高層建筑結構抗震性能和抗震設計的相關研究

藍天

廈門紫金工程設計有限公司（361000）

高層建筑結構抗震性能和抗震設計的相關研究

藍天

廈門紫金工程設計有限公司（361000）

為了緩解城市人口與土地面積緊張的局面，各地大規模建設高層建筑。我國位于環太平洋地震帶上，地震活動頻繁。地震發生時對建筑造成侵害，導致建筑倒塌等安全事故。為了確保高層建筑的安全和穩定性，必須重視高層建筑結構抗震設計。本文主要對高層建筑結構基于性能抗震設計與常規抗震設計進行比較，并分析了超限高層建筑結構的抗震性能目標，希望能提高高層建筑抗震性能。

高層建筑；抗震設計；結構設計

0 引言

隨著建筑行業的快速發展，我國建筑逐漸向高層建筑和超高層建筑結構發展。高層建筑的結構復雜，層數比較高，建筑地基承受的荷載比較大。地震發生時，震源對高層建筑結構會產生沖擊力，容易造成建筑梁、柱斷裂，建筑倒塌等現象，嚴重威脅到人民群眾的安全。我國是地震災害比較頻繁的國家，高層建筑抗震設計一直是社會關注的重點，抗震設計的好壞直接關系到高層建筑的質量。因此高層建筑抗震設計的時候要根據高層建筑的實際情況，提高建筑結構抗震性能。

1 超限高層建筑結構基于性能抗震設計與常規抗震設計的比較

1.1 基于性能的抗震設計的概念

概念設計是目前一種比較先進的設計理念，與傳統建筑設計相比，概念設計不需要精準的計算或參考建筑設計規范相關的目錄，而是設計者根據實踐經驗，按照建筑結構體系的力學關系、結構破壞機理，從建筑結構整體進行把握設計。傳統的建筑設計思想無法滿足人們對建筑結構抗震功能的要求,為了提高建筑結構抗震安全性能要求,抗震設計已經發生了較大變化。比如建筑結構以力分析為主并兼顧力與變形，考慮到建筑結構變形、耗能和損失，以及非線性分析和可靠性分析。基于性能的抗震設計是20世紀90年代美國建筑設計師提出來的一個全新的設計理念。它的主要核心是將抗震設計從保護居民生命財產安全為基本目標轉移到不同風險水平地震作用力下滿足人們對建筑的性能要求，通過多層次、多目標的抗震安全設計，保障建筑安全，最終實現經濟效益和投資效益的平衡，滿足人們對建筑的個性需求。

1.2 我國常規抗震設計方法

當前大部分國家的抗震設計規范為 “小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則，我國采用二階段抗震設計方法滿足工業建筑和民用建筑實現以上三個原則的抗震要求，并在這個基礎上根據建筑物抗震重要性分成甲、乙、丙、丁四類建筑物，根據建筑物的類別設置相應的抗震防烈要求。二階段抗震設計方法如下：第一階段是對建筑結構強度進行驗算，也就是小震的地震洞參數，通過彈性模量計算建筑結構的彈性地震作用力,并與建筑物風荷載、雪荷載、水平荷載等進行組合，計算建筑結構截面的抗震承載力，確保建筑結構的強度，并通過合理的平面結構布置，確保建筑結構的抗拉力。第二階段則是驗算建筑結構的彈塑性，也就是對地震作用下很容易倒塌的建筑結構按照大震標準進行設計，處理好建筑結構的薄弱環節，以免地震發生時首先沖擊建筑結構的薄弱環節，影響到整個建筑結構的安全性和穩定性。

1.3 常規抗震設計方法與基于性能抗震設計方法的比較

基于常規抗震設計方法與基于性能抗震設計方法在設防目標、設計實施方法和檢驗方法、實現性能和工程應用方面都有所不同，具體見表1。

通過比較發現，基于性能抗震設計方法是未來建筑抗震設計的發展方向，它適應了社會新技術和新工藝發展需求，能夠滿足建筑業務單位和使用單位對建筑結構安全性、經濟性等相關要求。

2 超限高層建筑結構的抗震性能目標

某酒店塔樓的高度是168.9 m，結構計算高度為176 m，建筑結構為B類鋼筋混凝土高層建筑。建筑場地類別為III類，建筑抗震等級為二級。

2.1 結構的抗震性能水準

按照相關規定，酒店的塔樓高度、平面扭轉不規則等不能超限，所以在第一、二階段抗震設計過程中，必須采取有效的方法滿足建筑工程國家以及地方相關的標準，并將基于性能抗震設計目標概念進行設計。按照《建筑抗震設計規范》給出的抗震性能設計方法以及 《高層建筑混凝土結構技術規范》中的相關規范進行設計，確定該酒店的性能水準為C類，具體控制目標如下：

表1 對比表

表2 某酒店的抗震性能水準

2.2 建筑結構的性能目標

超限高層建筑結構規則性、高度等方面超出了建筑工程規范中的適用限值，使得抗震設計缺乏相應的參考依據。基于性能目標設計方法在設計的時候，需要綜合考慮到建筑場地實際設防裂度、超高限值以及建筑結構不規則等經濟因素，對超高建筑的薄弱環節、主抗側力構件等結構變形能力和抗震承載能力有具體的性能目標。按照建筑工程設計中相關內容，建筑結構關鍵構件由建筑結構工程師根據工程實際情況分析。比如水平轉換構件和支撐豎向構件、大懸挑結構的主要懸挑構件、長短柱在同一樓層的數量相當于在該層各個長短柱等要求。這其實是將過去常規抗震設計中的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計原則進行量化和細化。比如將A級性能目標設計要求建筑結構小震不壞、中震和大震不壞，就是要求建筑結構在中震和大震中依然保持一定的彈性。

3 結語

隨著建筑行業的快速發展，常規的建筑工程抗震設計方法已經無法滿足當下建筑設計的要求，基于建筑結構性能抗震設計理念對抗震結構的目標進行量化，明確抗震目標性能，能夠提高建筑結構抗震性能，必將成為建筑行業的發展趨勢。

[1]石偉亮,李娟.高層建筑結構抗震性能和抗震設計的分析[J].建材與裝飾,2013(26)：109-110.