浅析高层建筑结构性能抗震及优化设计

赵文杰 姚治会

摘要： 随着我国经济的快速发展，建筑行业也取得了很大的成就，在经济和社会的不断发展进步中，人们对高层建筑结构有了更高的要求，对建筑在抗震性能方面，也投入了越来越多的目光，在高层建筑中，安全是首要的施工目标，在地震发生的时候，确保人的生命财产安全至关重要，下面就对这方面的内容进行分析。

关键词： 高层建筑结构；性能抗震分析；优化设计

1 性能抗震设计与常规抗震设计的对比分析

1. 1 常规抗震设计和性能设计方面的区别

性能设计提出小震不坏，中震可修，大震不倒的设计宗旨。与常规抗震设计的区别在于，第一，它的设计目标主要针对小地震，中型地震还有大型地震。而且还通过对全国65 个城镇的地震所发生的概率，从而再对地震的强烈程度进行衡量，确保房屋建筑不发生破坏，达到可修，不倒的目标，通过对这些要求的论述可以看出，这些大多数都是针对建筑在宏观性能方面的控制。第二，为了实际施工中的效果有有据可依，最终选用了分两个阶段的简化分析方法，第一个步骤是对结构的构建进行验算，主要是对它的承载力进行计算。对这个计算，具体是选用了在地震比较小的情况下，按照相应的弹性反映理论，通过计算得到在小震作用下的标准值，以及相应的地震作用下的内力以及形变效应。通过可靠的分析，从而得到构件承载力的具体结果。随后将概念设计有关的内力进行调整，从而放大抗震的结构构造，这种措施可以有效满足对第二水准以及第三水准在地震宏观性能方面的控制要求。第二个阶段，就是要对构件结构的弹塑性以及其中的变形进行验算，同时还要对地震在倒塌状况下的结构，或者是有特殊要求的一些建筑结构，一定要对它的薄弱部位进行加固，以此来适应在大震发生时不会倒塌，或者是发生位移的情况，。

1. 2 常规设计和性能设计方法的比较分析

对于常规的抗震设计而言，它的设计目标是小震不坏，中震可修，大震不倒，具体而言就是在小地震的情况下有相关的性能指标，而在大型地震下有一定的位移要求，剩下的就是宏观方面的指标，在建筑的使用功能上，具体的分为了甲乙丙丁四种级别，在这四种级别的建筑当中，对防倒塌的要求不尽相同，其余的基本都是一样的，而针对性能的抗震设计，它是按照使用的功能来划分的，并且在这个领域提出了很多的预期性能目标，其内容不仅涉及了建筑的结构，同时还包括非结构的，还有一些设施的具体指标。而在具体的实施方法上，常规的抗震设计是按照指令性和处方的形式进行规划和设计的，根据不同的建筑结构概念而进行设计，比如小型地震下的弹性设计，在经验方面的内力调整内容，以及对构造的放大处理等，这些都是为了达到预期的宏观设计而落实的具体措施。而针对性能方面的抗震设计，除了满足最基本的要求以外，还要提出一些满足预期具体要求的有利论证来作为依据。这方面的内容主要包括建筑结构的体系，依据比较细致的分析内容，还有对完成抗震指标的具体试验措施等。还要有对这些内容的专业评价等。通过这几个方面的对比分析不难发现，针对于建筑的抗震在性能要求方面的设计方法的提出，成为了当前的发展趋势，而且在目前来看，在对高层建筑的结构设计当中，其可行性是非常好的。如果想要在所有的建筑结构中进行推广，还需要对其进行更深一步的探讨，还有相关设计人员自己的理解与掌握。

2 高层结构的抗震性能水准

在地震水准不同的情况下，对高层的建筑结构在性能水准，还有性能目标方面的要求也不同，具体而言，它的抗震结构性能可以分为下面几个标准。第一，高层结构在发生地震之后，最好是完好无损伤，同时在一般的情况下，是不需要进行修理就可以继续使用的，而且建筑还要可以进行正常的安全出入以及使用。第二，如果地震发生后，其结构发生了非常明显的损坏，而且大多数的构件都发生了中等的损坏，从而进入屈服状态，在有比較明显的裂缝下，大部分的构件都有很严重的损坏程度，但是其整体的结构并不会发生倒塌，同时也没有局部倒塌的情况，建筑中的人员会有一定程度的伤害，但是对他们的生命安全却没有太大的威胁。

3 结构抗震计算及试验要求

3. 1 建筑结构的模型设计分析

对高层建筑结构，尤其是在性能设计方面的计算要特别严格，不仅要对构件的承载力，还有变形进行计算，还要考虑构件在屈服之后其性能发生的变化。对这些方面的正确计算，对分析建筑的抗震性能，还有结构的实际所受应力情况都能够直观表现出来。但是这些计算都是要在合理的力学模型上来计算，而且结果不能脱离实际，否则没有任何参考价值的，在对结构抗震性能在弹性方面的计算，还有非线性方面的计算中，一定要分析结构的整体模型状况，还有构件以及节点的各种数据参数，必须保证其正确合理。如果建筑结构中拥有水平转换的构件，同时在区分这些问题的时候，还要对楼层的层数和层高进行计算。在涉及到剪力墙的计算方面，一定要关注对非线性的计算和分析，这对计算出模型的相关参数方面至关重要。如果建筑设计中选用了滑动的支座结构，必须对支座两侧的结构，以及它们之间的相互作用关系进行考虑，否则会对整体的计算模型产生严重的影响。

3. 2 结构抗震试验的设计要求

在进行高层建筑结构抗震方面的设计时候，在某些方面没有设计理念，缺乏一些相关的依据时，进行相关的模型试验很有必要。比如说选用的混凝土要有很高的含钢率，用这种材料来建设梁柱和剪力墙，在对拥有型钢的异形截面构件，或者是一些新型的构件进行使用的时候，对这些构件必须要进行相关的模型试验。在使用杆件比较多的铸铁点，还有多级的转换层，以及让楼梁侧面的楼板发生开洞，使楼梁本身和梁柱的节点地方不和楼板产生直接有相连接的关系时，对这些新设计结构的部件必须进行模型试验。

4 总结

高层建筑和常规建筑在进行抗震设计方面，是有很大区别的，因为高度的不同，其防火工作的复杂程度，还有周围的环境也就不尽相同。在对高层建筑进行抗震方面的设计中，一定要从宏观方面对其进行具体的量化处理，而在抗震性能的分析上，以及模型的使用和参数的分析中，还存在一些问题，本文旨在基于性能抗震设计方法做进一步的分析。

基于性能方面的抗震设计，无论任何时刻其重要性都毋庸置疑。这种方法和现有常规方法相比较，通过以上的阐述显示，其优点极其明显。在目前，高层建筑在结构的设计上都是选用的针对性能设计方面的理念，而且方法的可行性表现非常好，所以对未来的高层建筑在结构设计以及技术进步和创新上，是非常有利的。

参考文献

[1]兰盛磊.某300 米超高层建筑结构基于性能的抗震设计[D].西南交通大学.2014（ 05） ： 22 - 32.

[2]李昆麟.中美高层建筑结构基于性能抗震设计规范之对比[J].福建建设科技.2012（ 09） .

[3]蔡静敏.某超限高层建筑结构抗震超限设计与分析[D].华南理工大学.2013（ 11） ： 40 - 41.

[4]张婷.基于性能剪力墙结构抗震评估与应用[D].河北工程大学.2013（ 01） ： 11 - 12.

[5]何铭基.带转换高层框架结构基于变形和损伤的抗震性能评估方法研究[D].华南理工大学.2013（ 04） ： 22 - 23.