李尉榕
广东海外建筑设计院有限公司 广东广州 510075
摘要：随着建筑市场的蓬勃发展，高层建筑项目逐渐增加，而高层建筑的抗震工作作为建筑设计和施工的重点，如何做好在高层建筑的抗震设计不仅关乎着高层建筑的寿命，还关乎着人们的生命财产安全。随着社会经济的发展，很多新型的结构、新的技术不断出现，设计人员要不断利用这些新结构和新技术进行抗震结构设计，从而为人们的生命财产安全做好保障。本文以某市高转换的超限高层建筑为例，针对不同的组件，基于性能的抗震设计方法，设置不同的预期性能目标，并使用各种抗震加强措施，使结构具有良好的抗震性能和延性，实现设计设置性能目标。
关键词：建筑；结构设计；高层；抗震
由于我国处于地震多发区，频繁发生的地震灾害，给人们的生命和财产安全造成了极大的损失，因此，对高层建筑结构进行抗震设计是非常重要的。对常规抗震设计的一个重要补充和发展，就是在超限高层建筑的抗震设计中引入基于性能的抗震设计理念。通过对这一概念在设计工作中的应用，能够较好的实现超限高层抗震设计从宏观定性到具体量化的过渡，从而使超限高层建筑的抗震设计工作目的更明确、可操作性更强，从而提高设计的可靠性。
1、相关工程概况
XX工程位于城市市中心城区，总建筑面积约115000m2。地上部分由商住楼、公寓式酒店和商业裙房组成，地下为2层地下车库。商住楼高约99m，公寓式酒店高约99. 5m，商业裙房高约36.5m地上两个主楼通过抗震缝与商业裙房脱开。
本工程建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，结构重要性系数γo=1.0。抗震设防类别：公寓式酒店、商住楼为丙类，商业裙房为乙类；抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g；设计地震第一组；场地类别Ⅲ类；场地特征周期：0.45s。
2、主体结构设计
2.1结构选型
以下主要针对1号商住楼结构单元进行分析。1号商住楼高99.15m，6层以上为剪力墙结构的住宅，6层以下为商业，采用部分框支剪力墙结构，转换层设在6层（标高32.300m）。
2.2结构抗震设计的预期性能目标
1号商住楼因存在高位转换、扭转不规则、凹凸不规则，属抗震设防超限高层建筑，设计时采取了基于性能的抗震设计和比现行规范要求更为严格的抗震措施。工程抗震设计的预期性能目标如下：在多遇地震下，整个结构的主要结构构件及其连接部位均应保持弹性状态，满足结构性能水准1的要求；在设防地震烈度下，整体结构进入弹塑性状态，满足结构性能水准3的要求；罕遇地震下结构承载力不下降，满足结构性能水准4的要求；结构抗震设防上要达到性能目标C的要求。各构2.3结构抗震设计加强措施
2.3.1设计时采用了两个不同的力学模型的空间分析程序进行结构计算，并采用时程分析进行补充计算。根据“三水准抗震设防，两阶段抗震设计”的抗震设计思想，采用弹塑性分析软件EPDA&PUSH进行“第二阶段”的抗震设计，即对结构进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算，并找出结构的薄弱部位。
2.3.2对特殊部位、特殊构件设定抗震性能及抗震措施。
表2特殊部位、特殊构件抗震性能及抗震措施表
3、结构整体分析计算
3.1本工程整体弹性分析
采用中国建筑科学研究院PKPM工程部编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件（SAT-WE）》和《复杂多、高层建筑结构分析与设计软件（PMSAP）》两个不同的力学模型的空间分析程序进行结构计算。从两个软件计算的主要结果看，弹性分析结果基本一致，主要控制指标都比较接近，满足规范要求，结构转换层上、下部等效侧向刚度比和结构稳定性验算均符合规范要求。
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3.2弹性动力时程分析
为校核振型分解反应谱法的计算结果，采用SATWE对结构进行弹性动力时程分析，按建筑场地类别和设计地震分组，选取3条地震波，其中2条天然波（TH1TG045，TH3TG045），1条人工波（RH1TG045）。通过弹性时程分析法计算，可以看出本结构整体性较好，平均位移角小于1/1000，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，多条曲线计算所得的结构底部剪力平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%，各条曲线反应值与CQC值比较接近，地震波选取合理，其他各项指标也均能满足规范要求。通过以上结构弹性分析，在多遇地震下整个结构保持弹性，结构位移均控制在规范要求的范围之内，结构满足第1性能水准要求。
