超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究

唐先胜

（江西省建筑设计研究总院）

超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究

唐先胜

（江西省建筑设计研究总院）

基于性能的抗震设计理念最早兴起于美国，是建筑抗震设计发展的一个重要方向，这一理念使得抗震设计由宏观定性目标逐步转变为量化的多重目标，在抗震设计过程中也更加重视对性能目标的分析与实施。相关工程研究人员表示，对于我国超限高层建筑结构，采用基于性能抗震设计方法更为合适。基于此，本文从设计要求、设计目标、设计重点、设计方法这几个方面就超限高层建筑结构基于性能的抗震设计展开深入研究。

超限高层建筑结构；基于性能；抗震设计

0.引言

在城市化进程不断深入的影响下，我国建筑行业得到了蓬勃发展，越来越多的超限高层建筑投入建设与使用当中。由于人们的生命财产安全与建筑工程的安全性能密不可分，因而基于性能的设计方法在建筑工程行业得到了广泛关注。在超限高层建筑的建设过程中，通过采用基于性能的抗震设计方法，可极大程度上提高建筑物抗震的可能性，在有效避免地震灾害的同时，促进我国高层建筑的长远发展。

1.超限高层建筑基于性能抗震设计的要求

为确保建筑的安全可靠性，我国针对超限高层建筑基于性能的抗震设计提出了以下几点要求：其一，如果超限高层建筑的抗震墙体结构主要由钢筋混凝土组成，修建的建筑高度就不可以超出国家颁布并实施的《抗规》中的规定要求[1]。只有超限高层建筑结合应用了钢筋混凝土结构与筒体结构，同时确保结构抗震的强度达到九级或以上，建筑才能达到《抗规》、《高规》等文件中规定的最高修建高度；在实际建设过程中，如果抗震设防烈度为 8度，那么超限高层建筑只能修建至规定高度的30%；如果抗震设防烈度仅为6至7度，那么只能修建至规定最高范围的20%。其二，为确保超限高层建筑的抗震性能，就必须使建筑物自身高度、高宽比，以及体型规则性中的一项数值充分达到《抗规》、《高规》中规定的要求。其三，超限高层建筑在抗震设计过程中，采取的措施需严于文件规定的要求。

2.超限高层建筑基于性能抗震设计的目标

现阶段，我国建筑工程一般利用两个不同阶段的规范来开展基于性能的抗震设计，从而确保超限高层建筑实现小震不坏、中震可修、大震不倒的建设目标。

2.1 三水准目标

三水准目标为超限高层建筑基于性能设计应充分达到的标准[2]。其中，小震不坏是指在遇到级别不高的地震后，建筑房屋的各个部位未出现裂缝，也没有受到任何损害，无需采取修复处理等措施，房屋便可继续良好使用；中震可修指的是在遭受到具备一定破坏性质的地震，也即实际震级与设防震级大致相当时，建筑物尽管受到了一定程度的破坏，但采取相应的修复处理措施后，依旧能够正常使用；大震不倒则指的是在遭受强度非常大的地震时，建筑工程尽管受到破坏，但不会发生倒塌，导致大量人员伤亡的现象。

2.2 两个不同阶段的设计方法

在利用两个不同阶段的规范来开展超限高层建筑基于性能的抗震设计过程中，第一阶段指的是发生小震时建筑弹性的计算，在计算范围内纳入房屋荷载效应及地震效应，并以承载力抗震为依据对系数进行调整，设计出构件的截面，以便建筑物的承载力能达到小震时产生的强度；同时，严格控制小震时弹性层间出现的位移角。第二阶段，以分析并计算出来的结果为依据，采取相应的结构材料与抗震措施，充分确保超限高层建筑结构的变形、延性及能源消耗等方面的能力，以便发生中震时，建筑能有效满足其形变要求。

3.超限高层建筑基于性能抗震设计的重点

3.1 确保建筑结构规则性

工程人员在设计高层建筑时，基于性能考虑，应充分满足建筑的实际需求，科学、合理规划建筑工程平面以及相关功能，并以当地地理条件及业主实际要求为依据来开展优化工作，尤其对于超限高层建筑，必须充分确保建筑的扭转刚度符合规定的可靠性要求，同时，尽最大努力避免因结构扭转而对建筑物的安全性及抗震性造成不良影响。尤其要注意的是，建筑结构必须就具备高度的均匀性与对称性，合理布置各个剪力墙，以免由于薄弱环节的存在，使得地震发生时导致建筑物出现裂缝、损坏，甚至是倒塌的严重后果。由于超限高层建筑的楼层很高，一旦出现房屋倒塌现象，就会对人们生命及财产安全造成严重危害，因此，工程设计人员应高度重视超限高层建筑在地震过程中出现的各种反映，并展开深入分析，避免在应力出现巨大变化时，破坏到建筑的内部结构，从而将地震应力产生的不良影响降至最低。

3.2 对层间位移进行严格控制

在开展超限高层建筑基于性能的抗震设计时，除了合理规划建筑平面外，还应对建筑结构使用的材料、结构体系、高宽比、侧向荷载、位移控制等问题展开全面考虑与分析[3]。其中，严格控制钢筋混凝土结构位移尤为重要，工程人员通过以具体地理位置为依据开展抗震设计，可有效确保建筑的安全性及稳定性，使其投入正常使用。

4.实施超限高层建筑抗震性能设计的方法

针对超限高层建筑基于性能的抗震设计，我们通常从减少地震作用力的输入以及加强建筑抗震能力两方面着手，具体方法如下。

4.1 加强超限高层建筑的基础设计

考虑到建筑基础为建筑质量的根本保证，因而加强超限高层建筑的基础设计为抗震设计一项至关重要的环节。工程人员在开展建筑设计工作时，针对同一结构的单元，需选择性质与之相同的地基，并且尽量确保结构形式相同。

4.2 充分减少地震作用力的输入

在抗震设计时，应当与位移结构抗震法相结合，通过分析来制定出科学、具体的减震设计方案，确保超限高层建筑结构的形变能力达到地震发生时的形变要求。工程人员除了要验算建筑结构承载力，还需对大震发生时建筑层间的位移延性以及位移角的限值比进行严格控制，明确构件的构造需求及其变形值等。

4.3 对建筑的刚度进行严格控制

在结构计算表格中，超限高层建筑的刚度通常表现出周期性的规律，进而对主体结构的位移变化产生影响。因此，建筑工程人员在设计过程中，可通过对有关刚度参数进行调整，从而达到调整建筑物结构刚度的目的。例如，通过对建筑截面的尺寸、混凝土强度、剪力墙结构开洞大小、梁钢度放大系数等参数进行调整，在实现建筑刚度调整的基础上，达到有效抗震的目的。

5.结语

综上所述，作为人们居住、工作的重要场所，建筑住宅的工程质量与人们的生命财产安全有着直接联系。如果建筑结构不具备强有力的抗震性能，那么一旦发生地震灾害，就极有可能导致严重的经济损失及人员伤亡情况。在此种情况下，建筑工程人员纷纷对基于性能的抗震设计报以了高度重视，并展开大量研究，为我国的建筑事业的长远发展提供充分保障。

[1]季静,黄超.基于性能的设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用研究[J].世界地震工程,2013,23(01)：99-102.

[2]唐军,杜培龙,张猛.基于性能的抗震设计方法在超限高层建筑中的应用[J].河南科学,2012,27(02)：214-216.

[3]李赫男.超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究[J].黑龙江科技信息,2013,10(24)：188.

TU7

B

1007-6344（2015）08-0109-01