超高層建筑抗震分析要點淺析

李楊

【摘要】超高層建筑抗震一直被當(dāng)作是建筑施工與設(shè)計的重點，文章概述了超高層建筑的發(fā)展并簡要地分析了建筑抗震的相關(guān)理論，進一步的探索了設(shè)計超高層建筑抗震的簡要理念和方法。歸納出了必須采取的相應(yīng)的抗震的措施。

【關(guān)鍵詞】超高層；建筑；抗震；設(shè)計

由于近年來房地產(chǎn)行業(yè)的不斷發(fā)展，高層建筑的增加十分迅速，建筑的安全性也越來越受到人們的重視。超高層的項目具有一定的特殊性，所以應(yīng)該采取更加嚴(yán)格的技術(shù)和措施來進行抗震設(shè)計以保證居民和使用者的安全。要想做出良好的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計就要對高層的抗震結(jié)構(gòu)進行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觥?/p>

1 超高層建筑設(shè)計基本要求

一、進行全方位綜合性的考慮，要考慮到建筑物整體的穩(wěn)定性和相應(yīng)的承載程度還有整體的延伸性等方面。在設(shè)計相關(guān)的工程時，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的構(gòu)建一定要符合相應(yīng)的安全的標(biāo)準(zhǔn)，還要進行局部的加強，尤其是對于那些相對薄弱的部分一定要進行相應(yīng)的加強措施。還要采取一定的措施來確?？拐鹉芰δ苁沟谜w的建筑有一定的抗震水準(zhǔn)。主要的耗能構(gòu)件不能只依靠基本的構(gòu)件，尤其是在研究相應(yīng)的建筑物所要承擔(dān)的豎向荷載時。

二、設(shè)置多層次的抗震防線。對任何一個建筑物來講，必須要有多個延伸性較好的分體才能構(gòu)成一個良好的抗震體系，這樣各個構(gòu)件一同工作，相互配合但不會相互影響，結(jié)合在一起產(chǎn)生了一個很好地作用。在進行高層建筑的設(shè)計時，往往會設(shè)立很多的抗震防線。一般來講，強烈的地震來襲，除了一次極為強烈的地震外還會產(chǎn)生很多的余震。如果建筑物只有一條抗震防線，是沒有辦法抵御幾次余震的，也沒有辦法保證建筑物的整體的穩(wěn)定性和安全性，所以建立抗震防線一定要建立多個。對于建筑物的每一個樓層來說，不能忽視建筑物內(nèi)部構(gòu)件之間的關(guān)系，在使用的主要耗能構(gòu)件發(fā)生屈服之后，要想使其可擁有時間較長的抗倒塌能力，對其進行彈性檢測是必須的。

三、地震波的選擇要求。對于超高層建筑來講，地震波的影響不小，所以要考慮長周期地震波對建筑物以及建筑物的結(jié)構(gòu)的影響。在進行地震加速度的時程曲線的輸入時，要注意滿足地震動的三要素的要求。也就是，滿足持時、加速度峰值和頻譜特性的要求。對于超高層建筑來講，在進行波形的選擇時，除了要滿足持時、加速度峰值和頻譜特性的要求以外，還要注意到底部剪力及高階振型對建筑物的影響。

2 超高層結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜分析要點

2.1 地震動參數(shù)的取值

超高層結(jié)構(gòu)抗震分析通常采用的是地震動參數(shù)。地震動參數(shù)是指，反應(yīng)譜分析地震影響系數(shù)最大值，以及時程分析地震波峰值加速度。在進行小震階段彈性分析時，應(yīng)該按照相應(yīng)的規(guī)范設(shè)計反應(yīng)譜以及安評報告來進行取值，取兩者中的較大值；對于中震和大震階段來講，進行分析時，要以規(guī)范取值為主，但是如果安評報告中的地震反應(yīng)較大，在進行設(shè)計時還是要參考安評報告的數(shù)據(jù)的。

2.2 兩個不同力學(xué)模型的三維計算軟件

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010），中的3.6.6條規(guī)定：復(fù)雜結(jié)構(gòu)多遇地震下，應(yīng)該采用不少于兩個的不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進行整體內(nèi)力和位移計算的相關(guān)內(nèi)容：高層規(guī)程，《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010），也有相應(yīng)的規(guī)定。目前國內(nèi)進行著方面設(shè)計的常用的軟件，比如SATWE、PMSAP、ETABS、MIDAS這四個計算軟件，它們都屬于不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件。對于小震下的彈性反應(yīng)譜分析，可以選取其中的任意兩個程序進行相關(guān)的計算。

2.3 超長周期反應(yīng)譜

現(xiàn)在我國的超高層建筑大部分都是高柔結(jié)構(gòu)，周期比較長，有一些甚至都超過了六十秒，也就是一分鐘。比方說天津津塔項目，主樓的總高度有三百三十米，結(jié)構(gòu)的第一周期就達到了七點六秒。根據(jù)抗震規(guī)范5.1.4條規(guī)定，對于那些周期超過了六秒的建筑結(jié)構(gòu)，它們采用的地震影響系數(shù)應(yīng)該進行專門的研究。

