摘要：本文以建筑的抗震性能为核心，通过具体的工程案例，对于工程建设中超限高层建筑抗震性能的相关设计理念以及设计要求做出了。建筑结构对于高层建筑抗震性能的重要影响，通过后续措施的提出旨在改善设计的现状，只有这样才可以不断推动高层建筑的安全、稳定和规范程度。工程的超限不同，其抗震性能就有差别，根据该工程的超限程度，以实际工程案例为基础，对不同工程结构的抗震性能在不同水平地震作用下进行了探讨，另外又对该工程进行高模型的计算以及利用软件分析等环节，最终使得三个水准的抗震设防目标得以实现。单分析超限高层框架结构的整体性能。通过对该结构进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下弹塑性静力推覆分析，说明在结构体系具有良好的承载和变形能力，跃层柱也能在地震作用下满足规范要求的性能.
关键词：抗震性能；抗震设计；超限高层建筑；弹性分析
一、当前高层建筑结构设计存在的问题
我国部分地区处在地震板块附近，地震现象发生较为频繁。随着社会的不断发展，我国在建筑的抗震结构设计方面取得了很大的进步。目前我国在这方面的技术水平还无法达到国外相关技术的水平，因此我国在高层建筑结构抗震性的设计方面仍待进一步发展。
1.1主体结构高度问题
高度的设计是高层建筑结构设计的核心之一，高层建筑的主体结构高度合理设计对建筑整体的经济性与实效性起到了很大的影响作用，同时还对建筑的质量安全起到了一定的保障作用。但若高层建筑的主体结构设计方面出现问题，就极有可能会产生很大的负面影响。而高层建筑的高度设计问题通常是因为工作人员在进行设计的过程中没有准确理解相关的行业标准和规范，没有对设计的基本需求进行准确清晰的把握，从而导致高度的设计出现不合理的现象，无法使整个建筑体系的最佳效果充分发挥出来。
1.2结构体系问题
通常情况下，高层建筑的设计在结构力学方面也很容易出现一些问题，其问题主要表现在结构形式的不合理选择造成建筑自身结构的受力形态出现问题，从而导致产生相应的问题，严重威胁了高层建筑结构的抗震性。不同的建筑所在区域的地震烈度通常不同，因此，结构形式应该根据相应的规范来进行选择，确保结构形式的科学合理性，否则其设计极有可能会出现某些安全隐患。除此之外，在进行建筑结构设计时，还应充分考虑到荷载动态变化，否则也很可能会导致整体的受力出现问题。
1.3将高层建筑的侧移值作为结构设计的控制指标
很多人认为建筑物就需要始终保持直立，不可以出现任何倾斜或者侧移现象，一旦出现就会导致建筑物面临倒塌的风险，这种说法是不科学的。准确来说，建筑物的设计人员只需要将其侧移控制在一个范围之内就可以保证建筑物的稳定，也就是说建筑物的侧移只要不超过限制范围，就可以保持安全和稳定。即便是高层建筑也是如此，但是相关人员在进行高层建筑的设计工作时，一定要格外注意其侧移的范围和参数。
1.4将高层建筑的水平荷载作为设计的核心
建筑物的荷载存在竖向荷载和水平荷载两种形式，其中的竖向荷载即便建筑物的高度一直在增加也不会发生变化，但是建筑物的水平荷载会随着建筑物高度的增加而发生显著变化，高层建筑的总体高度的二次幂才是水平荷载所产生的倾覆力矩，两者成正比例关系。由此我们可以发现，相关人员需要在处理高层建筑物的荷载问题时，提高对其水平荷载的重视，主要是因为高层建筑是否稳定会受到水平荷载能力的影响和限制。除此之外，随着建筑物高度的增加，所承受的风力也会不断增大，所以建筑物承受风荷载的能力也需要受到重视。
1.5将高层建筑的弹塑性动力分析作为设计的参考依据
如果高层建筑面临地震的情况，那么整个抗震结构会有部分构件先进入一个塑性的状态，所以高层建筑的塑性状态需要相关人员重视，并且需要不断满足地震作用下高层建筑结构方面的功能和要求，工作人员需要对其弹塑性变形能力进行研究和分析。其中分析工作需要依照弹塑性动力分析和弹塑性静力分析，但是我们要充分理解高层建筑结构的弹塑性分析比较困难，需要设计人员进行详细分析，并且即便国外存在比较先进的经验，但在具体的要求和设置上存在不同之处，难以当作可靠的经验。
