超限高层建筑结构基于性能抗震设计问题分析

建材发展导向２０１５年９月　设计与规划　超限高层建筑结构基于性能抗震设计问题分析　张文灏　（贵阳建筑勘察设计有限公司　贵州贵阳５５００００）　摘要：本文主要对超隈高层建筑结构设计中的抗震性设计进行分析，首先阐述了抗震设计的特点，然后总结了设计　原则，最后详细论述了超限高层建筑结构在性能抗震设计中的问题，主要内容有：抗震设计要点、超限高层建筑物的抗震　设计方法、超限高层建筑性能抗震设计方法中存在的问题及其发展。设计人员通过以上内容，更好的设计超限高层建筑结　构，从而保证其抗震性能。　关键词：超限高层；建筑结构；性能抗震设计　中图分类号：ＴＵ９７３￣．３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—１６７５（２０１５）１７—０１８７～０２　在设计超限高层建筑时，设计人员需要考虑到抗震性，通过　表１不同地震下的超限商层抗震设计要求　抗震设计，保证高层建筑的稳定性。如果高层建筑的抗震性能较　地震程度　损害程度　修理程度　差，那么会出现坍塌等问题，威胁人们生命及财产安全。超限高　小震　不会出现损害　无需修理　中震　不会出现严重的损坏　需要在震后进行过修理，并继　层建筑主要是指，超过一定限制的高层建筑，所以在设计这种建　续使用　大振　不会出现轰然倒塌，不会对震区安全　需要大修　筑物的结构时，相关人员应重点关注其稳定性，保证建筑物的抗　威胁，不会对居民造成大程度损害　剪能力和抗震能力。本文针对超限高层建筑结构的抗震设计进　２．２强柱弱梁、强剪弱弯原则　行分析，并总结如下。　设计人员应提高超限高层建筑的抗震抗剪性，并在设计中，　１超限高层建筑结构抗震设计特点　坚持相应的设计原则。设计人员应根据不同的抗震性能角度，对　在超限高层结构设计中，设计人员要考虑到地震作用的不确　建筑物的结构进行合理布置，刚柔并济。通过这些方法，提高建　定性，了解地震发生的时间与强度。地震具有能不确定性，设计　筑结构的强度和刚度，避免其在地震作用下出现损坏。　人员应确保超限高层建筑有不同的性能要求。设计人员应明确　２．３两阶段设计法　抗震的性能水平，预测抗震设计能够达到的效果，保证设计水平　在第一阶段，设计人员要对地震下的建筑弹性进行精确的计　达到规范水平【１］。我国规定的地震设防水准根据给定年限内超越　算，充分考虑地震效应，以及建筑受到的地震力荷载，使建筑弹　概率划分为大、中、小震，分别对应超越概率６３％，１０％和２～３％。　性能够满足不同的需求。设计人员还应保证建筑物在小震作用　对于某些超限高层建筑设计使用年限超过了标准的５０年的使　下的弹性位移得到合理控制。然后在第二阶段中，能够满足建筑　用年限，可以根据实际情况计算地震的风险水平。　的抗震需求。并在设计期间对掌握建筑的倒塌可能性，这种做法　建筑物的性能水平，是指在地震的作用下，出现损坏的程度，　能够较好的控制建筑物在大震下的弹性位移，并在这个基础上，　一般有四个等级：使用良好、使用无害、生命安全、防治倒塌。设　采取有效的措施。　计人员应制定性能目标，然后结合抗震设防目标，对超限建筑物　３超限高层建筑结构在性能抗震设计中的问题　进行抗震设计，满足这个性能目标，达到较好的抗震效果，避免　３．１抗震设计要点　建筑物出现不良事故。下表为超限高层建筑的抗震设计指标。　超限高层建筑的结构会受到自身受力特点的影响，设计人员　２超限高层建筑抗震设计原则　在进行结构设计中，要重点考虑其抗震性能，避免其在地震中，　在对超限高层建筑进行结构设计中，要掌握三方面的指标，　出现倒坍，造成意外伤害。下面结合一些超限高层建筑设计的实　能够保证“小震不坏、中震可修、大震不倒”，通过这种方式保证　际情况，分析其抗震设计要点：　建筑物的稳定性。在实现这些设计原则的过程中，要坚持两个阶　３．１．１控制层间的位移　段设计法，第一阶段主要是对地震下的建筑弹性进行精确的计　设计人员在进行抗震结构设计中，应合理规范超限高层建筑　算，然后在第二阶段中，能够满足建筑的抗震需求翻。现对这些设　的结构，并考虑建筑物的高宽比和位移情况，然后分析结构使用　计原则进行详细分析，主要内容有：　的材料，建筑物的结构体系和装修特点等Ｉ３］。在这个过程中，最重　２．１检查三水准目标　要的内容是建筑物的钢筋混凝土结构的位移控制，设计人员应　设计人员在进行结构设计中，要保证超限建筑物在不同的地　结合建筑的地理位置，进行合理分析，保证建筑物的稳定性。建　震作用，有不同的效果，其损害程度与修理程度如表１所示。　筑物在风力和地震的影响下，会出现较大位移，所以结构设计　・１８７・　设计与规划　中，合理规范建筑的刚度和承载力，具有重要的作用。　