陈鑫
徐州市建筑设计研究院有限责任公司江苏徐州266033
摘要：在科技技术飞速发展的带动下，现代城市建筑的规模日渐扩大，城市现代化的水平也逐渐与国际接轨。但是一旦城市遭遇地震，受到剧烈震荡时，建筑就可能会直接倒塌，从而造成大量的人员伤亡。因此，建筑工程的抗震设计显得极为重要，必须要对建筑工程的抗震设计进行深入的研究，尤其是超限高层建筑进行设计的过程中。
关键词：超限高层建筑；性能；抗震设计
引言
在城市化进程不断深入的影响下，我国建筑行业得到了蓬勃发展，越来越多的超限高层建筑投入建设与使用当中。由于人们的生命财产安全与建筑工程的安全性能密不可分，因而基于性能的设计方法在建筑工程行业得到了广泛关注。在超限高层建筑的建设过程中，通过采用基于性能的抗震设计方法，可极大程度上提高建筑物抗震的可能性，在有效避免地震灾害的同时，促进我国高层建筑的长远发展。
一.我国超限高层建筑抗震设计的缺陷和不足
一个国家的经济水平基本决定了这个国家的科技水平。我国现在的科学技术水平在实际的超限高层建筑的过程中，对于基于性能的抗震设计还是不能够解决在建设过程当中的问题；并且，由于社会的发展和城市化建设的需要，人们对于超限高层建筑的使用功能的复杂化和不同需求的提高，这对于超限高层的设计就更加复杂化，在建设项目的决策阶段对工程进行可行性研究是依据相关的依据来取得相关的结果的，这就会出现和实际情况不符难以实施的情况。由于社会的不断发展这就需要对每一栋超限高层建筑单独进行创新设计，这就给界定高层建筑的抗震性能水平增加了难度，由于多种因素的影响，就要增加对高层建筑的计算和分析。所以说，在超限高层建筑的抗震设计中采用基于性能抗震设计是最科学、合理的。基于性能的抗震设计优点，可以把三水准的设防标准进行具体的细化和详细量化实施，在对建筑工程进行抗震设计当中，对于性能水平分辨的原则及性能标准和选择实施要特别重视，并且要特别进行深入的分析和论证。但是基于性能的抗震设计所要解决和研究的问题比较多和繁杂，特别是在地震级别的确定及计算模型和系数的确定问题上。可以确定的是，只要以此方法来对建筑进行抗震设计，随着科学技术的不断发展和进步，就一定可以提高超限高层建筑的抗震性能。
二.超限高层建筑的抗震设计要点
2.1保证建筑结构的规则性
高层建筑在前期设计过程中，我们的设计人员要基于建筑性能综合考虑，结合建筑实际要满足的需求，科学、合理的设计相关功能，并规划出建筑工程平面。与此同时，我们的设计人员还要考虑当地地理因素，以最大程度的满足业主自身需要为基础来完善相应工作。对于超高层建筑，这几点就显得尤为重要，因此，在设计和施工阶段，必须要切实的保证建筑的扭转刚度在规定的设计要求之内，还要尽可能的去避免因结构扭转造成的建筑物抗震性和安全性受损的影响。还要值得注意的就是，相应的建筑结构一定要保证很好的对称性和均匀性，这就需要更加合理的布置每个剪力墙，及时的注意到建筑结构的薄弱点，避免在特殊情况时导致的建筑物损坏，甚至坍塌的风险。所以，对于我们的设计人员来说，就要不断提高自身素质，重视到高层建筑在地震时的各种反应，并结合实际情况做好理论分析，避免在建筑体应力变化时，导致的建筑体内部结构严重破坏的影响，将这种影响降到最低。
2.2严格控制层间位移
在对超限高层建筑工程设计的过程中，基于性能设计必需完成全方位的探讨。例如工程价格系统与材料的选择，高度比以及侧向荷载、位移把控等环节。于此同时，必需加强平面的科学的规划，而钢筋混凝土结构的位移环节在此过程中占据着非常关键的地位，因此，必需给予高度的重视，给予严格的把控。同时与实际工程状况相结合完成科学的设计，进一步保证其结构的稳固性以及抗震性，从而保证超限高层建筑基于性能设计得到更好的发挥。
三.实施超限高层建筑抗震性能设计的方法
3.1加强超限高层建筑的基础设计
超限高层建筑的危险系数较大，特别是超高的部分，在防风和抗震性能的设计环节一定要谨慎，为了保证建筑物的质量，加强基础设计是关键。建筑工程师要根据不同的高度逐层设计，保证承重力度，在同等高度的设计中也要做到材