3.3设防烈度作用下结构弹塑性分析
水平地震影响系数取αmax=0.12，框架和剪力墙的抗震等级均取四级。在SATWE程序中，按中震不屈服（弹性）对转换梁进行截面承载力计算。经以上结构弹塑性分析，在设防烈度地震作用下整体结构进入弹塑性状态，结构位移均控制在规范要求范围之内，结构满足第3性能水准要求。
3.4罕遇地震作用下结构弹塑性分析
3.4.1关键构件截面验算。根据性能目标设计，大震下结构需满足性能水准4要求。水平地震影响系数取αmax=0.28，框架和剪力墙的抗震等级均取四级，在SATWE程序中，按大震不屈服对转换梁进行截面承载力计算，计算结果表明转换梁截面承载力满足要求。
3.4.2静力推覆分析。采用EPDA&PUSH软件，对该结构作静力推覆分析，结果表明X向需求层间位移角为1/338，Y向需求层间位移角为1/414，均小于《抗震规范》第5.5.5条规定的1/100的限值。推覆过程中，在性能位移点，连梁大量开裂，部分框架梁（非转换梁）出现塑性铰；在7层～8层及顶部2层发现少量剪力墙出现塑性区，但未屈服破坏；转换层以下框支框架及落地剪力墙仅出现较多裂缝，但构件未屈服；结构满足第4性能水准要求。
4、框支层墙体布置环节的优化
4.1高层建筑的抗震结构的优化，离不开对框支层模式的应用，这有利于提升高层建筑的整体抗震性能。受到外界因素及其结构内部因素的影响，框支层如果缺乏必要的抗震墙，是难以实现其刚度的有效控制，就容易出现较低的抗震力情况，这样就实现地震力的框支层的过分集中。这种过分集中的后果，会导致框支层的破坏，从而破坏了整个结构的抗震能力。在框支层当中，落地的剪力墙具有十分重要的作用，地震过程当中产生的水平方向的地震力主要由剪力墙来承担。为了保证落地剪力墙具有足够的刚度来承受水平地震力，应该保证其相应的间距不应该超过24m。通过保证落地剪力墙的密度来保证其抵抗水平地震剪力的能力。
4.2在高层建筑建设过程中，要进行相关落地墙的设计形状的控制，实现其抗侧刚度及其抗扭刚度的控制，从而满足现实工作的需要。这需要进行相关建设行为的规范，以满足实际施工的需要，比如截面尺寸应用环节、剪压比环节及其墙体厚度环节的控制，促进其整体应用环节的协调，无论是剪力墙的跨高比还是相关的比例模式，都要保证满足现实建设的需要，实现其剪切变形模式的有效控制。故对剪压比的要求应更严格一些。实验表明：剪压比超过一定值时，将过早出现斜向裂缝，增加水平筋和箍筋的方法没有作用，在箍筋水平筋未屈服前混凝土即已在剪压的共同作用下破碎。合理的方法是：加大混凝土强度等级，加厚墙梁或加长墙的长度，但不宜加高粱的高度。在计算墙肢的剪跨比时弯矩和剪力均取地震作用下的效应组合的计算值，当楼层上下端计算弯矩不同时，取较大值。
4.3在框架至剪力墙结构的优化过程中，要进行底部加强区的有效控制，实现剪力墙结构与各个建筑的应用环节的有效协调，确保其暗梁应用环节等的有效应用，实现与此相关结构自身长度的有效控制，以满足现实工作的需要。其他结构的一、二级底部加强区不小于200mm且不小于层高的1/16。新规范对二级剪力墙的厚度要求比原规范严格；增加了四级抗震等级下剪力墙的厚度和一、二级抗震墙底部加强区的墙厚的要求。
5、结束语
本超限高层建筑工程在设计中采取了基于性能的抗震设计方法和构造加强措施。经以上结构弹性和弹塑性分析，结构各构件在多遇地震作用下处于弹性工作状态，结构变形满足有关规范的要求，整体结构处于弹性状态；在设防烈度作用下整体结构进入弹塑性状态，结构位移均控制在规范要求范围之内；在罕遇地震作用下结构位移满足规范要求，关键构件均未出现屈服，结构承载力未下降，本工程结构整体性能满足抗震性能目标C的要求，达到了设计的预期性能目标和规范要求。
参考文献：
[1]GB50011―2010建筑抗震设计规范[S]
[2]JGJ3―2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]
[3]徐培福，傅学怡，王翠坤.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005
[4]李国胜.简明高层钢筋混凝土结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2011
[5]李美玲，吴启永，姜春萍.平面不规则高层结构抗震性能的优化设计[J].山西建筑，2012（06）
论文作者:李尉榕
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/28
标签：结构论文; 性能论文; 塑性论文; 高层建筑论文; 弹性论文; 剪力墙论文; 位移论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;