高层建筑结构抗震超限设计分析

2020-01-07张硕南

建材与装饰 2020年3期

张硕南

（悉尼大学坎伯敦新南威尔士州 2006）

0 引言

高层建筑的结构设计中，提升抗震的性能是关键点，只有充分注重从超限设计方面加大力度，保障设计工作和实际要求相契合，才能保障建筑结构抗震性能有效提升。要注重在高层建筑结构抗震超限设计中，相关设计人员能从多维度进行考虑，保障各细节的设计质量，如此才能保障高层建筑结构的质量。

1 高层建筑结构抗震超限设计目标以及要求

1.1 高层建筑结构抗震超限设计目标

高层建筑结构抗震超限设计要能按照既定的目标执行操作，使之设计能符合高层建筑结构抗震的性能要求。从性能的角度出发，对于高层建筑结构的设计就要能从不同设防水平地震作用角度出发，按照抗震性能目标来设计相应性能水平的结构。当前对于结构性能水平划分还没有统一标准，图1所示的基本性能目标，以及重要性能目标和安全临界性能目标状况内容[1]。不同的数字代表不同的目标内容，如1代表的是基本性能目标；2是代表重要性能目标；3是代表安全临界性能目标。性能目标是高层建筑结构抗震设计中的关键，是在发生地震中的预期性能，在建筑结构的实际设计当中，就要能充分注重从不同的性能目标方面加强重视，保障结构设计的质量。

图1 高层建筑结构性能目标参考

1.2 高层建筑结构抗震超限设计要求

保障高层建筑结构抗震超限设计质量，这就需要按照相应的要求，从以下几点要加强重视：

（1）按照三水准标准。高层建筑结构抗震超限设计的要求比较高，所以这就要求设计人员在具体设计时候能按照三水准检查要求标准。抗震设计和建设后，小规模内地震影响不影响建筑使用。中级地震后工程自身功能能有效维持，损坏也能采用修复进行恢复。大地震的时候建筑工程不会大规模坍塌。达到三水准的设计要求，才能真正有助于提升建筑结构抗震设计的质量，保障建筑工程的整体质量[2]。

（2）设计要具体化。由于高层建筑结构的抗震超限设计中面对的内容比较多，这就需要在关键环节的设计方面能从多方面进行优化，保障不同环节的设计要细化具体，从而才能提升整体建筑结构抗震设计的质量。超限高层建筑实际设计当中，需要对建筑截面结构详细考虑，这是提升抗震设计质量的重要因素。进行第二阶段的设计中，需要对建筑的弹性设计质量得以控制，避免地震时候发生严重坍塌的问题。

（3）遵循科学原则。建筑结构抗震超限设计当中需要按照相适应的原则，才能有助于提升设计的整体质量。设计中要依照强剪弱弯以及强柱弱梁的原则进行开展设计，这是保障建筑结构抗震性能的重要举措，是提升结构设计合理性的重点[3]。通过强化建筑结构强度以及刚度，从整体上提升建筑结构抗震性能，才能真正有助于建筑的安全使用。

2 高层建筑结构抗震超限设计要点及设计实例

2.1 高层建筑结构抗震超限设计要点

高层建筑结构的设计，相关设计人员就要在抗震超限的设计方面进行积极优化，保障各环节的设计质量都能得到有效控制。以下几点设计的要点要严格控制：

2.1.1 结构设计的规则化要点

面对当前人们对高层建筑结构抗震设计的要求不断提高，设计人员就逃能从多方面进行考虑和优化，充分注重在结构的设计质量控制方面加强重视，保障建筑结构设计的规则化。只有在设计中工作人员能综合考虑，和建筑应用需求相结合，将建筑功能以及规划的合理性符合实际需要，最大化和建筑设计要求相满足，才能提升设计的质量。设计施工环节将建筑扭转刚度的要求要能满足，避免由于结构因素对抗震性能以及结构安全产生不利影响，设计时候要能按照对称以及均匀的要求，布置剪力墙的时候就要能够注重结构薄弱点，避免由于在特殊状况下对建筑物造成损坏影响以及坍塌风险发生[4]。高层建筑如果是出现意外坍塌，所造成的危害和损失是比较巨大的，为避免这一事故发生，这就需要相应设计人员自身要不断提升专业水平，能够在结构抗震超限设计的质量上得以有效控制，避免发生后期的安全事故。

