超高層建筑抗震分析要點淺析

李楊

【摘要】超高層建筑抗震一直被當作是建筑施工與設計的重點，文章概述了超高層建筑的發展并簡要地分析了建筑抗震的相關理論，進一步的探索了設計超高層建筑抗震的簡要理念和方法。歸納出了必須采取的相應的抗震的措施。

【關鍵詞】超高層；建筑；抗震；設計

由于近年來房地產行業的不斷發展，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。超高層的項目具有一定的特殊性，所以應該采取更加嚴格的技術和措施來進行抗震設計以保證居民和使用者的安全。要想做出良好的結構抗震設計就要對高層的抗震結構進行嚴謹的分析。

1 超高層建筑設計基本要求

一、進行全方位綜合性的考慮，要考慮到建筑物整體的穩定性和相應的承載程度還有整體的延伸性等方面。在設計相關的工程時，相應的結構的構建一定要符合相應的安全的標準，還要進行局部的加強，尤其是對于那些相對薄弱的部分一定要進行相應的加強措施。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。主要的耗能構件不能只依靠基本的構件，尤其是在研究相應的建筑物所要承擔的豎向荷載時。

二、設置多層次的抗震防線。對任何一個建筑物來講，必須要有多個延伸性較好的分體才能構成一個良好的抗震體系，這樣各個構件一同工作，相互配合但不會相互影響，結合在一起產生了一個很好地作用。在進行高層建筑的設計時，往往會設立很多的抗震防線。一般來講，強烈的地震來襲，除了一次極為強烈的地震外還會產生很多的余震。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定性和安全性，所以建立抗震防線一定要建立多個。對于建筑物的每一個樓層來說，不能忽視建筑物內部構件之間的關系，在使用的主要耗能構件發生屈服之后，要想使其可擁有時間較長的抗倒塌能力，對其進行彈性檢測是必須的。

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

2 超高層結構反應譜分析要點

2.1 地震動參數的取值

超高層結構抗震分析通常采用的是地震動參數。地震動參數是指，反應譜分析地震影響系數最大值，以及時程分析地震波峰值加速度。在進行小震階段彈性分析時，應該按照相應的規范設計反應譜以及安評報告來進行取值，取兩者中的較大值；對于中震和大震階段來講，進行分析時，要以規范取值為主，但是如果安評報告中的地震反應較大，在進行設計時還是要參考安評報告的數據的。

2.2 兩個不同力學模型的三維計算軟件

《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010），中的3.6.6條規定：復雜結構多遇地震下，應該采用不少于兩個的不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力和位移計算的相關內容：高層規程，《高層混凝土結構技術規程》（JGJ3—2010），也有相應的規定。目前國內進行著方面設計的常用的軟件，比如SATWE、PMSAP、ETABS、MIDAS這四個計算軟件，它們都屬于不同力學模型的三維空間分析軟件。對于小震下的彈性反應譜分析，可以選取其中的任意兩個程序進行相關的計算。

2.3 超長周期反應譜

現在我國的超高層建筑大部分都是高柔結構，周期比較長，有一些甚至都超過了六十秒，也就是一分鐘。比方說天津津塔項目，主樓的總高度有三百三十米，結構的第一周期就達到了七點六秒。根據抗震規范5.1.4條規定，對于那些周期超過了六秒的建筑結構，它們采用的地震影響系數應該進行專門的研究。

2.4 層間位移角限值

抗震規范規定，對于超高層鋼結構的層問位移角限值，要求取三百分之一。在高層規程中有所規定，對于超高層混凝土結構層間側移角限值，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數值”與1/500線性插值取用。要注意，高層混凝土規程第4.6.3條有注釋：樓層位移計算不考慮偶然偏心的影響。

2.5 剪重比調整

高層規程3.3.13條和抗震規范5.2.5條對最小地震剪力系數提出了相應的要求。因為長周期段中地震影響系數下降較快，所以對于那些基本周期大于三點五秒的結構，在進行計算后，得到的水平地震作用下的底部總剪力過小。換一句話來講，就是結構不夠強，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，來確保建筑結構的設計具有足夠的安全性。通常來講最小剪力系數取值在三點五秒開始減小，到達五秒后便不再下降。而那些大于五秒的大多都是超高超限的高柔結構，合理的做法是適當地提升地震下的承載力和抗側移剛度。

2.6 層剛度比和層抗剪承載力的控制

高層規程和抗震規范有規定：樓層剛度不宜小于相鄰上層百分之七十，或其上三層側向剛度平均值的百分之八十。高鋼規，《高層民用鋼結構技術規程》（GJG99—98），中的3.3.1條規定樓層剛度不小于相鄰上層的百分之七十，且連續三層總的剛度降低不超過百分之五十。抗震規范規定：結構樓層抗剪承載力不小于相鄰上層的百分之八十。高層規程規定：A級高度層抗剪承載力不小于其上一層的百分之八十，B級高度抗剪承載力不小于上層的百分之七十五。高鋼規，《高層民用鋼結構技術規程》（GJG99—98），規定：任一樓層抗側力構件的總受剪承載力不小于其相鄰上層的百分之八十。

3 超限高層性能設計的抗震計算要求

3.1 性能目標的確定

超限高層建筑性能目標的確定十分之復雜，相關的設計人員應該根據復雜程度以及結構的狀況來進行抗震性能目標的確定。對于大震彈性來講，性能目標是大震下結構薄弱部位或重要部位彈性。對于中震彈性設計來講，性能目標是非薄弱部位和非重要部位在大震下接近屈服。如果是針對中震下結構薄弱部位或重要部位彈性設計，則性能目標要在大震下薄弱部位或重要部位不屈服進行設計。如果是中震下結構薄弱部位或重要部位不屈服設計，則大震下薄弱部位或重要部位允許屈服，還要對結構彈塑性變形進行控制。雖然有時中震下薄弱部位或重要部位允許屈服，但是所控制的結構的彈塑性會發生變形。

3.2 結構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。而對于超過200米的，應用彈塑性時程分析。超過300米的，或者是新型結構體系，或者是結構十分復雜的，要用不同的軟件進行校對計算。在結構極其復雜的結構計算中，要使用施工模擬。

4 總結

抗震分析是實現正確的抗震設計的重要手段。我們國家的抗震規范針對于結構抗震分析給出了相對明確的要求，文章對超高層建筑的抗震分析的要點進行了簡要地分析與敘述，并結合相應的工程經驗對反應譜分析、時程分析和超高層性能設計的相應內容進行了總結與分析。希望對設計人員設計超高層建筑的抗震設計有所幫助。

【參考文獻】

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