高烈度区超高层剪力墙结构抗震性能管窥

陈彬

摘要：近几年来，随着工业化水平的不断提高，建筑楼层的高度日益增高，建筑的结构与形式也越来越复杂，如今各式各样的超限超高层建筑已经十分常见。在这些建筑当中，作为具有优良抗震性能的结构体系，剪力墙结构已经得到了较为广泛的应用。然而，在对这类结构的抗震性能进行分析的过程当中，我们会发现其中还存在着一些亟待解决的问题。因此，对于每一特定的工程而言，有关工作人员都需要根据各方因素与实际数据进行合理的分析，总结出其中的规律，以应对实际应用当中存在的问题。

关键词：高烈度区；超高层；剪力墙；抗震性能

一、高烈度区超高层剪力墙结构抗震原理

在对超高层建筑结构的地震反应进行分析时，建筑结构单元构建的分析模型将直接影响地震反应分析最终结构的准确程度，因此，这就需要工程技术人员对建筑物结构和构建建立起合适的数学模型，使其充分满足建筑物在实际受力的形变以及受力情况。以目前来看，较为常见的抗震分析方法主要有振型分解反应谱法、静力弹塑性分析方法以及动力时程分析方法等三种，下面将对其具体的工作原理进行简要分析。

作为目前使用最多的一种地震响应分析方法，振型分解反应谱法出现于上世纪四十年代期间，是主要的地震响应分析方法之一，并且还被列入了很多国家抗震规范规定的分析方法。如今，随着科学技术的不断发展，反应谱理论在相关研究人员的不断探索下已经取得了显著的成果。它经历了由静力向动力的转变过程，为高层建筑结构的抗震设计以及软件分析等方面都奠定了坚实的基础。静力弹塑性分析方法也可以称作推覆分析法，它是介于弹性分析与动力弹性分析之间的一种方法，目标位移法与承载力谱法是其理论的核心所在。首先，静力弹性与塑性分析要先经过一般的设计方法，使其结构满足小震不坏、中震可修的基本要求，然后对其在大震下的抗震能力進行分析，观察其结果能否满足最终的抗震要求，再进行适当的修正与改进。而动力时程分析法则是在上世纪六十年代间逐渐发展起来的一种抗震分析方法，主要是用来对工程进行抗震研究以及对超高层建筑进行抗震分析，随着时间的推进而逐渐普及于各国，是通过将结构基本运动方程代入到地震波加速度的曲线中进行积分，从而得出整个过程的地震作用的一种方法，是一种补充的计算方法。

二、剪力墙刚度及配筋率对结构抗震性能的影响

通过对高烈度区超高层剪力墙的抗震性能进行分析，我们很容易得出剪力墙的刚度以及配筋率的大小对其具有不同程度的影响。研究表明，由于剪力墙具有侧向刚度高、整体性能良好等优点，其具有较好的抗震能力。因此，在此类工程的实际设计当中，有关设计人员在对剪力墙的布置方案进行确定时，往往还需要对剪力墙的数量以及截面大小进行多次的调整，以使其满足实际规范的需求。在实际的工程当中，我们常说的刚重比指的就是结构的侧向刚度和重力荷载设计值的比值。在设防烈度不同的地区，为了满足地震作用条件下对需求层间位移角的规范要求，还需对配筋率进行控制。然而，单纯地提高剪力墙底部加强区的配筋率不仅无法满足其抗震性能的提升，在一定程度上还会使其有所下降。因此，首先要对剪力墙的数量、截面进行调整，再适当增加剪力墙边缘构件的配筋率，以达到目标设计性能。

三、超高层建筑物抗震设计的有效对策

就目前而言，超高层建筑的类型主要包括大底盘、大裙房以及点式建筑等，其结构体系种类众多，主要有筒体结构、钢与混凝土的混合结构以及剪力墙结构等，其中剪力墙结构被普遍运用于高烈度地区100至150米之间的住宅结构当中。众所周知，对于高烈度地区的超高层建筑而言，良好的抗震性能具有十分重要的作用。地震作为一种自然现象，人们至今无法对地震的发生作出定量、定时以及定点的预测，因此，在这些超高层建筑物中，对于其抗震性能的设计也不能仅仅追求“小震不坏，中震可修，大震不倒”的传统目标，对于其中重要的结构而言，应该有更高的标准。是以，笔者将就对超高楼层建筑物抗震设计的有效对策论述如下。

首先，为了满足抗震的实际需求，钢筋混凝土建筑的承载力、刚性、稳定性以及能量的吸收与耗散性能等都应该满足地震作用下的要求，除了选用合理的建造结构与正确的构造措施以外，还应关注概念的设计内容。其次，要明确抗震设计的最终目的是为了使地震产生的能量耗散出去，避免结构被破坏。同时，还应该明确的是抗震设计要求与一般的静力设计要求有很大的区别，设计环节中某一部分的结构过强，反而会使得结构更加容易被破坏，因此要尤其避免出现局部强度过高的现象。此外，在高层建筑的设计过程中，对于已经提出的设计方案，还要根据实际情况的区别进行不断的优化和完善，在保证抗震性能的同时注意节能减排。最后，对于超高层建筑本身而言，它不仅需要具有足够的承载力，其结构还必须具备足够的侧向刚度，使其在地震的横向作用力下也能够具有一定的抵抗能力。

四、结束语

综上所述，由于超高层建筑物的数量越来越多，建筑的结构和形式也越来越复杂，因此，有关工作人员需进一步对设计的相关理论以及设计规范加以完善，从而制定出实际可行的定量抗震性能关系，以充分满足不同设防烈度区域的实际要求。此外，随着地震作用下性能化设计的出现，在对超高层结构进行设计时，往往需要考虑的关键是其延展性能，其中钢结构的优势至关重要，是以，我们不难看出，混合结构将成为超高层结构设计的一大趋势。