超限高层建筑抗震结构设计探讨

超限高层建筑抗震结构设计探讨

洪肇春

身份证号码：36042519771204****

摘要：近年我国的高层建筑越来越多，高层建筑不但在层数上增多了，其高度也是不断的在增高，体形变得越来越复杂，其结构体系更是越来越新颖，各种体型复杂且不规则的高层结构常有出现，因此超限高层建筑也就变得越来越多了。本文对超限高层建筑工程的抗震设计进行了系统的阐述，对超限高层建筑的抗震设计的方法及相关内容进行分析总结，期为超限高层建筑的抗震结构设计以后的相关工作上提供一共的参考。

关键词：超限高层建筑；抗震设计；设计探讨

引言：

随着城市建设飞速的发展，高层建筑的层数越来越多、其高度也是越来越高，结构和形体变得复杂新颖。对于高层建筑如此的发展趋势，超限高层建筑的抗震结构设计变得越来越重要，要求也越来越高，面临着新的挑战。超限高层建筑工程有两种，一种是高度超限的高层建筑，而另一种则是规则性超限的高层建筑，这两种超限高层建筑中规则性超限高层建筑又占据了大部分。因此，超限高层建筑的抗震设计中规则性超限高层建筑变得更为重要。本文整篇的内容便是以规则性超限高层建筑作为基础北京，对其抗震的方法和步骤以及其相关的内容进行分析总结，以便在实际的操作中能够结合归纳进行问题分析，从而解决超限建筑工程在抗震设计上的问题。

一、地震作用的分析方法

在动力荷载作用下地震分析的方法包括了弹塑性时程分析法、弹性时程分析法两种，这其中弹塑性时程的分析法主要是用于多遇地震下的弹塑性的分析，弹性时程的分析法主要是用于多遇地震下的弹性的分析。

静力的荷载作用下地震的分析方法包括了静力弹塑性分析法、振型分解反应谱法和底部剪力法，这些方法中静力弹塑性分析法主要是用于罕遇地震下的推覆分析，振型分解反应谱法则是抗震设计中最为常用的弹性分析方法，而底部剪力法主要适用于10层以下建筑结构。

二、抗震设计的理念

我国目前的建筑结构抗其震设计理念主要包括了基于性能的抗震设计理念和常规抗震设计理念两种理念。

基于性能的抗震设计理念是将内部设施及装修、非主体结构、主体结构等多种的因素考虑进去，将结构的性能水准细成四个性能水准，通常是按照多遇设防烈度下中震分析、地震下弹性分析以及罕遇地震下弹塑性的分析三个阶段来进行抗震设计的。同时还要注重荷载的不确定性、结构的非线性以及结构损伤等复杂的因素来进行精细化的分析。

常规抗震设计的理念主要是依据“大震不倒、中震可修、小震不坏”的三水准，通常是按照多遇地震下弹性分析以及罕遇地震下弹塑性分析这两个阶段来进行抗震设计的。

另外，在超限的抗震设计中，还有几个很重要的概念：①超限结构的概念设计；②超限结构的性能水准；③超限结构的性能目标；④超限结构的计算分析；五是超限结构的构造措施。

三、建筑物超限认定标准

超限高层建筑工程可分为高度超限高层建筑工程以及规则性超限高层建筑工程两种，然而规则性超限高层建筑工程还可分为不规则类型、不规则类型及其他的不规则高层建筑，每种超限建筑的类型都有着相应的认定标准。对超限高层建筑进行抗震设计时，需要判断某高层建筑它是否属于超限高层建筑，并且具体又是属于哪种超限建筑的类型，这是抗震设计中非常重要的一项内容。下面有相关的规定，这便是规则性高层建筑超限的认定标准：

1、在表2-1中，同时具有三项以及三项以上的不规则情况的高层建筑工程。

2、在表2-2中，具有所列出的不规则的情况之一的高层建筑工程。

3、在表2-3中，采用了所列的新结构抗震技术、新结构材料或者新结构体系的高层建筑。

四、超限高层建筑工程的抗震设计方法及步骤

目前，我国的超限结构越来越多，它们形成和增加的原因跟很多方面相关，但是主要是由于研究滞后在工程实践，而导致了规范滞后在工程实践中。下面简介了超限高层建筑工程的抗震设计方法以及步骤：

