高层建筑结构抗震性能化设计与分析

高层建筑结构抗震性能化设计与分析

发表时间：2016-06-13T10:38:53.533Z 来源：《工程建设标准化》2016年4月总第209期作者：马俊[导读] 由于城市用地的紧张，人口聚集，为满足人民的工作生活的需求，城市中的高层建筑的数目也在不断的增多。

马俊

（云南省设计院集团，云南，昆明，650000）【摘要】我国处于一个地震多发带，随着高层建筑越来越多，而对于高层建筑的抗震分析尤为重要，随着技术的进步，对高层建筑结构的抗震概念的完善，计算机分析手段进一步增强，对高层建筑结构提出基于性能化设计的目标，通过分析做到精细化设计。【关键词】高层建筑；性能化设计；性能目标前言

由于城市用地的紧张，人口聚集，为满足人民的工作生活的需求，城市中的高层建筑的数目也在不断的增多。而我国处于地震多发地带，对高层建筑的抗震设计就显得尤为重要。

1、高层建筑抗震概念设计对于高层建筑的抗震设计应首先注重对结构的一个整体概念的考虑。首先对结构方案的确定要借助一个概念性的思考来确定。延性结构、超静定结构和可以实现多道防线的结构，是抗震结构设计的基本要求。首先结构必须是超静定的结构，防止因结构自由度过少，地震中一个节点破坏而导致整个结构倒塌。其次，高层建筑还应当设置多道防线，每道防线由不同受力和变形能力的超静定抗侧力结构组成。

目前高层建筑中应用广泛的结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构等。其中框架-剪力墙（筒体）结构、混合框架-核心筒结构等均属于两种变形性能不同的抗侧力单元共同工作。概念设计还体现在对结构整体薄弱环节的把握。现行规范中对结构不规则性的判断即是对结构薄弱环节的判断，结构的规则项即代表其对结构带来相应的不利影响，不规则项越多，则结构的不利因素也越多，这些不利因素都将导致结构在相应部位出现局部损坏坏，进而导致结构破坏。在把握住结构的概念性设计后，还应采用正确有效的，更能反映实际的的计算方法。而结构设计可以说是没有唯一解的。

2、按现行的抗震规范的设计方法我国现行的结构规范采用的是以概率理论为基础的结构极限状态设计。按“三水准两阶段”的设防目标和设计方法，三水准即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标；两阶段的设计方法即：第一阶段主要是结构在小震下按弹性反应谱理论得到的地震作用验算结构的承载力和变形，并通过内力调整和采取抗震构造措施以满足第二、三水准的要求；第二阶段是对结构在大震下的弹塑性变形验算，并对薄弱部位做防倒塌控制。但对于超限高层和复杂高层，采用以上方法不能完全满足结构的可靠度要求，还需进行性能化设计。

3、基于性能化的结构抗震设计3.1 结构性能目标基于性能化的设计是对现行规范三水准两阶段方法的一种延续。基于性能化得设计基本步骤可分为：一、性能目标的选用；二、实施目标的计算、采取的措施；三、对目标的评价，并通过专家论证。根据《抗规》的规定，选定性能目标应对应于不同地震动水准的预期损坏状态或使用功能不低于“三水准”的要求。再根据所选定的性能目标对结构或其关键部位选定性能设计指标。结构性能水准一般可分为：完好、基本完好、轻微损坏、中等破坏、严重破坏和倒塌。设计时根据具体的设防烈度、场地条件、薄弱部位等条件，按所设定的目标在不同水准地震作用下进行设计。

3.2 结构计算基于性能化设计的结构计算分析应做到准确、详尽，应能反映结构在不同地震作用下各部位的不同状态，以便分析其是否能够达到所设定的目标。在小震时仍可采用反应谱法，按全楼弹性控制结构的承载力和变形。值得注意的的是，按地震影响系数计算的剪重比小于限值时，说明结构总体刚度不足，需调整。在中震和大震作用下，应采用时程分析法进行补充验算，时程分析按弹性时程分析和弹塑性时程分析进行计算，有效分析结构出现塑性铰的部位和连续倒塌的可能性，并对关键部位和薄弱部位有针对性的加强，做到结构可控，构件按预先设定的目标进行设计。时程分析法又可分静里弹塑性时程分析和动力弹塑性时程分析。静力弹塑性时程分析法也叫PUSH-OVER法，是按一定的加载方式对结构施加单调递增的水平荷载，一旦有构件屈服即修改其刚度，进而修改结构总刚度矩阵，再进行下一步计算，依次循环，逐步将结构推至一个给定的目标位移来研究分析结构的非线性性能。动力弹塑性时程分析法是将确定的加速度-时间曲线划分为很小的时段，然后逐步积分，求出体系在各个时刻的位移、速度和加速度，进而计算出结构的内力。这种方法能够计算出地震反应全过程各个时段结构的内力和变形状态，给出结构构件开裂和屈服的顺序，揭示出结构应力和塑性变形集中的部位，从而判断结构的屈服机制、薄弱环节及可能的破坏形式，这是一种相对完善和精确的计算方法。对于超限高层和复杂高层还应采用两种以上的力学模型进行比较分析。

4、结合目前实际的设计方法由于采用基于性能化的抗震分析设计较为复杂，针对所有项目进行全楼性能化设计目前还很难做到，所以根据不同项目的实际情况确定其设计方法。对于重要建筑、超限高层、复杂高层或一些采用新技术、新材料的项目，除采用常规计算分析外，对薄弱层、加强层、重要构件设定性能水准，补充分析，强调这些部位在大震作用下的承载能力和延性，不至于由于关键构件的失效而导致整个结构的破坏。而对于其他次要构件构件满足“三水准”的要求即可。这样，既满足结构抗震的整体安全性，又相对简化设计的操作性，也相对复合结构的经济性。

5、总结

高层建筑结构抗震设计是关系到人民生命财产安全的重要事情。设计时，科学的选择结构方案，设定合理的性能水准，并进行充分的计算分析论证，以保证结构的安全、合理、经济，并能完美的实现建筑功能和建筑师要表达的思想，是结构设计的最终目标。参考文献：

[1]傅学怡.实用高层建筑结构设计 .

[2]高立人,方鄂华,钱稼茹.高层建筑结构概念设计.