1、超高层结构抗震性能设计优化研究摘要：我国城市化进程的加快，城市建筑行业得到充分的发展，高层建筑数量也越来越多，因此对高层建筑自身的抗震性能也提了更高的要求。实现抗震设防的重要环节是建筑施工质量，同时建筑施工质量也是抗震能力强弱的一个重要的指标，并且是建筑保证抗震性能的关键所在。当强震发生时，对地震的破坏程度有明显的影响，而且也折射着施工质量的好坏，这样的的例子是十分多的。 关键字：超高层结构 抗震性能 设计优化研究 中图分类号：TU97 文献标识码： A 建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步进一步发展,90 年代,建筑结构抗震分析和设计已提到建筑设计的日程当中，然而位于地震区较广
2、的城市，应进行必要的抗震的设防，据施工情况以及房屋的现状，对施工质量的问题造成的地震，工程的结构抗震能力破坏主要原因进行了简要的分析，对提高抗震的能力及施工的质量问题进行了一些研究，由此可见，做好建筑抗震设计是具有十分重要的意义。如果施工的质量无法保证了，或者整个施工过程中的把关不够严格，拥有较高的抗震能力也就成为空谈了。想加强建筑的抗震能力，就必须要保证施工的质量。 一、 、 超高层结构抗震性能设计的基本原则 超高层结构抗震性能设计优化的基本原则，是要满足抗震设防目标大震不倒、中震可修、小震不坏三个水准的要求，在确定这个原则时，需要按抗震设计两阶段进行设计，这两个阶段分别是多遇地震下的情况和
3、罕遇地震的情况。前者采用弹性反应谱法，后者采用抗倒塌弹塑性变形验算； 第二个原则是要遵守两种验证方法的基本要求和主要内容。根据多遇地震下弹性动力时程分析校核弹性反应谱法结果，判定结构构件塑性铰出现的顺序和分布，获得弹塑性底部剪力、层间位移曲线等。将建筑物按其使用功能划分为四个类别，结构在各级地震动水平下的最低抗震性态的要求根据规范确定。超高层结构的性能目标确定是一个较为复杂的问题，在考虑结构不规则性的情况下,需要根据结构的超高超限情况以及结构的规则性选取合理的性能目标。近年国际上提出基于结构性能的抗震设计理论。针对每一种设防水准将结构的抗震性能划分成不同等级，采用合理的抗震性能目标和合适的结构
4、抗震措施进行设计。 二、 超高层结构抗震性能设计优化的主要方法 建筑结构抗震设计方法的正确应用对保证结构的抗震安全性和经济合理具有十分重要的意义，经过近百年来抗震设计方法的研究和进展，已从最早的静力侧力法逐步发展到考虑地震地面运动特征和结构自身动力特性的反应谱法，并进而发展到抗震性能设计方法，使得建筑结构抗震设计既反映了地震作用的随机性，考虑了小震、中震、大震不同水准地震作用下结构的受力、变形和损伤状况，又根据不同要求和结构中不同构件对结构安全所起的作用区别对待，采取有针对性的分析和抗震措施，做到建筑结构抗震设计既安全又经济合理，其意义是十分重大的。 1. Pushover 分析方法 Push
5、over 分析方法，又叫推覆分析方法，这是一种进行结构在侧向单调加载下的静力弹塑性分析方法。具体来说，就是在结构分析模型上施加地震水平惯性力作用的侧向力，并逐渐单调加大。这种地震水平惯性力按某种方法模拟得到的，目的是使结构从弹性阶段开始，经历开裂、屈服直至倒塌破坏。这种方法可以分析结构的内力、能量耗散及相互关系，了解塑性铰出现的顺序和位置以及可能出现的薄弱环节。Pushover 分析方法在基于性能的抗震设计理论和方法中受到了很大的关注，它是实现基于性能抗震设计的关键，可以对结构的整体抗震性能进行评估。如果不能确定结构在某一特定地震作用下的响应，则必先与其它方法结合，才能对设计地震作用下结构的抗
6、震能力进行具体评估。 2. 能力谱方法 能力谱方法是一种建立在其它基础方法之上的分析方法，以 Pushover 分析方法和反应谱相结合。虽然该方法结合了上述两种理念和计算方法，但在具体实施操作过程中具有简化的特点。这种方法首先通过对结构进行 Pushover 分析得到结构基底剪力-顶点位移关系曲线，再结合地震需求谱来求结构在设计地震作用下结构反应的目标性能点，由此来估计结构在设计地震作用下的弹塑性反应。能力谱方法的原理和具体做法是目前采用的、基于力的设计方法加位移、变形的校核。具体性能要求可根据建筑物和结构的重要性确定。它可以明确描述结构性能状态的物理量，如力、刚度 、速度、加速度等。 3.