二、高层建筑结构抗震性能的系统分析
2.1砖混结构建筑物的抗震性能
砖混结构建筑是目前最为普遍的一种建筑形式，主要由砖和混凝土结合而成。在我国目前大部分地区还在使用这种方式来进行建筑的构建，但是在许多一线城市已经不再对该方式进行使用。砖混结构的建筑物抗震性能通常都较差，在地震发生时很容易出现房屋倒塌的情况，从而造成人民群众生命财产的严重损失。因此在建筑施工过程中，应尽可能采用钢结构的形式，减少对砖混结构的使用。
2.2钢结构框架的合理设计
钢结构建筑是近年来建筑行业内逐渐兴起的一种建筑结构。钢材料是一种优良的抗震建筑材料，具有韧性好、强度高的特点，可以通过变形进行能量的释放从而缓冲强大的压力。同时，钢结构建筑具有多样的形式且其施工步骤简单，结构较为灵活，通常情况下施工的工期较短，其可以在复杂的环境下进行建设，但其缺点是成本较高，因此一般的中小型工程不会采用这种建筑形式。
2.3钢结构框架抗震性的提高
钢结构的建筑结构形式目前已经在全球范围内被广泛使用，该建筑方式不仅有灵活的结构、质量较轻而且施工过程较简单。除此之外，由于结构较简单，其空间利用率也较高，各个框架之间可以灵活地进行组合与变换，施工过程主要以结构框架为基础来进行浇筑。总之，钢结构框架结构能使空间利用率得到极大的提升，同时还能让建筑的抗震性能得到绝对的提高。
2.3结构抗震性能目标
依据本工程的超限程度以及业主和其他方面的要求，根据该工程所处的地理位置，总结出该结构在不同水平地震影响下的抗震性能目标，如表1所示。
表1 不同水平地震影响下的抗震性能
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（1）变形控制值。对于变形控制值一般有如下要求：①对于高度在150m以下的落地框支剪力墙的结构来说，要使得该结构中的楼层间最大位移与层高的极限比值达到1/1000。计算也要通过合理的方法，这一过程中要采用在多遇地震标准值作用下的弹性方法来计算。②如果是在罕遇地震作用下，这就要求在弹塑性变形后要对其进行验算，此时要求楼层层间的最大位移与层高之间的极限比值要达到1/120。
（2）要对层上和层下结构的等效侧向刚度比γe1进行适当的转换。具体要求如下：当底部的大空间层数在1层以上时，要使得等效侧向刚度比γe1的值应当接近1。
（3）为了提高工程质量，所以对框支转换的构件配筋也有比较严格的要求，也就是说要对震不屈服以及多遇地震弹性计算的结果进行对比，然后按较大值进行配筋。
（4）落地剪力墙的配筋方式与框支转换结构的配筋也是大同小异，也是同样的方法，然后按较大值进行配筋。
（5）在对框支转换构件的过程中，竖向地震对建筑造成的影响不可忽略。
（6）进行应力分析，重点是对次梁托墙的相关部位。
三、结构整体抗震分析及设计
3.1多遇地震作用下结构的弹性分析以及弹性时程分析
经过软件的计算以后，其计算结果表明，该建筑的有效质量系数以及层间位移角和周期比等都符合设计的要求，而且该工程的剪重比、轴压比以及转换层上、下结构的侧向刚度比、整体稳定性等参数条件都满足设计的要求。对计算结果进行分析，在通过弹性动力时程的分析曲线结果综合分析得出，动力时程的相关反应值指标均比振型分解反应谱法的计算值要小，因此在设计过程中，应当采用振型分解反应谱法下的结构内力对该工程进行设计，这样就可以使得该结构的体系无薄弱层出现。本工程的高度超限，也就是达到了相应的B级，在平面上有一项超限，即位移比在1.2以上，其余的部分不存在超限的问题。①针对扭转不规则的问题：应当采取合理的措施进行规范，这就要求要设计合理的结构布置，此外还要对外圈剪力墙的截面或配筋进行适当的加大。②对于出现竖向不规则的情况，也应当采取合理的措施进行规范，即在合理部位对屈曲约束支撑进行调整，主要是为了提高侧向刚度，还可以增大地震时消耗地震能量的能力。采用延展性比较好的屈曲约束支撑结构，其相应地消耗地震能量的能力也会大大增强。由于屈曲约束支撑的施工方法与普通的钢结构支撑无太大差异，这样就可以使得施工的进度加快，可靠性也大大增加。
