［摘要］ 通过对建筑物在地震作用下反应谱的详细描述，明确了建筑抗震设计规范中给出的地震影响系数a的由来，给出了常用高层建筑结构水平地震作用的计算方法。
［关键词］ 反应谱、高层建筑结构、水平地震作用计算
［中图分类号］ ［文献标识码］ ［文章编号］
高层建筑结构的地震作用计算中，目前常用的计算方法有：底部剪力法、振型分解反应谱法和动力时程分析法。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)中规定：高度不超过40米，以剪切变形为主，质量刚度沿高度分布均匀的高层建筑结构，采用底部剪力法；动力时程分析法是针对于超高、超限、高烈度区和体型复杂的高层建筑结构。而振型分解反应谱法则是高层建筑结构地震作用计算中最常用的基本方法，目前所有的结构设计程序都采用了这一计算方法。
一 地震反应谱
在地震作用发生时，建筑物产生位移x ，速度v 和加速度a ； x、v和a的大小我们称之为反应值，把不同周期下建筑物反应值的大小画成曲线，这些曲线就分别称之为位移反应谱、速度反应谱和加速度反应谱。随着周期延长，位移反应谱为上升的曲线，速度反应谱比较恒定，而加速度反应谱为下降的曲线(见图1)。
图1 反应谱趋势
结构设计的直接依据是加速度反应谱；加速度反应谱在周期很短时有一个上升段，一般高层建筑结构的基本自振周期不在这一区段内，当建筑物自振周期与场地的特征周期逐渐接近时，出现峰值，随后逐渐下降。出现峰值的周期与场地土类别有关：Ⅰ类场地约为0.1～0.2秒；Ⅱ类场地约为0.3～0.4秒；Ⅲ类场地约为0.5～0.6秒；Ⅳ类场地约为0.7～1.0秒(见图2)。抗震规范中的地震影响系数a，也体现了与场地类别的关系，反映了震级大小、震中距和场地条件对建筑物产生地震作用的影响。
图2 加速度反应谱
地震作用发生时，建筑物受到的地震作用的大小是不固定的，结构因振动而产生惯性力，致使建筑物产生内力：位移、速度和加速度。地震力的大小与建筑物本身的质量、刚度特性有关；在同等地震烈度和场地条件下，建筑物的重量越大，受到的地震力越大，因而，减小结构自身重量，不仅可以节省建筑材料，而且对抗震非常有利。同样，建筑物的结构刚度越大，周期越短，地震产生的作用也就越大，因此，在满足建筑物位移限制要求的前提下，结构应具有合理的质量、刚度和自振周期。适当延长建筑物的周期，增加建筑物的延性，在地震作用发生时，利用建筑物自身的延性特性，多吸收地震产生的能量，从而可以大大降低地震作用，减轻地震作用带来的危害。
二 反应谱法计算高层建筑结构的水平地震作用
建筑物在地震作用下，加速度反应值的大小及其随周期变化的趋势，《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)上以地震影响系数曲线的形式给出。曲线的变化值就是地震作用下建筑物产生加速度的反应谱(弹性反应谱，见图3 )，并且周期延长到6s，弹性反应谱理论是目前高层建筑结构抗震设计中最常用、最基本的地震作用计算理论。
图3 地震影响系数曲线
弹性反应谱理论虽是抗震设计最基本的理论，但由于地震作用本身的复杂性，地震所产生的地面运动有很大的随机性，不同地点所发出的地震波形完全不同，对建筑物产生的作用也不相同，加之对建筑物抗震性能影响的因素很多，有很大的不确定性，因而，地震对建筑物产生的实际影响也不仅仅是一两个公式所能概括的。即使是在相同的设防烈度下，不同地震反应值的结果也是非常离散的，建筑抗震设计规范中给出的地震反映谱曲线(地震影响系数曲线)，是很多个互不相同的实际地震记录反应谱的综合平均值并结合工程经验加以判断后，总结得出的综合值。不能认为按反应谱法计算得到的水平地震作用标准值就是真正的地震力值。真实的地震作用的大小是很难准确计算的，作为建筑结构设计人员，在具体的高层建筑结构设计中，水平地震作用的计算必须留有余地，按规范要求需考虑竖向地震作用时，必须进行竖向地震作用计算；另外在抗震的概念设计上，必须紧扣规范，以保证建筑物有足够的安全度，留有较大的安全余地。