7、位移影响系数法 位移影响系数法是用来确定结构静力弹塑性分析的最大期望位移的方法，我国工程界对此还不熟悉。涉及到的计算公式中有许多参数，因为公式中的参数过多地依赖由实验得到的经验取法，所以其计算精度也是不能保证的。此外，位移影响系数法还有一个问题。这种方法只是一种衡量结构总体抗震水准的评估方法，不能提供具体楼层和主要构件的损坏情况。在弹塑性抗震分析方法中，非线性时程分析方法是最可靠的方法，对前后数据处理工作繁冗和计算结果受到所选地震波的影响较大。它很难应用到，以优化手段来寻求结构最佳设计的、基于性能的抗震设计当中。所以，位移影响系数法还是相对比较简单的计算方法，只是精确度还需要进一步研究优化。
8、4.对关键构件宜允许单独进行性能设计。 对于某些致命的关键构件，不必要与整个结构的性能目标一致，可独立进行性能设计。例如某一高层建筑，建筑要求在角部仅用一根柱子，支撑上部几十层建筑，该柱又有 6 层高，如果整个结构采用性能目标进行设计，关键构件罕遇地震时性能状况应为轻度损坏，但实际设计在大震时该柱宜处于弹性状态以确保安全，因此该柱可独立进行性能设计，而不受整个结构性能目标的限制。反之较次要构件，也允许采用比整个结构性能目标略低的性 能目标进行设计。总之采用性能设计时应更灵活应用，随不同构件设计的需要采用相应的性能水准。 三、墙体和屋顶的抗震设计要求 要使房屋建筑结构的围护结构变轻，就要使房屋的
9、墙体变轻。如果墙体的重量过大，其抗震性能就会变得很弱，发生地震时，就会很容易遭到破坏。所以，应该控制墙体重量材料的特性。在屋盖的设计中，屋盖要尽可能用材质比较轻的材料，并且尽量不要在屋顶增加沉重的附属物，那样不仅增加了屋盖的重量，还增加了房屋的高度，加大了房屋建筑的高宽比，影响房屋的抗震性能。如果是必须建造的，也要尽量做得矮些、牢固些，或者是用重量较轻的材料。圈梁对于减轻震害有着极大的作用，无论是地基中的圈梁还是墙体中的圈梁。圈梁能够使墙体之间的连接更加的牢固，有效的增强房屋建筑的整体性和稳固性，也可以在一定程度上阻碍墙体裂缝的产生，同时还能够阻止建筑地基的不均匀沉降而使结构遭到破坏。构造柱的
10、设置也对房屋建筑的抗震有很大的作用，构造柱的设置能够提高墙体的抗剪能力，同时能够增加结构的变形能力，使结构在较小外力的作用下只是发生变形，而不影响结构的整体稳定。在房屋建筑的特性保持不变的同时，构造柱的数量要根据抗震规范来进行设置，但是在墙体交叉的地方，都要设置构造柱，这样就会使墙体的材料从脆性向着延性发展。 建议补充不同结构类型的性能目标，有利于不同设计单位在设计时统一标准，并给设计带来方便。建议列出各种不同类型结构在不同水准时构件的性能状态。超高层结构是指超过国家现行规范规定的适用高度或结构类型、及体型特别不规则的高层建筑。在进行超高层结构设计时，对于抗震性能设计需要采取相应的加强措施，以
11、保证结构设计的安全合理。在发展基于性能的抗震设计方法的同时，还应该重视结构抗震性能评估理论与方法的研究。可以根据具体的设防烈度、房屋高度、不规则程度，选择抗震性能目标。超高层建筑的抗震设计，可参照上述设计原则及优化设计方法进行设计。 随着不断的实践和研究，必将出现一些新的改进和补充。可以这样说，工程抗震设计技术已从百年前几乎一无所知的“必然王国”逐渐演进到今日设计者能够根据不同情况，灵活应用、很好掌控结构在地震作用下的反应和性能的新时代，人们离开抗震设计技术的“自由王国”已经为期不远了。 参考文献： 1吴黎珍. 超高层结构抗震性能设计优化研究J. 城市建筑,2013,10:54. 2洪磊,周颖,赵杨,熊海贝,刘祖华. 某超高层结构抗震性能设计与优化J. 结构工程师,2012,01:60-66. 3李路彬. 超高层钢混凝土混合结构抗震性能和设计方法研究D.北京建筑工程学院,2012. 4秦宝林. 在 PERFORM 3D 软件支持下对超高层结构实例抗震性能的初步评价D.重庆大学,2012. 5关建强. 某超限高层建筑的动力反应与结构分析D.浙江大学,2012.
