBuilding(10层，高55米)建成以来，已有100多年的历史了。高层建筑不仅在材料和结构体系上逐渐多样化，而且高度也大大增加。而一次又一次的地震灾害和教训警示人们，防震减灾任重道远，刻不容缓。
自上个世纪以来，世界各国的专家学者对抗震设计进行了一系列的研究。20世纪90年代，结构抗震分析和设计已被提到各国建筑设计的历史日程上。特别是我国处于地震多发区(地震基本烈度6度以上的地震区面积约占全国的60%)，因此高层建筑抗震设计设防是工程设计的一项紧迫任务。作为工程抗震设计的基础，高层建筑的抗震分析处于非常重要的地位。
二。材料选择和结构体系问题在地震多发地区，人们应该注意什么样的建筑材料或结构体系是合理的。
我国高层建筑常用的结构体系有:框架、框架-剪力墙、剪力墙、筒体，这也是其他国家高层建筑使用的主要体系。但在国外，在特殊地震区，以刚性结构为主，而在国内，钢筋混凝土结构和混合结构占90%。这样高的钢筋混凝土结构和混合结构，国内外都没有试验过。与钢结构混凝土结构相比，它具有优越的强度、韧性和延性、强重比，总体来说抗震性能好，抗震能力强。
震害调查表明，钢结构很少倒塌。框架-核心筒体系应用于高层建筑中，因其用钢量比钢结构少，可减少柱截面，所以往往受到业主的青睐。混合结构的钢筋混凝土往往承担80%以上的楼层剪力，有的甚至高达90%以上。因为结构是基于钢筋混凝土结构的位移值。但由于其弯曲变形的侧向位移较大，与刚度较小的钢框架共同工作来减小侧向位移，不仅增加了钢结构的负担，而且作用不大。有时需要增加混凝土筒体的刚度或设置伸臂结构，形成加强层，以满足规范的侧移限值。
另外，当结构体系或柱距发生变化时，需要设置结构转换层。该层中加强层和转换层均形成刚度，导致结构刚度突变，往往使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然增大，加强层伸臂构件或转换层构件与外部框架柱连接处难以实现强柱弱梁。因此，在需要设置加强层和转换层时，要慎重选择其结构形式，尽量减小其自身刚度，减少其不利影响。
唐山钢铁厂结构形式震害调查数据统计参数总建筑面积(万m2)倒塌和严重破坏比例(%)中等破坏比例(%)钢结构3.6709.3钢筋混凝土结构4.0623.247.9砌体结构3.0941.220.9在高层建筑中，应注意结构体系和材料的优化。目前，我国钢产量居世界前列，建筑用钢种类和品种逐渐增多，钢结构加工制造能力大幅提高。因此，在条件允许的情况下，建议尽可能采用型钢混凝土结构(SRC)、钢管混凝土结构(CFS)或钢结构(S或)，以减小柱的截面尺寸，提高结构的抗震性能。
超过一定高度后，由于钢结构轻质柔软，需要采用混凝土材料来降低风致振动。钢骨混凝土(钢管)通常是首选。工程经验表明，钢管混凝土柱的自重可以减轻65%左右，并且由于柱截面的减小，使用面积也会相应增加。用钢量指标与钢筋混凝土结构相近，而工程造价比钢筋混凝土结构可降低15%左右，工期可缩短1/2。此外，钢管混凝土结构表现出良好的延性和韧性。
1995年日本阪神地震造成的震害表明，在型钢混凝土构件中，当采用格构式钢材时，震害严重，而当采用实腹式大钢或焊接工字钢时，震害轻微。因此，如果高层建筑结构采用型钢混凝土构件，建议采用后者。