不规则高层建筑的抗震设计分析

摘 要：现代建筑工程建设中，为获得更佳的外观效果，各种不规则的设计越来越多，根据相关理论与实践分析可知，此类建筑在抗震方面存在一定的特殊性，做好相关抗震设计工作十分重要。本文首先分析了不规则建筑的震害情况及其抗震设计要求，其后提出采用基于性能的抗震设计方法，最后围绕某不规则高层建筑工程实例展开分析，以期可供参考。

关键词：不规则;高层建筑;震害;抗震设计;性能目标

1引言

基于我国城市的快速发展，各种高层建筑物拔地而起，同时基于城市形象要求，对建筑物的美观度要求越来越高，为了更具特色、时代感、未来感，不少高层建筑呈现为不规则状态。然而，不规则高层建筑在面对震害时处于弱势，如何通过科学的抗震设计，提高其抗震性能具有重要意义，本文主要围绕此展开具体分析。

2 不规则建筑震害分析

根据相关地震灾害调查结果可得，规则建筑抗震性能相对较好，而一旦出现平面、竖向不规则的情况，则楼层水平位移、层间位移、薄弱层计算均会出现较大变化，若是处理不当，则将直接影响结构安全。

在建筑工程结构设计中，结构工程师可通过设置抗震缝的方式，将原本不规则的建筑划分为多个“规则”结构，由此切实减少不规则问题给抗震所带来的影响，但是此种方法会在一定程度上影响建筑物的立面造型，在一定程度上将会增加工程造价。同时，一旦出现地震，抗震缝两侧单体存在碰撞的可能性，由此导致新的风险问题的产生。

基于此，在进行不规则建筑抗震设计时，应开展整体分析工作，落实结构地震扭转效应分析;明确结构构件受力特征，除满足强度要求外，还需具有较好的刚度、延性变形能力，合理选用加强构造措施，确保结构性能达到预期目标。综上，不规则建筑的建设中，合理的结构抗震分析计算十分关键，是保证建筑物安全可靠运营的基础，下文主要提出采用基于性能的抗震设计方法，确保不规则建筑结构整体与相关构件均可达到相应的抗震性能目标。

3 不规则高层建筑基于性能的抗震设计方法分析

基于性能的抗震设计方法是目前结构抗震领域的一个重要发展方向，其可较好适应不规则高层建筑结构设计特点与要求，其设计过程包括：性能目标选用、方案选择、评审论证，具体如下图1所示。

3.1 性能目标：指的是在不同的设计地震作用下，期望建筑物可以达到的性能水平，如：多遇地震、设防烈度地震、罕遇地震等，具体可查阅《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下称“高规”）。

3.2 设计方法：一是能力谱法：多数情况下通过弹塑性方法即可计算获得结构抗震性能，评估结构整体、构件抵御地震水平作用的能力;结合地震反应谱，可建立地震需求谱曲线，获得结构目标位移与构件的性能要求，判断结构整体或构件是否达到抗震设防要求。二是位移影响系数法：此方法主要是采用调整系数法确定结构最大目标位移。

4 实例分析

4.1 工程概况

本文仅以某高层酒店工程项目为例展开分析，此建筑共计23层，地下1层，地上5层为大底盘，6～23层为塔楼。结构高80m、大底盘高21.65m，采用框支-剪力墙结构、梁式转换层，属于不规则高层建筑，抗震设防烈度7度，抗震设计要求高、难度大。

4.2 建筑不规则情况

采用SATWE、ETABS对建筑整体参数进行计算分析，并查阅相关规范可得，结构不规则项如下：

4.2.1 一般不规则项：扭转不规则、楼板不连续、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变;

4.2.2 特别不规则项：特别不规则。

经综合分析判断，本项目建筑为特别不规则结构。

4.3 抗震性能分析

本项目参考相关规范，初步拟定不同构件抗震性能，多遇地震均为弹性，其余见表1。

4.4 抗震性能设计

本項目分别对小震、中震作用展开计算，确定各构件配筋，最后开展大震动力弹塑性分析，对整体与构件性能目标进行复核。

4.4.1 小震作用下，按规范与“安评”的地震动参数进行计算，取两者所得结构底部剪力更大的楼层水平地震力开展结构验算;对结构实施弹性时程补充分析。

4.4.2 中震作用下，按中震弹性、中震不屈服两种模式进行计算，发现薄弱部位后及时调整结构布置;

4.4.3 输出构件配筋;

4.4.4 大震作用下，采用ABAQUS 软件进行大震弹塑性时程分析，评估整体、构件性能是否满足拟定目标，对薄弱部位及时调整。本项目通过计算分析发现，原结构设计的剪力墙不满足抗震性能目标，经综合分析后采取以下调整措施：（1）对部分剪力墙中部开洞，构成连梁耗能机制;（2）适当补强其它部位竖向构件;（3）增强外围构件刚度，形成剪力墙强连梁。经调整后再次计算分析显示，剪力墙满足拟定性能目标。

5 结语

综上所述，在建筑工程抗震设计中，不规则建筑具有一定的特殊性，同时抗震设计的要求也较高、难度较大，基于此合理采用基于性能的抗震设计方法具有重要意义，其通过确定合理的性能目标，并采用弹性时程分析、关键构件性能分析、弹塑性时程分析等方法，对不同设计地震作用下的建筑结构整体与构件的性能进行计算分析与判断，由此合理提出相关调整建议，确保抗震设计方案科学合理，满足实际要求。

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作者简介：冯鹏（1989-12）男 汉族 硕士研究生 湖南岳阳人 工程师 主要从事：结构设计工作。