不規(guī)則高層建筑的抗震設計分析

摘 要：現代建筑工程建設中，為獲得更佳的外觀效果，各種不規(guī)則的設計越來越多，根據相關理論與實踐分析可知，此類建筑在抗震方面存在一定的特殊性，做好相關抗震設計工作十分重要。本文首先分析了不規(guī)則建筑的震害情況及其抗震設計要求，其后提出采用基于性能的抗震設計方法，最后圍繞某不規(guī)則高層建筑工程實例展開分析，以期可供參考。

關鍵詞：不規(guī)則;高層建筑;震害;抗震設計;性能目標

1引言

基于我國城市的快速發(fā)展，各種高層建筑物拔地而起，同時基于城市形象要求，對建筑物的美觀度要求越來越高，為了更具特色、時代感、未來感，不少高層建筑呈現為不規(guī)則狀態(tài)。然而，不規(guī)則高層建筑在面對震害時處于弱勢，如何通過科學的抗震設計，提高其抗震性能具有重要意義，本文主要圍繞此展開具體分析。

2 不規(guī)則建筑震害分析

根據相關地震災害調查結果可得，規(guī)則建筑抗震性能相對較好，而一旦出現平面、豎向不規(guī)則的情況，則樓層水平位移、層間位移、薄弱層計算均會出現較大變化，若是處理不當，則將直接影響結構安全。

在建筑工程結構設計中，結構工程師可通過設置抗震縫的方式，將原本不規(guī)則的建筑劃分為多個“規(guī)則”結構，由此切實減少不規(guī)則問題給抗震所帶來的影響，但是此種方法會在一定程度上影響建筑物的立面造型，在一定程度上將會增加工程造價。同時，一旦出現地震，抗震縫兩側單體存在碰撞的可能性，由此導致新的風險問題的產生。

基于此，在進行不規(guī)則建筑抗震設計時，應開展整體分析工作，落實結構地震扭轉效應分析;明確結構構件受力特征，除滿足強度要求外，還需具有較好的剛度、延性變形能力，合理選用加強構造措施，確保結構性能達到預期目標。綜上，不規(guī)則建筑的建設中，合理的結構抗震分析計算十分關鍵，是保證建筑物安全可靠運營的基礎，下文主要提出采用基于性能的抗震設計方法，確保不規(guī)則建筑結構整體與相關構件均可達到相應的抗震性能目標。

3 不規(guī)則高層建筑基于性能的抗震設計方法分析

基于性能的抗震設計方法是目前結構抗震領域的一個重要發(fā)展方向，其可較好適應不規(guī)則高層建筑結構設計特點與要求，其設計過程包括：性能目標選用、方案選擇、評審論證，具體如下圖1所示。

3.1 性能目標：指的是在不同的設計地震作用下，期望建筑物可以達到的性能水平，如：多遇地震、設防烈度地震、罕遇地震等，具體可查閱《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（以下稱“高規(guī)”）。

3.2 設計方法：一是能力譜法：多數情況下通過彈塑性方法即可計算獲得結構抗震性能，評估結構整體、構件抵御地震水平作用的能力;結合地震反應譜，可建立地震需求譜曲線，獲得結構目標位移與構件的性能要求，判斷結構整體或構件是否達到抗震設防要求。二是位移影響系數法：此方法主要是采用調整系數法確定結構最大目標位移。

4 實例分析

4.1 工程概況

本文僅以某高層酒店工程項目為例展開分析，此建筑共計23層，地下1層，地上5層為大底盤，6～23層為塔樓。結構高80m、大底盤高21.65m，采用框支-剪力墻結構、梁式轉換層，屬于不規(guī)則高層建筑，抗震設防烈度7度，抗震設計要求高、難度大。

4.2 建筑不規(guī)則情況

采用SATWE、ETABS對建筑整體參數進行計算分析，并查閱相關規(guī)范可得，結構不規(guī)則項如下：

4.2.1 一般不規(guī)則項：扭轉不規(guī)則、樓板不連續(xù)、豎向抗側力構件不連續(xù)、樓層承載力突變;

4.2.2 特別不規(guī)則項：特別不規(guī)則。

經綜合分析判斷，本項目建筑為特別不規(guī)則結構。

4.3 抗震性能分析

本項目參考相關規(guī)范，初步擬定不同構件抗震性能，多遇地震均為彈性，其余見表1。

4.4 抗震性能設計

本項目分別對小震、中震作用展開計算，確定各構件配筋，最后開展大震動力彈塑性分析，對整體與構件性能目標進行復核。

4.4.1 小震作用下，按規(guī)范與“安評”的地震動參數進行計算，取兩者所得結構底部剪力更大的樓層水平地震力開展結構驗算;對結構實施彈性時程補充分析。

4.4.2 中震作用下，按中震彈性、中震不屈服兩種模式進行計算，發(fā)現薄弱部位后及時調整結構布置;

4.4.3 輸出構件配筋;

4.4.4 大震作用下，采用ABAQUS 軟件進行大震彈塑性時程分析，評估整體、構件性能是否滿足擬定目標，對薄弱部位及時調整。本項目通過計算分析發(fā)現，原結構設計的剪力墻不滿足抗震性能目標，經綜合分析后采取以下調整措施：（1）對部分剪力墻中部開洞，構成連梁耗能機制;（2）適當補強其它部位豎向構件;（3）增強外圍構件剛度，形成剪力墻強連梁。經調整后再次計算分析顯示，剪力墻滿足擬定性能目標。

5 結語

綜上所述，在建筑工程抗震設計中，不規(guī)則建筑具有一定的特殊性，同時抗震設計的要求也較高、難度較大，基于此合理采用基于性能的抗震設計方法具有重要意義，其通過確定合理的性能目標，并采用彈性時程分析、關鍵構件性能分析、彈塑性時程分析等方法，對不同設計地震作用下的建筑結構整體與構件的性能進行計算分析與判斷，由此合理提出相關調整建議，確保抗震設計方案科學合理，滿足實際要求。

參考文獻：

[1]楊曉強.某復雜傾斜高層建筑抗震設計的關鍵問題研究[D].浙江大學，2016.

[2]伍云天，姜凱旋，楊永斌，等.中美超限高層建筑性能化抗震設計方法對比分析[J].建筑結構學報，2015，36（2）：19-26.

[3]管民生[1，2]，蔡威[1]，etal.某超限高層結構基于性能的抗震設計[J].工程抗震與加固改造，2016，38（4）：21-28.

[4]章傳勝，ZhangChuansheng.南京明發(fā)新城金融大廈超限高層結構設計[J].建筑科學，2015，31（3）：116-121.

[5]劉建明.某框架-核心筒超限高層結構抗震分析及設計[J].建筑科學，2015，31（1）：122-125.

作者簡介：馮鵬（1989-12）男?漢族?碩士研究生?湖南岳陽人?工程師?主要從事：結構設計工作。