基于性能的设计方法在超限高层建筑结构中的应用

超限高层结构随着经济建设的发展不断增多，不仅提供了舒适的生活环境，节约了土地资源，也带来了结构抗震的诸多研究课题。关于超限高层建筑工程抗震设防的研究，在我国已经拥有了较为完善的管理体系，而且新的抗震设计思想也层出不穷。本文围绕基于性能的设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用展开论述，主要涉及基于性能抗震设计的原理和方法，诸如静力弹塑性分析的实施等，结合超限高层建筑结构实际案例，提出抗震设计思想的改进方法，力图为工程建设中的抗震设计提供有针对性的建议，为今后的超限高层建筑的实际工程建设提供参考资料。

关键词:超限高层结构;抗震设计;改进方法

1超限高层结构中基于性能的抗震设计思路

超限高层结构基于性能的抗震设计思路，是本着确保人们的生命和财产安全为目标的。在我国的抗震规范设计思路上，要求结构要具有对抗小震的强度验算及对抗大震的薄弱层控制的技术和方法，做到小震不坏，中震可修，大震不倒。因此，遵照这个原则，基于性能的抗震设计方法有了大量的研究和实践成果。基于性能的超限高层结构设计，主要包括的内容有结构的设计原则、结构的布置、结构的质量把握、维修维护等内容。具体落实包括从设计到可行性研究、施工质量管理等各个环节［1］。

基于性能的结构抗震性能水平指的是对结构的破坏程度进行预期的评估，根据评估出来的构件可能遭到的破坏以及内部设施能够用于地震设防的作用等进行全面的考虑，将被破坏的状态、经济影响因素等加以预估，以保证人们的人身和财产安全得到最大程度的保护。关于结构抗震性能的规定从2011年就开始进入实施阶段，内容囊括了结构抗震性能的设计，其中包含了四个等级的结构抗震目标的划分以及五个结构抗震性能水准设定。新规定克服了旧有规范在抗震设计思想中的种种不足，引进了新结构体系、设计方法以及材料的应用，使得超限高层建筑的构件的承载力和变形等要求有了更加合理的参照标准和规范［2］。

如对于超限高层结构的抗震性能水准的规定包括:在地震作用下，结构应保持基本完好，人员不会受到伤害;结构的个别构件如果发生损伤，可以经过修复后继续使用;结构中的薄弱环节和部位能够保持完好，如果个别部位发生微裂缝等问题，则通过修复可以恢复使用;在强震作用下，构件发生中等程度以上的损坏后，结构可能会发生严重的损伤，但是不能对人造成伤害，不允许局部和整体发生倒塌。

2工程案例

重庆市某超高层建筑(见图1)，占地面积11346m2。分为地下5层和地上48层，采用框架剪力墙结构。该建筑所处地段频临江边，地理位置优越，沿江部分采用斜向45°的剪力墙作为转换层的正交布置。标准层和转换层的平面布置严格按照高层建筑混凝土结构的技术要求施工。该设计理念使结构的布置不规范，转换层的结构包含了主次梁的转换，整个工程属于较为复杂的超限高层的建筑，具有竖向凹凸不规则、楼板局部不均匀、竖向不连续等超限问题［3］。

根据该工程的特点，应业主要求，在施工中针对不同水平的地震作用进行了预估计，对地震作用下的性能指标进行了设计。在地震作用下的结构构件弹性的设计，按照行业规则，首先对荷载组合中最不利的部分进行了设计，主要设计的内容包括了承载力的要求、构件的系数调整、内力的增大等。见表1。

除了楼板等结构构件的承载力之外，根据建筑中抗震性能的类型进行了相关荷载组合的设计，考虑的因素主要包括构件内力的增大、系数的调整等。对于罕见强震的结构构件中的竖向、转换构件以及首层以及转换层的薄弱部分、地基承载力的荷载等的设计［4］。见表2。

1)地震作用下的设计参数分析。该工程在抗震防烈度上被设计为6级，按照地震的加速度值进行了分组，场地类别为II级。在对地震波的分析中，采用了阻尼比的分析方法。见表3。

对于地震作用下的结构设计，该工程采用了中科院的结构抗震设计软件进行了计算，计算的内容包括地震周期、作用、折减系数、刚度影响等。经过计算，结合实际，只要结构设计符合地震作用下的抗震规范要求，能够使得剪力的平均值小于震型分解反应中的结构内力要求，就可以保证建筑结构对抗地震的破坏。2)建筑结构在遇到罕遇地震的结构分析。根据建筑结构的弹塑性静力分析，建筑结构的非线性可以按照弹塑性动力时程的原理进行计算。例如本工程中的自由度高柔体系为5S，那么弹塑性静力推覆可能需要的周围不能大于2S，因此，根据有关结构弹塑性动力分析的规定，结构构件中的内力和变形、位移等，需要采用弹塑性动力分析的方法对震波进行研究。将地震波最终计算得到的结构的平均值作为设计的依据，按照弹塑性实程的方法，对结构的抗震性能进行设计。工程中结构平面的45°斜向正交布置的结构方法，使得弹塑性时程分析要对结构地震相应地进行地震波的分析、补充验算。得到的结论是，当结构在45°的地震作用下，结构的响应度应保持在0°和90°为最佳设计思路［5］。因此，根据计算的分析，工程选用了两种度数作为主要分析的方法，将最大层间的位移角和转换层的层间位移角的抗震性能以及目标进行了设计，针对罕遇地震作用的剪力和倾覆弯矩的设计能够对抗大型的地震，使得结构进入了弹塑性极端。3)工程的主要构件的抗震性能的分析。楼板的抗震性能通过地震增大系数法，对于地震作用下的楼板应力进行了分析。首先是得出在弹性大地震作用下的转换层楼板的应力计算图，得到转换层在地震作用下不屈服的性能指标，然后根据标准层薄弱部分的截面法的分析结果，得到楼板的合成剪力、转换层对框、支柱、加强区的剪力墙等部位的内力分析结果。见表4。

3结语

关于超限高层建筑的抗震设计思路，随着科学技术水平的不断提高，已经实现了以实际震害为背景的抗震设计，而且随着国际研究领域的重视程度的提高，在充分把握结构、变形、受力等特征的基础上，不断注重结构整体抗震性能的设计目标的整体分析和优化［6］。当今的结构设计已经在结构弹性分析和弹塑性分析的基础上，能够整体确立结构的基本特征，布置结构平立面，验算出结构构件在地震反应下的性能目标，给予设计准确的计算结构的指导，同时经过振动台的实验给予论证，高层建筑结构设计的思路还将不断得到扩展。