建材发展导向２０１５年９月　可比性。但是，目前很多人员，仍然使用复杂的非线性时程分析　来分析超限高层建筑，这是高层建筑中非常重要的问题。　设计人员应从多层引入高层及超高建筑的性能抗震设计，这　３．１．２规范建筑结构　设计人员要规范建筑物的结构，这个内容与建筑物的抗震性　能有密切联系。设计人员可以先对建筑功能进行优化，然后保证　种方法虽然经过一些细化，但是在应用过程中，仍然很难进行判　建筑的扭转刚度在合理的范围内变化，建筑结构规范，不会出现　定，所以在结构设计中会出现新的问题，例如结构的竖向不规　不规则现象。针对超限高层建筑的结构设计，要尽量简单，确保　则，无法发挥较好的抗震效果，层间位移标准的选择等等旧。在性　其受力均匀，并适当增强建筑的结构刚度。只有保证这些内容，　高层建筑才能在地震中，损害较小，出现倒塌的几率较小。　能的抗震设计中，还有一个重要的问题是建筑物的寿命损益分　析，设计人员应了解这些不确定因素，评估高层建筑或超限高层　建筑的损益程度，从而更好的进行结构设计。　３－２超限高层建筑物的抗震设计方法　３．２．１应用合理的隔振和减震措施　在抗震设计中，经常被使用的抗震体系是延性结构体系，这　４结束语　通过上文对超限高层建筑结构设计中的抗震性进行分析，抗　个结构主要是控制建筑的刚度，然后促使建筑在地震作用下能　震设计在超限高层结构设计中具有非常重要的意义，所以设计　够有延性和塑性的效果嗍。这种体系能够减少地震带来的损坏。　人员，应选取合理的设计方法。设计过程需要有精确的计算和评　延性结构的主要特点是吸收能力，所以设计人员为了降低地震　估，从而较好的发挥结构的抗震效果，避免其对人们的生命财产　带来的巨大冲击，在结构设计中多次使用这种结构，具有较好的　安全造成重大影响。　效果。　３．２．２设计抗震结构　参考文献　在设计高层建筑物的抗震设计中，设计人员不仅要加强建筑　【１Ｊ徐培福，戴国莹．超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究【ｊ】＿土木　物的整体能力，还应对建筑物受到的地震作用力进行分析，从而　工程学报，２０１２（Ｏ１）：１　１０．　２］陈自钢．高层及超限高层建筑基于性能的抗震设计初探『Ｊ１＿山西建筑，　更好的设计抗震结构。目前，我国钢材生产力不断提升，所以能　［够在建筑物中使用的钢材种类也逐渐增多。不用的钢材有不同　２０１０（２６）：６９—７０．　３】杨学林，李晓良，茆诚，冯永伟，周平槐．复杂超限高层建筑结构性能化　的设计结构，设计人员应深入了解这个内容，更好的进行抗震设　【计，做到以柔克刚。　设计研究与应用ｆＪ］．建筑结构学报，２０１０（Ｓ２）：５－ｌ１．　３．２．３控制建筑刚度　设计人员在对高层建筑进行刚度计算时，要分析其周期规　律，从而了解建筑结构的位移变化。在高层设计中，可以通过改　变刚度等参数，对建筑物的整体刚度进行控制，例如对计算参数　进行调整，或是改变梁刚度，从而提升建筑整体的抗震效果。设　计人员在一些情况下，还可以调整截面尺寸或剪力墙的开洞大　小，以及混凝土的强度，对建筑物的刚度进行控制。　【４］赵彤．高层建筑结构基于性能抗震设计思想的应用［ＪＪ．结构工程师，　２０１１（０２）：１５～２２．　【５】李赫男．超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究【Ｊ］．黑龙江科技信　息，２０１３（２４）：１８８．　［６】杨闫．超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究［Ｊ］．黑龙江科技信　息，２０１４（０７）：２０４．　收稿日期：２０１５—７—２８　３＿３超限高层建筑性能抗震设计方法中存在的问题及　其发展　目前，建筑行业的不断发展，各种新型技术的出现，在高层和　超限高层设计中，出现了很多新的问题。设计人员应了解出现的　新技术和新理念，不断应用这些新的方法，更新超限高层建筑的　设计理念嘲。设计人员要在这种情况下，充分不同建筑的结构差　异，满足结构的稳定性。设计人员要掌握建筑结构的目标，通过　建筑结构试验。　针对目前在超限高层建筑物设计中，使用的抗震方法，也进　行优化和改良。在性能抗震设计中，多采用能力谱法，设计人员　应用Ｐｕｓｈｏｖｅｒ分析，并将能力谱的结构计算出来。超限高层建筑　的结构具有一定复杂性，所以存在加强层的可能，还有一些建筑　结构的竖向不规则。针对这些情况，设计人员都应该进行改进，　主要方式是将结构想象成单自由度模型。这种情况确保建筑有　・１８８・