2.1.2 结构层间位移设计要点

为能保障结构的抗震性能，相关设计工作的实施中，就要从层间位移的控制环节加强重视，高层建筑结构超限设计方面完成全方位探讨是比较必要的，如在工程价格系统以及材料选择方面是比较重要的，高度比和侧向荷载等因素也是比较重要的考虑因素，从这一工作方面得到了强化，就能有助于提升结构设计的整体质量。设计中和具体高层建筑工程的设计要求相契合，保障结构稳定，提升结构抗震性能，将结构抗震性能的作用得以良好发挥。

2.1.3 平面规则结构超限设计要点

高层建筑结构抗震超限设计要能针对不同的状况采取相适应的设计方法加以灵活运用，对于平面规则超限结构的设计中，设计人员就要注重运用弹性楼盖模型，依照分块刚性楼板和局部弹性板计算，对扭转耦联效应也要能充分考虑[5]。对于凹凸不规则以及楼板局部没有连续的状况，运用和楼板平面内刚度变化弹性楼板计算模型，这就能有助于提升计算的精确度。对于楼板应力集中的部位以及弱连接楼板，就要通过增大楼板厚度以及增加板内配筋等方式进行强化，这是提升结构靠枕性能的重要举措。设计中对于平面不规则的，以及楼板的联系比较薄弱的时候，就能通过变形缝来把结构分成诸多子结构，通过结构扭转效应明显的建筑使用抗侧力构件在平面布置中对称，这样能强化外围竖向构件抗侧刚度强度提升。

2.1.4 结构设计优化方法

为能保障高层建筑结构抗震超限设计的质量，从设计的方法优化层面加强重视就显得格外重要。对于超限高层建筑结构设计需要在设计人员对同种结构单元性质和地基性质保持一致，结构的形式要能相同。设计中和位移结构抗震法相结合，保障结构变形能力和设计固定中形变要求相符合，制定科学有效的减震方案，在结构承受力方面进行验证。除此之外，控制建筑刚度也是比较重要的，结构计算表格当中刚度呈现周期性规律，这对主体结构位移会产生影响，设计中就要注重就剪力墙结构开动以及建筑截面等尺寸大小进行优化调整，保障达到抗震的设计目标。

2.1.5 竖向规则建筑结构超限设计要点

就不同的高层建筑结构抗震超限设计，就要能采用相适应的设计方法，从整体上提升设计的质量。竖向规则超限建筑的设计当中，需要从几个要点上加强重视，如在立面收进引起的超限方面，运用台阶形多次内收立面，就要保障结构位移沿着竖向不发生突变的现象，结构扭转效应要能得以有效控制[6]。对于收进部分竖向构件和楼板要注重强化，收进出现了偏心的问题，底部结构会受到扭转产生内力，验证抗震的性能是比较必要的。立面开大洞的建筑就要注重洞口四角和洞边的质量控制，从这一层面得到了强化，就能有助于提升设计的综合质量。

2.2 高层建筑结构抗震超限设计实例

某地一高层的酒店建筑结构抗震超限设计当中，建筑是两幢高层建筑，一号是地上15层，高度达到60m，2号建筑是地上20层，高度达到70m。建筑由于是处在地震发生区域内，所以设计中转换结构体系超过技术规程，在设计中对建筑落地剪力墙以及框支柱轴压比进行了控制，保障落地剪力墙轴压比的极限值达到0.4，而框支柱轴压比的限值是0.5，设计成特一级。整体结构的设计分析过程中，对单向地震作用双向地震作用计算分析[7]。抗震设计当中对于结构不规则的特征分析，保障结构钢心和质心的重合，提升抗震的性能。