高烈度區超高層剪力墻結構抗震性能管窺

陳彬

摘要：近幾年來，隨著工業化水平的不斷提高，建筑樓層的高度日益增高，建筑的結構與形式也越來越復雜，如今各式各樣的超限超高層建筑已經十分常見。在這些建筑當中，作為具有優良抗震性能的結構體系，剪力墻結構已經得到了較為廣泛的應用。然而，在對這類結構的抗震性能進行分析的過程當中，我們會發現其中還存在著一些亟待解決的問題。因此，對于每一特定的工程而言，有關工作人員都需要根據各方因素與實際數據進行合理的分析，總結出其中的規律，以應對實際應用當中存在的問題。

關鍵詞：高烈度區；超高層；剪力墻；抗震性能

一、高烈度區超高層剪力墻結構抗震原理

在對超高層建筑結構的地震反應進行分析時，建筑結構單元構建的分析模型將直接影響地震反應分析最終結構的準確程度，因此，這就需要工程技術人員對建筑物結構和構建建立起合適的數學模型，使其充分滿足建筑物在實際受力的形變以及受力情況。以目前來看，較為常見的抗震分析方法主要有振型分解反應譜法、靜力彈塑性分析方法以及動力時程分析方法等三種，下面將對其具體的工作原理進行簡要分析。

作為目前使用最多的一種地震響應分析方法，振型分解反應譜法出現于上世紀四十年代期間，是主要的地震響應分析方法之一，并且還被列入了很多國家抗震規范規定的分析方法。如今，隨著科學技術的不斷發展，反應譜理論在相關研究人員的不斷探索下已經取得了顯著的成果。它經歷了由靜力向動力的轉變過程，為高層建筑結構的抗震設計以及軟件分析等方面都奠定了堅實的基礎。靜力彈塑性分析方法也可以稱作推覆分析法，它是介于彈性分析與動力彈性分析之間的一種方法，目標位移法與承載力譜法是其理論的核心所在。首先，靜力彈性與塑性分析要先經過一般的設計方法，使其結構滿足小震不壞、中震可修的基本要求，然后對其在大震下的抗震能力進行分析，觀察其結果能否滿足最終的抗震要求，再進行適當的修正與改進。而動力時程分析法則是在上世紀六十年代間逐漸發展起來的一種抗震分析方法，主要是用來對工程進行抗震研究以及對超高層建筑進行抗震分析，隨著時間的推進而逐漸普及于各國，是通過將結構基本運動方程代入到地震波加速度的曲線中進行積分，從而得出整個過程的地震作用的一種方法，是一種補充的計算方法。

二、剪力墻剛度及配筋率對結構抗震性能的影響

通過對高烈度區超高層剪力墻的抗震性能進行分析，我們很容易得出剪力墻的剛度以及配筋率的大小對其具有不同程度的影響。研究表明，由于剪力墻具有側向剛度高、整體性能良好等優點，其具有較好的抗震能力。因此，在此類工程的實際設計當中，有關設計人員在對剪力墻的布置方案進行確定時，往往還需要對剪力墻的數量以及截面大小進行多次的調整，以使其滿足實際規范的需求。在實際的工程當中，我們常說的剛重比指的就是結構的側向剛度和重力荷載設計值的比值。在設防烈度不同的地區，為了滿足地震作用條件下對需求層間位移角的規范要求，還需對配筋率進行控制。然而，單純地提高剪力墻底部加強區的配筋率不僅無法滿足其抗震性能的提升，在一定程度上還會使其有所下降。因此，首先要對剪力墻的數量、截面進行調整，再適當增加剪力墻邊緣構件的配筋率，以達到目標設計性能。

三、超高層建筑物抗震設計的有效對策

就目前而言，超高層建筑的類型主要包括大底盤、大裙房以及點式建筑等，其結構體系種類眾多，主要有筒體結構、鋼與混凝土的混合結構以及剪力墻結構等，其中剪力墻結構被普遍運用于高烈度地區100至150米之間的住宅結構當中。眾所周知，對于高烈度地區的超高層建筑而言，良好的抗震性能具有十分重要的作用。地震作為一種自然現象，人們至今無法對地震的發生作出定量、定時以及定點的預測，因此，在這些超高層建筑物中，對于其抗震性能的設計也不能僅僅追求“小震不壞，中震可修，大震不倒”的傳統目標，對于其中重要的結構而言，應該有更高的標準。是以，筆者將就對超高樓層建筑物抗震設計的有效對策論述如下。

首先，為了滿足抗震的實際需求，鋼筋混凝土建筑的承載力、剛性、穩定性以及能量的吸收與耗散性能等都應該滿足地震作用下的要求，除了選用合理的建造結構與正確的構造措施以外，還應關注概念的設計內容。其次，要明確抗震設計的最終目的是為了使地震產生的能量耗散出去，避免結構被破壞。同時，還應該明確的是抗震設計要求與一般的靜力設計要求有很大的區別，設計環節中某一部分的結構過強，反而會使得結構更加容易被破壞，因此要尤其避免出現局部強度過高的現象。此外，在高層建筑的設計過程中，對于已經提出的設計方案，還要根據實際情況的區別進行不斷的優化和完善，在保證抗震性能的同時注意節能減排。最后，對于超高層建筑本身而言，它不僅需要具有足夠的承載力，其結構還必須具備足夠的側向剛度，使其在地震的橫向作用力下也能夠具有一定的抵抗能力。

四、結束語

綜上所述，由于超高層建筑物的數量越來越多，建筑的結構和形式也越來越復雜，因此，有關工作人員需進一步對設計的相關理論以及設計規范加以完善，從而制定出實際可行的定量抗震性能關系，以充分滿足不同設防烈度區域的實際要求。此外，隨著地震作用下性能化設計的出現，在對超高層結構進行設計時，往往需要考慮的關鍵是其延展性能，其中鋼結構的優勢至關重要，是以，我們不難看出，混合結構將成為超高層結構設計的一大趨勢。