针对高层建筑超限抗震设计及结构专项探究

英慧

【摘要】在现代高层建筑中，经常因为规划条件的影响，使得高层建筑的很多计算指标往往超过规范的要求，从而成为了超限高层建筑，而这对抗震带来的影响较大，因此需要做好建筑抗震设计，通过优化高层建筑的超限抗震性能，在确保结构性能设计指标得到满足的同时，还能确保结构与规范要求相符。因此，本文就如何对高层建筑进行超限抗震设计与进行结构专项设计要点进行了探究。

【关键词】高层建筑；超限抗震设计；结构；专项

高层建筑的超限抗震设计，主要是为了满足建筑抗震性能的需要，进而对建筑高度与结构指标进行设计，提升高层的抗震设计水平。所以需要切实做好高层建筑的超限抗震设计，并在设计中注重结构设计水平的提升，切实加强结构专项研究，在满足抗震水平的同时促进结构设计水平的提升，最终保障整个高层建筑在超限之后能有效的满足抗震需要。

1.高层建筑超限抗震设计原则分析

高层建筑超限是指超出规范要求限制的高层建筑，在项目初步设计阶段，就需要切实加强对其的审查，严格按照国家建设部们的要求，通过超限高层审查委员会的审查，从技术方面对其会进行多方论证，从而在抗震和消防上确保建筑物的质量与安全。在2002年，国家建设部出台了《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》，所以为满足其建设的需要，应在抗震设计方面加大对其的重视，严格按照《规定》对其进行抗震设计和结构专项设计。

第一，能量原则。这一原则是紧密结合性能目标，就结构在地震地面运动时的预期性能标准做好设定。严格按照规范要求对建筑水准下建筑结构的预期性能目标进行确定。而在此基础上，就需要在超限高层抗震设计中注重结构安全性评价。当评价结果显示构建承载性能较大时，能适当的将其延性要求降低，但是至少应满足性能目标中的要求，充分可能屈服、塑性变形等带来的影响，因此需要在高层建筑的超限抗震设计中，始终确保所选的性能目标的合理性，并充分考虑不规则结构带来的影响。

第二，目标原则。这一原则是科学确定目标，在不同的目标下，所采用的设计方案也不同。一是当建筑遇到小型地震之后，就需要在不用处理的前提下就能使用的目标，当发生小型地震后，建筑结构的稳定性较强，不会出现裂缝、损坏等方面的问题，且事后也不用维修就能正常使用；二是当建筑遇到破坏性地震之后，因为结构自身的抗震等级和所发地震的水平相当，此时结构虽然会出现一定程度的破坏，但是通过进行适当的维修与处理就能恢复建筑功能，进而确保建筑功能得以正常使用；三是当出现大地震之后，建筑不会出现倒塌的情况，虽然难以在维修后将其原来的功能恢复，但是能预防由于建筑物倒塌而出现重大人员伤亡的问题。

第三，方法原则。这一原则是在设计中注意设计方法的优化和完善，随着现代高层建筑的功能和结构日益复杂，尤其是在超限高层建筑中，结构已经变得日益复杂，且受到的影响因素很多，因此需要在超限设计中开展专项分析，也就是对不同的建筑结构实施专项分析，并精确分析之后，细化和量化设防标准，这样才能更好地优化其性能指标，使得抗震设计水平得到提升。一般而言，抗震设计分为2个不同的环节，其中第一环节是就小规模地震状态下的建筑弹性进行计算，结合结果范围施加地震效应与荷载力，并通过分析结构承载力，而结合抗震性能要求调整系数，确保抗震结构的截面设计更加合理，每个弹性层的位移角得到有效控制，确保建筑的抗震性能满足基本抗震的需要。第二环节是在上述分析结果的基础上，针对性的选择材料，采取针对性的抗震措施来优化和控制建筑弹性与变形问题，使得建筑可以在强震下的抗变形要求得以满足，同时按照强柱弱梁与强剪弱弯的原则，使得结构的刚度与强度满足超限高层的需要，不断提升建筑的抗震性能。

2.高层建筑超限抗震设计要点分析

2.1规则化设计要点

在对高层建筑进行超限抗震设计时，需要在遵循上述三点原则的基础上，切实加强对其的规则化设计，以提升结构质量，在综合分析结构性能的前提下，对平面进行合理规划，确保结构功能布局更加合理。同时根据实际做好结构优化，确保结构扭转刚度处于可控范围之内，预防由于结构扭转而出现结构整体性破坏的问题。在规则化设计中，应切实注重结构的匀称性和正确性，对剪力墙进行合理设计，避免薄弱部位在遭遇地震时发生变形与位移的问题。尤其是在现代高层建筑中，能有效的确保结构规则化设计而降低由于外部应力陡增导致结构被破坏的可能性，将其破坏降到最低。

2.2建筑平面与竖面规则设计要点

在高层建筑超限抗震设计中，平面与竖向规则的设计，应切实掌握其设计要点。其中，当结构为平面规则时，应采取弹性楼盖模型开展局部弹性与分块刚性分析，对结构的耦联效应进行确定。而结构不规则时，则是对楼板平面刚度变化进行分析，找到应力集中部位或者应力薄弱部位，通过增强配筋与增厚的方式加固结构，从而确保高层建筑的抗震性得以提升。此外，在楼板连接处，则设置变形缝，对不同的子结构布设对称平面结构，确保抗侧力构建能将扭转效应发挥出来，使得外围竖向构建的抗侧刚度得到提升。

3.结构专项设计

在对高层建筑结构进行专项设计时，应以确保抗震性能为前提而优化建筑结构设计，保证主体结构功能在地震的荷载下可以正常运行。一般而言，当高层建筑采用砼框架墙体结构时，严禁大于规定的高度范围，以确保结构抗震性能得到发挥。当采用的是筒体与钢筋砼结构时，若抗震强度大于9级，那么高度可以达到限高的最高值，若抗震等级是8级时，那么高度为规定限高的20%，而抗震强度等级在6-7级时，高度只有规定高度的20%。在限定高度的同时，还要对宽高比和体积外形规则度进行设计，所以需要做好对其的超限设计，尤其是做好结构的专项分析，在结构专项分析中，应对结构类型和抗震标准以及高度和规则性作为依据，对设计目标任务也要明确。在性能目标确定的基础上，对设防强度与施工成本以及损坏修复等因素，均需要综合分析，在进行目标论证的基础上，若地震地面运动情况较为复杂而难以分析，则应开展非线性分析，并做好参数设计和模型选择。在超限设计中应结合结构自振周期较长的特点，并考虑不规则结构带来的影响而选择保守的性能目标

而在进行上述初步分析的基础上，在专项分析中，还要切实强化深入根系，即做好薄弱位置的抗震分析，并结合分析结果采取针对性的加强措施，并对薄弱部位的抗震性能进行验证之后，从而对薄弱部位的结构设计能否与实际目标相符进行确定。而在此基础上，则是对超过规范的适用范围与结构不规则程度予以分析，并对场地与地震参数等条件进行确定，从而对结构时程和弹塑性以及静力等指标进行计算之后，对结构的合理性进行研究，进而对强震作用下的结构关键与薄弱部位进行明确。当结构新颖且难以判断抗震计算分析结果时，还应做好对其的验证，以确保抗震性能水平得到提升。

4.结语

综上所述，在现代高层建筑超限抗震设计中，既要坚持上述三个方面的原则，又要切实掌握其设计要点，尤其是要做好结构抗震的专项设计，这样才能确保超限高层的抗震设计水平得到整体性的提升和优化。

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