分析性能的設計方法在超限高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的應用

陳鈺婷

（貴州省建筑設計研究院有限責任公司 貴州貴陽 550001）

當前，我國在建筑行業(yè)的發(fā)展過程當中，針對一些超高層建筑施工而言，具有施工周期比較長、施工工藝復雜等特點，并且還存在一定的風險性。高層建筑設計施工中一項非常關(guān)鍵的工作就是對建筑結(jié)構(gòu)的設計，高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對高層建筑的安全來講至關(guān)重要，尤其是在我國一些處于地震災害頻發(fā)的地區(qū)當中，對高層建筑的結(jié)構(gòu)設計必須要將整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定放在首要考慮的位置上。在結(jié)構(gòu)設計方面需要保證建筑結(jié)構(gòu)強度設計以及薄弱層數(shù)據(jù)分析，同時在不斷提升建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的等級上，必須要采用非常嚴格的構(gòu)造設計方式；另外一個方面對高層建筑結(jié)構(gòu)設計安全等級方面，需要做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的結(jié)構(gòu)安全等級，充分避免高層建筑在遇到地震災害的時候，對人們生命財產(chǎn)安全以及社會經(jīng)濟形成重大威脅和影響。本文就以貴州省某處高層建筑施工為例，通過性能的設計方法，保證了建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。

1 工程概況

該高層建筑位于我國貴州省某城市中的一棟高層商用建筑，總占地面積達到了11056m2，整體建筑面達到了1385604m2。該高層地下五層到地上三層用來作為停車場、商場以及商用會所等，所采用的是框架剪力墻結(jié)構(gòu)；第四層是樓層的轉(zhuǎn)換層；第五層到第二十層都是民用住宅，采用的也是剪力墻結(jié)構(gòu)，為了最大程度上發(fā)揮該區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)良穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)設計過程當中需要盡可能將其中的住宅更多設置在轉(zhuǎn)換層方向上，同時在剪力墻上設置為45°的傾斜角交替設計，其中標準層與轉(zhuǎn)換層在整個結(jié)構(gòu)平面上的設計方式不是非常規(guī)則，同時在轉(zhuǎn)換層的設置上為主次梁轉(zhuǎn)換，同時，在數(shù)值方向上的不規(guī)則和凹凸情況，使得整體的建筑樓體的豎直方向上的質(zhì)量不均等，其中存在一定的超限問題的存在，使得該高層建筑成為了一個設計相對比較復雜樣本，其中主要的構(gòu)建信息如表1所示。

表1 高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)據(jù)信息

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設計的性能目標

2.1 性能目標

依照該工程設計當中，建筑施工的特點以及重要程度的不同，結(jié)合住戶的相關(guān)設計要求，對以往高層建筑成功施工設計方法和相關(guān)文獻進行了參考，針對性提出了在不同等級地震災害的影響，所產(chǎn)生的各個方面性能性指標，以此來作為建筑工程施工中的設計目標，如表2所示。

通過對在不同地震程度下的建筑結(jié)構(gòu)施工的安全性分析，其中出了一些普通樓板以及主次梁結(jié)構(gòu)之后，其中所有的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的剪應力，可以依照不同的性能類型，以表2當中所給出的調(diào)查數(shù)據(jù)作為參考目標，在一定的荷載應力的相互作用下，來進行詳細的設計和分析，在充分考慮到了在規(guī)定范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)類型以及構(gòu)件內(nèi)部的條件影響，在建筑設計工作當中需要有效的調(diào)整內(nèi)部的參數(shù)和系數(shù)，通過對施工過程當中相關(guān)的材料標準數(shù)值進行分析之后，對施工所使用的材料本身承載力的計算數(shù)值，可以作為地震作用當中的分項系數(shù)。

表2 建筑工程不同水平地震作用下的預期性能指標

2.2 地震作用下高層建筑抗震性能分析

在該項高層建筑工程中，通過工程抗震程度設計，在基礎地震加速值上為0.1，將地震分組設計為第一組，同時在建筑場地的分類方面作為第二組。依照不同階段的地震性能的分析，選用的不同阻尼比與分析方法，對建筑體的結(jié)構(gòu)抗震能力進行了分析和對比。在對于地震作用下的結(jié)構(gòu)抗震設計分析過程中，選用的是我國建筑科學研究院選擇的PKPM系列和美國CSI公司生產(chǎn)的ETABS860中文版本來進行準確的計算，在遇到一些多地震災害的相互作用的時候，使用周期數(shù)×0.95系數(shù)之后，對結(jié)構(gòu)剛性構(gòu)件度產(chǎn)生的影響就可以直接的通過數(shù)據(jù)方式表現(xiàn)出來。

2.3 罕見地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)分析

在該高層建筑結(jié)構(gòu)設計工作當中，通過非線性分析方式，可以具體的分為彈性動力與非彈性動力兩種不同方式，在靜態(tài)推力的作用下，可以實現(xiàn)對周期性演變程度比較高的參數(shù)數(shù)據(jù)進行設置，由于該建筑中基礎周期長達5s的自由程度較高的柔性化體系，在彈塑性經(jīng)理的影響向，只適用在周期比較短，通常是小于2s或者是震動頻率比較高的狀態(tài)下的時候，才可以運用這種結(jié)構(gòu)設計方面，但是這種方式在該工程結(jié)構(gòu)設計上是不適用的。依照美國相關(guān)標準，針對高層建筑中的彈性性能的分析過程當中規(guī)定了，針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力、形變以及建筑位移之間，在選用小于7條以下的地震波實施地震動力分析的過程中，可以采用其中每一條地震波來進行分析，并且對其中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為對高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設計參數(shù)。

3 結(jié)束語

通過本文對性能的設計方法在超限高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的具體運用分析，從中可以總結(jié)出在當前的我國城市化發(fā)展速度不斷提升的過程當中，對高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求程度越來越高，尤其是在一些地震多發(fā)地區(qū)當中，更需要重點關(guān)注這方面的問題，充分保證高層建筑整體穩(wěn)定性，這對保證人們生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟發(fā)展都有著至關(guān)重要的意義。