超高層建筑抗震分析要點(diǎn)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(jì)的重點(diǎn)，文章概述了超高層建筑的發(fā)展并簡(jiǎn)要地分析了建筑抗震的相關(guān)理論，進(jìn)一步的探索了設(shè)計(jì)超高層建筑抗震的簡(jiǎn)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(jì)

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(xiàng)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(jìn)行抗震設(shè)計(jì)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(jì)就要對(duì)高層的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觥?/p>

1 超高層建筑設(shè)計(jì)基本要求

一、進(jìn)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(jì)相關(guān)的工程時(shí)，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(jìn)行局部的加強(qiáng)，尤其是對(duì)于那些相對(duì)薄弱的部分一定要進(jìn)行相應(yīng)的加強(qiáng)措施。還要采取一定的措施來確保抗震能力能使得整體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(shí)。

二、設(shè)置多層次的抗震防線。對(duì)任何一個(gè)建筑物來講，必須要有多個(gè)延伸性較好的分體才能構(gòu)成一個(gè)良好的抗震體系，這樣各個(gè)構(gòu)件一同工作，相互配合但不會(huì)相互影響，結(jié)合在一起產(chǎn)生了一個(gè)很好地作用。在進(jìn)行高層建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)設(shè)立很多的抗震防線。一般來講，強(qiáng)烈的地震來襲，除了一次極為強(qiáng)烈的地震外還會(huì)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(gè)。對(duì)于建筑物的每一個(gè)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(shí)間較長(zhǎng)的抗倒塌能力，對(duì)其進(jìn)行彈性檢測(cè)是必須的。

三、地震波的選擇要求。對(duì)于超高層建筑來講，地震波的影響不小，所以要考慮長(zhǎng)周期地震波對(duì)建筑物以及建筑物的結(jié)構(gòu)的影響。在進(jìn)行地震加速度的時(shí)程曲線的輸入時(shí)，要注意滿足地震動(dòng)的三要素的要求。也就是，滿足持時(shí)、加速度峰值和頻譜特性的要求。對(duì)于超高層建筑來講，在進(jìn)行波形的選擇時(shí)，除了要滿足持時(shí)、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(duì)建筑物的影響。

2 超高層結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜分析要點(diǎn)

2.1 地震動(dòng)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(dòng)參數(shù)。地震動(dòng)參數(shù)是指，反應(yīng)譜分析地震影響系數(shù)最大值，以及時(shí)程分析地震波峰值加速度。在進(jìn)行小震階段彈性分析時(shí)，應(yīng)該按照相應(yīng)的規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜以及安評(píng)報(bào)告來進(jìn)行取值，取兩者中的較大值；對(duì)于中震和大震階段來講，進(jìn)行分析時(shí)，要以規(guī)范取值為主，但是如果安評(píng)報(bào)告中的地震反應(yīng)較大，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還是要參考安評(píng)報(bào)告的數(shù)據(jù)的。

2.2 兩個(gè)不同力學(xué)模型的三維計(jì)算軟件

《建筑抗震設(shè)計(jì)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(gè)的不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力和位移計(jì)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(guó)內(nèi)進(jìn)行著方面設(shè)計(jì)的常用的軟件，比如SATWE、PMSAP、ETABS、MIDAS這四個(gè)計(jì)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(duì)于小震下的彈性反應(yīng)譜分析，可以選取其中的任意兩個(gè)程序進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。

2.3 超長(zhǎng)周期反應(yīng)譜

現(xiàn)在我國(guó)的超高層建筑大部分都是高柔結(jié)構(gòu)，周期比較長(zhǎng)，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(xiàng)目，主樓的總高度有三百三十米，結(jié)構(gòu)的第一周期就達(dá)到了七點(diǎn)六秒。根據(jù)抗震規(guī)范5.1.4條規(guī)定，對(duì)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(jìn)行專門的研究。

2.4 層間位移角限值

抗震規(guī)范規(guī)定，對(duì)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(duì)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(jì)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(duì)最小地震剪力系數(shù)提出了相應(yīng)的要求。因?yàn)殚L(zhǎng)周期段中地震影響系數(shù)下降較快，所以對(duì)于那些基本周期大于三點(diǎn)五秒的結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行計(jì)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(qiáng)，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(jì)具有足夠的安全性。通常來講最小剪力系數(shù)取值在三點(diǎn)五秒開始減小，到達(dá)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。抗震規(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(jí)高度層抗剪承載力不小于其上一層的百分之八十，B級(jí)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(jì)的抗震計(jì)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(jì)人員應(yīng)該根據(jù)復(fù)雜程度以及結(jié)構(gòu)的狀況來進(jìn)行抗震性能目標(biāo)的確定。對(duì)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(duì)于中震彈性設(shè)計(jì)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(duì)中震下結(jié)構(gòu)薄弱部位或重要部位彈性設(shè)計(jì)，則性能目標(biāo)要在大震下薄弱部位或重要部位不屈服進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(jì)，則大震下薄弱部位或重要部位允許屈服，還要對(duì)結(jié)構(gòu)彈塑性變形進(jìn)行控制。雖然有時(shí)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(huì)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(duì)于超過200米的，應(yīng)用彈塑性時(shí)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(jìn)行校對(duì)計(jì)算。在結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算中，要使用施工模擬。

4 總結(jié)

抗震分析是實(shí)現(xiàn)正確的抗震設(shè)計(jì)的重要手段。我們國(guó)家的抗震規(guī)范針對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震分析給出了相對(duì)明確的要求，文章對(duì)超高層建筑的抗震分析的要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要地分析與敘述，并結(jié)合相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)反應(yīng)譜分析、時(shí)程分析和超高層性能設(shè)計(jì)的相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)與分析。希望對(duì)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)超高層建筑的抗震設(shè)計(jì)有所幫助。

【參考文獻(xiàn)】

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