不規(guī)則高層建筑的抗震設(shè)計(jì)分析

摘 要：現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中，為獲得更佳的外觀效果，各種不規(guī)則的設(shè)計(jì)越來越多，根據(jù)相關(guān)理論與實(shí)踐分析可知，此類建筑在抗震方面存在一定的特殊性，做好相關(guān)抗震設(shè)計(jì)工作十分重要。本文首先分析了不規(guī)則建筑的震害情況及其抗震設(shè)計(jì)要求，其后提出采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，最后圍繞某不規(guī)則高層建筑工程實(shí)例展開分析，以期可供參考。

關(guān)鍵詞：不規(guī)則;高層建筑;震害;抗震設(shè)計(jì);性能目標(biāo)

1引言

基于我國城市的快速發(fā)展，各種高層建筑物拔地而起，同時(shí)基于城市形象要求，對建筑物的美觀度要求越來越高，為了更具特色、時(shí)代感、未來感，不少高層建筑呈現(xiàn)為不規(guī)則狀態(tài)。然而，不規(guī)則高層建筑在面對震害時(shí)處于弱勢，如何通過科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)，提高其抗震性能具有重要意義，本文主要圍繞此展開具體分析。

2 不規(guī)則建筑震害分析

根據(jù)相關(guān)地震災(zāi)害調(diào)查結(jié)果可得，規(guī)則建筑抗震性能相對較好，而一旦出現(xiàn)平面、豎向不規(guī)則的情況，則樓層水平位移、層間位移、薄弱層計(jì)算均會出現(xiàn)較大變化，若是處理不當(dāng)，則將直接影響結(jié)構(gòu)安全。

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師可通過設(shè)置抗震縫的方式，將原本不規(guī)則的建筑劃分為多個(gè)“規(guī)則”結(jié)構(gòu)，由此切實(shí)減少不規(guī)則問題給抗震所帶來的影響，但是此種方法會在一定程度上影響建筑物的立面造型，在一定程度上將會增加工程造價(jià)。同時(shí)，一旦出現(xiàn)地震，抗震縫兩側(cè)單體存在碰撞的可能性，由此導(dǎo)致新的風(fēng)險(xiǎn)問題的產(chǎn)生。

基于此，在進(jìn)行不規(guī)則建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)開展整體分析工作，落實(shí)結(jié)構(gòu)地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)分析;明確結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力特征，除滿足強(qiáng)度要求外，還需具有較好的剛度、延性變形能力，合理選用加強(qiáng)構(gòu)造措施，確保結(jié)構(gòu)性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。綜上，不規(guī)則建筑的建設(shè)中，合理的結(jié)構(gòu)抗震分析計(jì)算十分關(guān)鍵，是保證建筑物安全可靠運(yùn)營的基礎(chǔ)，下文主要提出采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，確保不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)整體與相關(guān)構(gòu)件均可達(dá)到相應(yīng)的抗震性能目標(biāo)。

3 不規(guī)則高層建筑基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法分析

基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法是目前結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，其可較好適應(yīng)不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求，其設(shè)計(jì)過程包括：性能目標(biāo)選用、方案選擇、評審論證，具體如下圖1所示。

3.1 性能目標(biāo)：指的是在不同的設(shè)計(jì)地震作用下，期望建筑物可以達(dá)到的性能水平，如：多遇地震、設(shè)防烈度地震、罕遇地震等，具體可查閱《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下稱“高規(guī)”）。

3.2 設(shè)計(jì)方法：一是能力譜法：多數(shù)情況下通過彈塑性方法即可計(jì)算獲得結(jié)構(gòu)抗震性能，評估結(jié)構(gòu)整體、構(gòu)件抵御地震水平作用的能力;結(jié)合地震反應(yīng)譜，可建立地震需求譜曲線，獲得結(jié)構(gòu)目標(biāo)位移與構(gòu)件的性能要求，判斷結(jié)構(gòu)整體或構(gòu)件是否達(dá)到抗震設(shè)防要求。二是位移影響系數(shù)法：此方法主要是采用調(diào)整系數(shù)法確定結(jié)構(gòu)最大目標(biāo)位移。