2.4 層間位移角限值

抗震規(guī)范規(guī)定，對于超高層鋼結(jié)構(gòu)的層問位移角限值，要求取三百分之一。在高層規(guī)程中有所規(guī)定，對于超高層混凝土結(jié)構(gòu)層間側(cè)移角限值，不同的高度的限值是不同的。高度大于或等于兩百五十米的高層建筑，其層間位移角部不宜大于五百分之一；高度在一百五十米到兩百五十米之間的高層建筑，層間位移角限值可采用“表4.6.3數(shù)值”與1/500線性插值取用。要注意，高層混凝土規(guī)程第4.6.3條有注釋：樓層位移計算不考慮偶然偏心的影響。

2.5 剪重比調(diào)整

高層規(guī)程3.3.13條和抗震規(guī)范5.2.5條對最小地震剪力系數(shù)提出了相應(yīng)的要求。因為長周期段中地震影響系數(shù)下降較快，所以對于那些基本周期大于三點五秒的結(jié)構(gòu)，在進行計算后，得到的水平地震作用下的底部總剪力過小。換一句話來講，就是結(jié)構(gòu)不夠強，所受到的地震力過小。從安全性的角度來考慮，需要人為的來提高地震剪力，來確保建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有足夠的安全性。通常來講最小剪力系數(shù)取值在三點五秒開始減小，到達五秒后便不再下降。而那些大于五秒的大多都是超高超限的高柔結(jié)構(gòu)，合理的做法是適當(dāng)?shù)靥嵘卣鹣碌某休d力和抗側(cè)移剛度。

2.6 層剛度比和層抗剪承載力的控制

高層規(guī)程和抗震規(guī)范有規(guī)定：樓層剛度不宜小于相鄰上層百分之七十，或其上三層側(cè)向剛度平均值的百分之八十。高鋼規(guī)，《高層民用鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GJG99—98），中的3.3.1條規(guī)定樓層剛度不小于相鄰上層的百分之七十，且連續(xù)三層總的剛度降低不超過百分之五十?？拐鹨?guī)范規(guī)定：結(jié)構(gòu)樓層抗剪承載力不小于相鄰上層的百分之八十。高層規(guī)程規(guī)定：A級高度層抗剪承載力不小于其上一層的百分之八十，B級高度抗剪承載力不小于上層的百分之七十五。高鋼規(guī)，《高層民用鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GJG99—98），規(guī)定：任一樓層抗側(cè)力構(gòu)件的總受剪承載力不小于其相鄰上層的百分之八十。

3 超限高層性能設(shè)計的抗震計算要求

3.1 性能目標(biāo)的確定

超限高層建筑性能目標(biāo)的確定十分之復(fù)雜，相關(guān)的設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)復(fù)雜程度以及結(jié)構(gòu)的狀況來進行抗震性能目標(biāo)的確定。對于大震彈性來講，性能目標(biāo)是大震下結(jié)構(gòu)薄弱部位或重要部位彈性。對于中震彈性設(shè)計來講，性能目標(biāo)是非薄弱部位和非重要部位在大震下接近屈服。如果是針對中震下結(jié)構(gòu)薄弱部位或重要部位彈性設(shè)計，則性能目標(biāo)要在大震下薄弱部位或重要部位不屈服進行設(shè)計。如果是中震下結(jié)構(gòu)薄弱部位或重要部位不屈服設(shè)計，則大震下薄弱部位或重要部位允許屈服，還要對結(jié)構(gòu)彈塑性變形進行控制。雖然有時中震下薄弱部位或重要部位允許屈服，但是所控制的結(jié)構(gòu)的彈塑性會發(fā)生變形。

3.2 結(jié)構(gòu)整體分析方法的要求

高度在200米以下可以采取靜力彈塑性的方法。而對于超過200米的，應(yīng)用彈塑性時程分析。超過300米的，或者是新型結(jié)構(gòu)體系，或者是結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的，要用不同的軟件進行校對計算。在結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計算中，要使用施工模擬。

4 總結(jié)

抗震分析是實現(xiàn)正確的抗震設(shè)計的重要手段。我們國家的抗震規(guī)范針對于結(jié)構(gòu)抗震分析給出了相對明確的要求，文章對超高層建筑的抗震分析的要點進行了簡要地分析與敘述，并結(jié)合相應(yīng)的工程經(jīng)驗對反應(yīng)譜分析、時程分析和超高層性能設(shè)計的相應(yīng)內(nèi)容進行了總結(jié)與分析。希望對設(shè)計人員設(shè)計超高層建筑的抗震設(shè)計有所幫助。

【參考文獻】

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