关键词：超高层建筑结构；性能目标；性能水准；弹塑性时程分析
一、结构布置
在保证结构安全的前提下，同时满足建筑功能性、经济性、美观性，是结构设计的基本任务，受力合理、传力路径明确的结构布置是实现结构设计任务的基本保证。在超限高层建筑设计中，由于结构的总指标通常是地震、风等水平力控制，因此抗侧力结构体系的合理设计就尤为重要，合理的结构布置是超高层建筑结构体系分析的关键。
二、结构小震分析要点
首先，跟一般结构一样，必须满足小震下各项规范的指标。跟普通非超限项目结构不一样的是，必须采用两种软件相互核对（国内与国外软件各一种）。两种软件分析的计算结果，主要比较的指标有：结构总质量、结构前三周期的大小和扭转特性、底部剪力、楼层位移、层间位移角及最大位移角出现的楼层等，两种软件分析的结果应基本相同。偏差略大的指标要分析出现偏差的原因，必要时还可再增加一种软件分析。
其次，应补充弹性时程分析。通常超高层结构的弹性时程分析是选5条天然波和2条人工波来计算，所选的地震波，应与结构的前三周期具有相同的频谱特性，主要周期点对应的差异不超过20%。天然波必须根据结构的场地特征周期、基本烈度，选取已发生过的强震记录。天然波可以通过结构计算软件库、互联网以及同行业总结的地震波库等途径，找到合适的波形。人工波可以通过软件的拟合得到。按《建筑抗震设计规范》规定，结构反应谱分析结果与时程分析结果平均值进行包络设计（选7条波时），找到需要放大地震效应的楼层，放大反应谱法的相应楼层的地震效应，指导施工图设计。
三、结构中、大震分析要求
首先，超高层结构中大震分析前，首先需要确定好结构的整体性能目标。一般的超限高层住宅、办公楼的性能目标选为C级。若超高层存在个别转换构件等特别重要的构件时，也常常把这些重要的构件的性能目标定为B级。其次，选定关键构件，比如对剪力墙结构的超高层住宅，因为其破坏形式是典型的剪弯破坏，因此需把底部加强区的剪力墙指定为关键构件，非加强区的剪力墙设为一般构件，连梁设为耗能构件。再次，选择合理的分析方法。中震计算一般选用等效弹性分析法。此时结构已有部分构件进入塑性状态，刚度退化，结构的阻尼比宜取6%，连梁刚度折减系数取为0.3，框架梁不考虑楼板翼缘的刚度放大，水平地震及竖向地震作用，不需考虑与抗震等级有关的增大系数。计算结果出来后，再根据各类构件相应的要求，核对配筋及剪压比。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
大震分析分两步：一是进行行等效弹性分析，阻尼比可取7%，连梁刚度折减取0.3，水平地震及竖向地震作用，不需考虑与抗震等级有关的增大系数。根据计算结果及各类构件的水准要求复核剪压比或配筋。二是进行大震弹塑性时程分析。通常若是框架结构的超高层，一般建筑总高度不高，如需做大震分析时，可选用静力弹塑性分析。但框筒、剪力墙结构的超限项目时，通常需选用动力弹塑性时程分析。首先也是要选择合适的地震波，天然波必须与建设地点有相同的烈度、特征周期满足大0.05S；其次要与结构反应谱法的计算结果在统计意义上相符，多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响曲线相比，在对应于结构的主要振型的周期点上相差不超过20%。比较这些参数，通常也是通过大震反应谱法与大震弹性时程分析结果对比得到。还应注意波的有效持续时间，一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%的那点算起到最后一点到达最大峰值的10%为止不小于5倍结构特征周期，也不应小于15s。选定大震弹塑性分析的地震波后，才正式进行动力弹塑性时程分析。
分析结果主要看三个指标：一是结构的弹塑性层间位移角，满足相关的规范限值；二是在弹塑性层间位移角满足规范的前提下，查找结构的薄弱部位，对结构损伤严重的位置进行加强。三是再进一步复核有无偏拉构件，若有，则需要加大配筋，采用增加钢筋或型钢来承担拉应力。
四、其它一些需要补充分析的内容
一是找出薄弱楼层、薄弱位置的楼板进行加强设计。设定薄弱楼板的性能目标（一般定为C），即小震弹性、中震轻微损坏、大震轻度损坏的目标要求。通过设置弹性楼板，计算出楼板相应状态下的应力，按楼板拉应力全部由钢筋承担设计薄弱楼板。二是看结构有没有质心、刚心偏置的情况，若有质心偏置较为严重的楼层，应加强结构的周边抗扭构造措施，通常这个现象在单塔楼偏置或大底盘多塔楼时存在，此时应加强大底板本身及其上下层的楼板设计，扭转效应明显时应加强周边框架柱纵筋和箍筋，必要时加强边梁尺寸或增加角筒，使大底盘获得较好的抗扭刚度。三是看塔楼本身有无竖向缩进的情况，存在时应加强上下层的楼板及竖向构件，使突变处的结构具有较好的延性，同时应注意单个构件的突变情况。框架筒体结构，底部为钢管混凝土柱，上部为普通混凝土柱时，应设1~2层过渡层，使单柱的抗弯刚度变化控制在合理的范围（一般不超过30%），同样一些剪力墙如果要在上部楼层缩短，应特别注意验算突变处上下层的剪压比，有条件时应设过渡层，使其刚度相对均匀变化，同时加强削弱后的剪力墙配筋。
五、结束语
超限分析结论：一是需对项目的超限情况做相应的总结；二是针对超限情况的计算分析做相应的总结，如小、中、大震分析的软件、分析的方法及分析结果的合理性等；三是根据计算分析结果，针对超限情况的抗震加强措施做相应的总结，从宏观上判定结构的安全性，即结构的抗震性能是能满足预定目标的。超高层建筑是投资较大，安全性要求较高，社会影响较大的建筑，在设计阶段有应充分分析论证，确保其安全性的同时，选择最为合理的结构方案，获得良好的经济效果和正面的社会影响。
论文作者:曹国锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
标签：结构论文; 构件论文; 塑性论文; 楼板论文; 大震论文; 刚度论文; 楼层论文; 《基层建设》2019年第13期论文;