3.2罕遇地震下结构弹塑性分析
在对罕遇地震下结构的弹塑性进行分析时，采用的软件是由中国建筑科学研究院提供的EPDA/PUSH软件，利用该软件进行分析时要求整体结构全部采用空间模型，这样可以将该结构的弹塑性能以及屈服机制进行准确的反映。在该分析过程中，对PUSH的加载过程也有一定的要求：在结构竖向力开始作用的条件下，对侧推静力的荷载也要进行适当的调整，直到荷载满足停机控制的条件之后再停止。所有加载过程采用的方法都是非线性的分析方法，也就是利用弧长法来对逐步加载的弹塑性静力进行控制的一种非线性分析方法。而在罕遇地震作用下，结构塑性铰起作用的主要部位就在连梁以及框架梁和屈曲约束支撑，这就说明这些部位的构件是该结构中主要的屈服耗能构件，同时这些构件也能够满足抗震设防的具体要求。对于X，Y向的抗倒塌能力来说，从其相应的需求曲线就可以看出，大部分的层间位移角都可以达到设计规定的变形限值，同样对“大震不倒”的抗震设防标准也得以实现。
表 2- 弹性时程分析结果
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3.3次梁托墙的相关部位及框支层单元分隔墙有限元分析
在该建筑工程中，每个框支层单元分隔墙的墙端南侧的墙顶与框支梁相互连接，因此该墙端的受力情况比较复杂；型号为KZL19的承托二次转换框支梁的受力情况也是比较的复杂，因此对这两处的构件重点进行应力分析。在对该处的构件进行分析时，首先是要利用ANSYS软件并采用分离式的方法对该处建立其有限元的计算模型。在对材料进行选择时用Concret，选用的材料参数应当严格按照GB50010-2010混凝土结构设计规范中的C40材料的常数来进行取值；在对另一处进行分析时，该过程以采用Link8单元的钢筋为主，其中材料的选用与之前的也是有所差异，即利用双线性的等向强化材料模型进行分析，相应的其中材料参数设置也有相应的差异，按照GB50010-2010混凝土结构设计规范要求，但要以其中HRB400的材料常数取值为标准才可以。参数确定以后再经过有限元计算，计算结果显示，墙1也就是墙端南侧的墙顶和KZL19中的钢筋都未屈服，这就表明该工程中的构件强度达到了规定的标准，同时也满足相应的设计要求。
3.4框支转换构件配筋分析
要使得框支转换的构件在小震弹性、中震不被屈服，在考虑竖向地震作用的影响以后，对配筋简图进行比较，经过对比之后得出，框支转换构件要按上述的三种情况分别以较大的配筋结果进行钢筋的配置，这样做的主要目的是为了达到结构性能的设计目标。在该过程中利用SATWE软件进行分析，要对部分设计参数进行调整，即将多遇地震影响系数的最大值设置为0.46；此外，这里所说的考虑竖向地震作用，就是计算的相关内容包括水平和竖向地震。
结语
高层建筑的抗震性能，既要做好施工现场的勘测，以及精准定位抗震计算分析，同时还要做好施工建筑结构的设计。确保站在住户的立场上全方面的分析建筑的抗震性能。除此之外，还要求在结构的整体设计过程中，应该要将概念设计作为一个重要部分突显出来，同时还要在结构体系中设置相对应的多道抗震防线，然后结合设计的规范，针对建筑的薄弱层以及薄弱部位的加强措施和大部分的耗能构件进行合理的布置，这样就可以实现三个水准的抗震设防目标。
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论文作者:陈海帆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/18
标签：结构论文; 高层建筑论文; 荷载论文; 塑性论文; 性能论文; 建筑论文; 构件论文; 《基层建设》2019年第27期论文;