（一）简单超限高层建筑的常规抗震设计

1、计算分析

工程的抗震设防性能的设计目标主要是“大震不倒、中震可修、小震不坏”三标准，针对这一目标，在多遇地震下，依据小震的地震动参数利用振型分解反应谱法来进行承载力以及变形的分析，并运用弹性时程分析法来进行补充计算的分析；在罕遇地震下，依据大震地的震动参数来进行静力弹塑性的分析；同时，针对楼板的开洞以及连接部位的楼板都是结构抗震设计中需要着重考虑的薄弱部位，应该采用程序对楼板来进行应力的分析。

2、超限判断

根据分析计算的结果，来判断建筑物是属于哪一种类型的超限高层建筑，其超限程度又如何。

3、技术措施

针对建筑物超限的情况以及计算分析的结果来采取相应的技术措施，然而具体的措施则要结合实际再行详运用。

（二）复杂超限高层建筑基于性能的抗震设计的分析

1、超限判断

根据《高规》中第3.3.1条钢筋混凝土的高层建筑最大适用高度，来判断建筑物本身是否属于高度超限的结构。

判断建筑是否存在着竖向构件不连续、楼板不连续、扭转不规则和平面凹凸不规则，进一部来判断建筑物是否属于其体型特别的不规则结构。最终来判断建筑物究竟具体是属于哪种类型的超限高层建筑，其超限程度又如何。

2、抗震性能的目标

要综合考虑到抗震的修复难易程度、建造费用、结构本身特点、场地条件、设防烈度和设防类别等因素，结合《高规》中对抗震性能的目标划分，来对建筑物抗震性能的目标进行评定。

3、计算分析

在多遇地震的作用以及风荷载的作用下，用Midas和Satwe两种软件来进行弹性时程分析以及反应谱分析，用ETABS程序来对楼板及框支梁进行应力的分析，分析其结构构件是否处在弹性阶段，承载能力及变形能力是否满足了现行的规范要求，是否能够满足“小震不坏”。

在设防烈度的地震作用下，用Satwe软件对其进行中震弹性分析以及中震不屈服的分析，用程序对框支梁、楼板和剪力墙进行应力的分析，分析结构是否处在弹性状态，是否能够满足“中震可修”。

在罕遇地震的作用下，用Midas和Satwe这两种软件来进行弹塑性时程的分析，弹塑性时程的分析采用的是安全评估法来进行分析的，通过对结构的整体性能以及构件的变形性能两方面来考察抗震结构其安全性能。其中结构整体的性能评估从弹塑性层间的位移角、底部剪力、剪重比、塑性发展过程以及塑性的发展区域来进行评估；而构件的变形性能评估则从构件塑性的变形以及塑性的变形限制值大小相关系，关键部位上的关键构件塑性的变形情况来对其结构进行评估的。

在构件变形的性能分析的中，分结构塑性铰分布的整体分析及结构构件的损伤状态性能对两个阶段来进行分析。首先进行结构塑性铰的分布整体分析，采用构件的延性系数分级来进行结构构件抗震的性能评估，为了解结构在罕遇地震的作用下从弹性到屈服及屈服后阶段全过程的行为，判断其结构是否存在着可能的薄弱区，还需要进行结构的构件损伤状态性能进行分析。

另外，在罕遇地震的作用下，再用ETABS程序来对楼板进行应力的分析。

从分析的结果判断，根据建筑物在罕遇地震的作用下，结构层间的弹塑性位移以及层间的位移角是否满足了规范限值的要求，结构主要抗侧力的构件是否发生了严重破坏，是否满足了“大震不倒”的设防目标。

4、技术措施

在整个设计过程中，针对建筑物超限的情况，从结构体系以及构造加强措施、结构抗震概念设计和布置、计算分析等几个方面，来采取相应的设计对策以及构造的加强措施，确保该工程能够安全和可靠。

五、结束语

基于性能的抗震设计在当前的工程建设中并没得到广泛应用，主要是因为工程的设计人员尚未完全的掌握该理论应用方法，而且该理论仍存在一些问题，都有待进一步的研究及改进，工程的设计人员需要承担较大的风险。本文的探讨希望能够给超限高层建筑的抗震结构设计的相关方向提供参考。

参考文献：

[1]刘冠雄，《关于超限高层建筑的结构抗震设计探讨》[J].城市建设理论研究，2012（11）

[2]唐佳卫，《超限高层建筑抗震设计浅析》[J].城市建设理论研究，2013（2）

[3]田铁刚，《超限高层建筑结构抗震设计》[J].城市建设理论研究，2013（10）