超限高層基于性能的抗震設計探究

1 超限高層建筑結構的抗震性能指標

1.1 結構的抗震性能標準

為了考慮到超限高層建筑結構在遭受不同地震后整體的破壞情況，以及薄弱結構和重要結構地震后修復情況，基于性能的抗震設計性能水準可以分為以下六個不同的水準，如表1所示:

表1 超限高層建筑抗震設計性能水準

1.2 性能目標的組成和選用

為了保證抗震設計的性能指標能夠在不等的地震作用下達到預期的水準，結合超限高層建筑的結構特點、場地條件以及房屋不規則程度等，初步選定五個性能Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ目標，其選定方案如表2所示:

表2 超限高層建筑抗震設計性能目標選定方案

其中每個不同的性能目標的內容分別為:(1)性能目標Ⅰ:在小震、中震的影響下能夠滿足性能水準1A的要求，在大震的影響下，能夠滿足水準1B的要求，地震之后建筑結構整體性完好。通常不需要對建筑物的總體高度和不規則性做專門要求。(2)性能目標Ⅱ:在小震作用下滿足性能水準1A，在中震作用下滿足性能水準1B，在大震作用下滿足性能水準2，建筑結構整體基本完好，同樣不用專門限制建筑物的高度和不規則度。(3)性能目標Ⅲ:小震作用下滿足性能水準1A，中震作用下滿足性能水準2，大震作用下滿足性能水準3，地震中部分建筑結構構件發生損壞，對于建筑物高度不作要求，重要結構的不規則度可以比現行標準適當放寬一些。(4)性能目標Ⅳ:小震作用下滿足性能水準1A，中震作用下滿足性能水準3，大震作用下滿足性能水準4，地震中建筑結構遭到中等程度破壞，對建筑物的高度和不規則度比現行B標準可以適當放寬。(5)性能目標Ⅴ:小震作用下滿足性能水準1A，中震作用下滿足性能水準4，大震作用下滿足性能水準5，地震中建筑結構損壞較嚴重，但是不會發生坍塌，不危及人們的人身安全，對建筑物的高度和不規則度有一定的限制。

2 實施抗震性能設計的方法

2.1 性能水準的判別準則

本文對超限高層抗震設計性能水準的判別準則主要采用的建筑結構的各個構件的狀態，具體的判別準則如表3所示:

表3 超限高層建筑抗震設計性能水準判別準則

2.2 結構抗震計算和試驗的要求

在選定性能目標以及判定準則之后，需要進行詳細的抗震設計，相關抗震計算和試驗結果應符合一定的要求:

(1)結構模型方面。結構模型的選擇合理與否直接影響到非線性計算和彈性計算的準確性，因此必須保證整體結構模型以及相關節點、構件計算的準確性。對于剪力墻結構，要注意非線性計算時參數的選取;對于水平旋轉構件，應該合理區分轉換梁、框支梁相鄰層的高度和數量;對于活動支座結構，應該在大震作用下進行整體計算，并考慮支座兩側結構之間的相互作用;對于消能減震的構件，要注意節點、構件以及相關模擬計算參數對整體結構的影響，準確確定構件和整體結構的有效阻尼比。不同類型構件至少需要采用兩種不同的模型計算方法進行分析比對，要保證計算結果的可靠性。

(2)電算結果的分析確認。首先是應該嚴格控制最小地震作用的影響，當計算得出的總地震剪力小于有關規定值時，表明建筑結構的剛度不夠，此時需要對地震作用調整系數和周期折減系數進行調整，主要考慮到地面運動的位移作用，當總地震剪力小于規定值較多時，應考慮增加構建的剛度。其次是應該慎重對待通過次梁轉換得到的不落地構件的計算結果。在進行不落地豎向抗側力構件時應該需要有明確的計算簡圖以及主梁、次梁之間有效的轉換傳遞圖。最后是在進行斜向地震計算時，應該加入地震扭轉效應的計算，在雙向水平地震作用下則可以不用考慮扭轉效應的影響。

(3)時程分析的應用。時程分析是對超限高層抗震設計的重要補充計算，計算的關鍵點是選擇準確的地震加速度波形，通常可以采用平均值加一倍方差的方法對時程計算的結果進行比對，增加結果的可信度。在比較計算結果時不僅要比較各層之間的地震作用力、剪切力以及位移的大小，還應該分析各相鄰層之間的形變程度，準確找出結構的薄弱部位。

(4)薄弱層變形分析。進行薄弱變形分析的計算方法主要有彈塑性時程分析法和靜力彈塑性分析法兩種。靜力彈塑性分析法主要是對大震作用下對薄弱構建的彈塑性形變進行分析，計算時首先要建立構件荷載、位移曲線，然后評估結構的整體抗震能力，此法可以很好地估算整體結構以及薄弱環節的彈塑性變形。

(5)結構抗震試驗要求。模型試驗是抗震設計的重要依據，通過對不同類型構件采取相應的模型試驗，能夠增加抗震設計的可信度，驗證抗震設計的可行性，不論是振動臺試驗還是擬靜力試驗均需符合我國《建筑抗震試驗方法規程》，其中節點模型比例不宜于1/4，構件模型比例不小于1/10，整體結構模型比例不小于1/25。

3 結束語

超限高層建筑的抗震設計直接關系到建筑的使用安全性，關乎到人們的人身安全，采用基于性能要求的抗震設計能夠很好的保證超限高層建筑的抗震性能，提高建筑的安全性，降低抗震安全隱患，因此必須加大基于性能的建筑結構抗震設計，積極解決仍然存在的一些問題，對于抗震設計的發展有著重要的研究意義。