4 實(shí)例分析

4.1 工程概況

本文僅以某高層酒店工程項(xiàng)目為例展開分析，此建筑共計(jì)23層，地下1層，地上5層為大底盤，6～23層為塔樓。結(jié)構(gòu)高80m、大底盤高21.65m，采用框支-剪力墻結(jié)構(gòu)、梁式轉(zhuǎn)換層，屬于不規(guī)則高層建筑，抗震設(shè)防烈度7度，抗震設(shè)計(jì)要求高、難度大。

4.2 建筑不規(guī)則情況

采用SATWE、ETABS對建筑整體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，并查閱相關(guān)規(guī)范可得，結(jié)構(gòu)不規(guī)則項(xiàng)如下：

4.2.1 一般不規(guī)則項(xiàng)：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)、樓層承載力突變;

4.2.2 特別不規(guī)則項(xiàng)：特別不規(guī)則。

經(jīng)綜合分析判斷，本項(xiàng)目建筑為特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

4.3 抗震性能分析

本項(xiàng)目參考相關(guān)規(guī)范，初步擬定不同構(gòu)件抗震性能，多遇地震均為彈性，其余見表1。

4.4 抗震性能設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目分別對小震、中震作用展開計(jì)算，確定各構(gòu)件配筋，最后開展大震動力彈塑性分析，對整體與構(gòu)件性能目標(biāo)進(jìn)行復(fù)核。

4.4.1 小震作用下，按規(guī)范與“安評”的地震動參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，取兩者所得結(jié)構(gòu)底部剪力更大的樓層水平地震力開展結(jié)構(gòu)驗(yàn)算;對結(jié)構(gòu)實(shí)施彈性時(shí)程補(bǔ)充分析。

4.4.2 中震作用下，按中震彈性、中震不屈服兩種模式進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)薄弱部位后及時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置;

4.4.3 輸出構(gòu)件配筋;

4.4.4 大震作用下，采用ABAQUS 軟件進(jìn)行大震彈塑性時(shí)程分析，評估整體、構(gòu)件性能是否滿足擬定目標(biāo)，對薄弱部位及時(shí)調(diào)整。本項(xiàng)目通過計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剪力墻不滿足抗震性能目標(biāo)，經(jīng)綜合分析后采取以下調(diào)整措施：（1）對部分剪力墻中部開洞，構(gòu)成連梁耗能機(jī)制;（2）適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)其它部位豎向構(gòu)件;（3）增強(qiáng)外圍構(gòu)件剛度，形成剪力墻強(qiáng)連梁。經(jīng)調(diào)整后再次計(jì)算分析顯示，剪力墻滿足擬定性能目標(biāo)。

5 結(jié)語

綜上所述，在建筑工程抗震設(shè)計(jì)中，不規(guī)則建筑具有一定的特殊性，同時(shí)抗震設(shè)計(jì)的要求也較高、難度較大，基于此合理采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法具有重要意義，其通過確定合理的性能目標(biāo)，并采用彈性時(shí)程分析、關(guān)鍵構(gòu)件性能分析、彈塑性時(shí)程分析等方法，對不同設(shè)計(jì)地震作用下的建筑結(jié)構(gòu)整體與構(gòu)件的性能進(jìn)行計(jì)算分析與判斷，由此合理提出相關(guān)調(diào)整建議，確?？拐鹪O(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，滿足實(shí)際要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊曉強(qiáng).某復(fù)雜傾斜高層建筑抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題研究[D].浙江大學(xué)，2016.

[2]伍云天，姜凱旋，楊永斌，等.中美超限高層建筑性能化抗震設(shè)計(jì)方法對比分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2015，36（2）：19-26.

[3]管民生[1，2]，蔡威[1]，etal.某超限高層結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)[J].工程抗震與加固改造，2016，38（4）：21-28.

[4]章傳勝，ZhangChuansheng.南京明發(fā)新城金融大廈超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué)，2015，31（3）：116-121.

[5]劉建明.某框架-核心筒超限高層結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué)，2015，31（1）：122-125.

作者簡介：馮鵬（1989-12）男?漢族?碩士研究生?湖南岳陽人?工程師?主要從事：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。