超限高层基于性能的抗震设计探究

1 超限高层建筑结构的抗震性能指标

1.1 结构的抗震性能标准

为了考虑到超限高层建筑结构在遭受不同地震后整体的破坏情况，以及薄弱结构和重要结构地震后修复情况，基于性能的抗震设计性能水准可以分为以下六个不同的水准，如表1所示:

表1 超限高层建筑抗震设计性能水准

1.2 性能目标的组成和选用

为了保证抗震设计的性能指标能够在不等的地震作用下达到预期的水准，结合超限高层建筑的结构特点、场地条件以及房屋不规则程度等，初步选定五个性能Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ目标，其选定方案如表2所示:

表2 超限高层建筑抗震设计性能目标选定方案

其中每个不同的性能目标的内容分别为:(1)性能目标Ⅰ:在小震、中震的影响下能够满足性能水准1A的要求，在大震的影响下，能够满足水准1B的要求，地震之后建筑结构整体性完好。通常不需要对建筑物的总体高度和不规则性做专门要求。(2)性能目标Ⅱ:在小震作用下满足性能水准1A，在中震作用下满足性能水准1B，在大震作用下满足性能水准2，建筑结构整体基本完好，同样不用专门限制建筑物的高度和不规则度。(3)性能目标Ⅲ:小震作用下满足性能水准1A，中震作用下满足性能水准2，大震作用下满足性能水准3，地震中部分建筑结构构件发生损坏，对于建筑物高度不作要求，重要结构的不规则度可以比现行标准适当放宽一些。(4)性能目标Ⅳ:小震作用下满足性能水准1A，中震作用下满足性能水准3，大震作用下满足性能水准4，地震中建筑结构遭到中等程度破坏，对建筑物的高度和不规则度比现行B标准可以适当放宽。(5)性能目标Ⅴ:小震作用下满足性能水准1A，中震作用下满足性能水准4，大震作用下满足性能水准5，地震中建筑结构损坏较严重，但是不会发生坍塌，不危及人们的人身安全，对建筑物的高度和不规则度有一定的限制。

2 实施抗震性能设计的方法

2.1 性能水准的判别准则

本文对超限高层抗震设计性能水准的判别准则主要采用的建筑结构的各个构件的状态，具体的判别准则如表3所示:

表3 超限高层建筑抗震设计性能水准判别准则

2.2 结构抗震计算和试验的要求

在选定性能目标以及判定准则之后，需要进行详细的抗震设计，相关抗震计算和试验结果应符合一定的要求:

(1)结构模型方面。结构模型的选择合理与否直接影响到非线性计算和弹性计算的准确性，因此必须保证整体结构模型以及相关节点、构件计算的准确性。对于剪力墙结构，要注意非线性计算时参数的选取;对于水平旋转构件，应该合理区分转换梁、框支梁相邻层的高度和数量;对于活动支座结构，应该在大震作用下进行整体计算，并考虑支座两侧结构之间的相互作用;对于消能减震的构件，要注意节点、构件以及相关模拟计算参数对整体结构的影响，准确确定构件和整体结构的有效阻尼比。不同类型构件至少需要采用两种不同的模型计算方法进行分析比对，要保证计算结果的可靠性。

(2)电算结果的分析确认。首先是应该严格控制最小地震作用的影响，当计算得出的总地震剪力小于有关规定值时，表明建筑结构的刚度不够，此时需要对地震作用调整系数和周期折减系数进行调整，主要考虑到地面运动的位移作用，当总地震剪力小于规定值较多时，应考虑增加构建的刚度。其次是应该慎重对待通过次梁转换得到的不落地构件的计算结果。在进行不落地竖向抗侧力构件时应该需要有明确的计算简图以及主梁、次梁之间有效的转换传递图。最后是在进行斜向地震计算时，应该加入地震扭转效应的计算，在双向水平地震作用下则可以不用考虑扭转效应的影响。

(3)时程分析的应用。时程分析是对超限高层抗震设计的重要补充计算，计算的关键点是选择准确的地震加速度波形，通常可以采用平均值加一倍方差的方法对时程计算的结果进行比对，增加结果的可信度。在比较计算结果时不仅要比较各层之间的地震作用力、剪切力以及位移的大小，还应该分析各相邻层之间的形变程度，准确找出结构的薄弱部位。

(4)薄弱层变形分析。进行薄弱变形分析的计算方法主要有弹塑性时程分析法和静力弹塑性分析法两种。静力弹塑性分析法主要是对大震作用下对薄弱构建的弹塑性形变进行分析，计算时首先要建立构件荷载、位移曲线，然后评估结构的整体抗震能力，此法可以很好地估算整体结构以及薄弱环节的弹塑性变形。

(5)结构抗震试验要求。模型试验是抗震设计的重要依据，通过对不同类型构件采取相应的模型试验，能够增加抗震设计的可信度，验证抗震设计的可行性，不论是振动台试验还是拟静力试验均需符合我国《建筑抗震试验方法规程》，其中节点模型比例不宜于1/4，构件模型比例不小于1/10，整体结构模型比例不小于1/25。

3 结束语

超限高层建筑的抗震设计直接关系到建筑的使用安全性，关乎到人们的人身安全，采用基于性能要求的抗震设计能够很好的保证超限高层建筑的抗震性能，提高建筑的安全性，降低抗震安全隐患，因此必须加大基于性能的建筑结构抗震设计，积极解决仍然存在的一些问题，对于抗震设计的发展有着重要的研究意义。