料、结构、地基和受力分配等都能大概相同，这样施工建设的建筑才有与地震抗衡的资本。
3.2充分减少地震作用力的输入
在抗震设计时，应当与位移结构抗震法相结合，通过分析来制定出科学、具体的减震设计方案，确保超限高层建筑结构的形变能力达到地震发生时的形变要求。工程人员除了要验算建筑结构承载力，还需对大震发生时建筑层间的位移延性以及位移角的限值比进行严格控制，明确构件的构造需求及其变形值等。
3.3对建筑的刚度进行严格控制
在结构计算表格中，超限高层建筑的刚度通常表现出周期性的规律，进而对主体结构的位移变化产生影响。因此，建筑工程人员在设计过程中，可通过对有关刚度参数进行调整，从而达到调整建筑物结构刚度的目的。例如，通过对建
筑截面的尺寸、混凝土强度、剪力墙结构开洞大小、梁钢度放大系数等参数进行调整，在实现建筑刚度调整的基础上，达到有效抗震的目的。
四、工程案例
4.1工程概况
本项目为部分框支剪力墙结构。设防裂度为Ⅵ度，场地类别Ⅱ类。该建筑位于一山坡顶部，下面6层为商业及酒店，底部有两层架空，上部28层为住宅，转换层在结构8层，属于高位转换，结构高度为132.1m，属于B类建筑。
4.2结构分析
4.2.1计算软件和计算模型
本工程采用SATWE、MIDAS作为软件进行对比分析。分析时均采用振型分解反应谱法计算地震作用，并考虑了偶然偏心及双向地震作用，采用CQC法进行振型组合，分析模型如图1～2所示。
4.2.2弹性分析计算结果
结构在地震作用下（X向和Y向，不包括偶然偏心及双向地震作用）和风荷载作用下的最大位移角计算结果见表1。
在考虑偶然偏心影响的规定水平地震作用下，楼层的竖向构件最大水平位移和层间位移与此楼层平均值的比值见表2。
高层建筑的竖向体型宜规则均匀，侧向刚度宜上大下小，逐渐均匀变化，图3～4列出了侧向刚度V/△h的对比情况。
两种程序计算结果在1～9层结果差别较大，且midas计算结果表明在第五、七层刚度薄弱，satwe计算结果表明在第六、七层存在薄弱层，针对此超限情况，将第5～7层设定为薄弱层，地震力放大1.25倍，抗震构造措施提高一级。
4.3弹性时程分析计算结果
根据弹性时程的分析结果可得出：由三条时程波计算出来的楼层底部剪力平均值，明显小于反应谱的计算值，结果满足规范要求。在实际设计过程中，可参考时程波的楼层剪力平均值以及反应谱的包络值进行构件的设计。2.4静力弹塑性推覆分析按照抗震性能目标的要求，结构需要在大震作用下满足“大震不倒”，这也是抗震规范要求的“第二阶段”的设计，利用SATWE的PUSH&EPDA模块对结构进行了罕遇地震下的静力推覆分析。
各加载模式下，性能点对应荷载下的最大位移角1/323，能满足规范不大于1/120的要求。
以CQC加载方式为例，图5分别给出了加载过程中相当于“小震”、“中震”、“大震”荷载水平下结构的X向塑性铰分布情况。
由上述塑性铰发展的图示可见，在相同荷载水平下，X向和Y向推覆荷载下的塑性铰发展情况比较类似：在相当于“小震”水平的X向和Y向推覆荷载下，塑性铰开始出现在结构周边中部几层及上部几层的的连梁上。
在相当于“中震”水平的X向和Y向推覆荷载下，连梁的塑性铰在“小震”推覆荷载基础上增多，其中上部几层增加较多，而且塑性铰出现范围向中部几个楼层扩展。
在相当于“大震”水平的X向和Y向推覆荷载下，结构连梁基本上都出现了塑性铰，且底部和上部几层周边连梁进入塑性区较深。
由此可见，在“小震”荷载水平下，结构整体性能基本保持弹性。在“中震”荷载水平下，结构的塑性发展有限，在接近“大震”的荷载水平下，破坏主要表现为连梁的塑性铰出现以及底部的连梁退化。连梁作为耗能构件首先破坏达到了消耗地震能量的目的。
五、超限高层基于性能设计抗震设计的发展方向
5.1随着全球多元化的发展，超限高层建筑的设计理念、设计形式、施工技术以及施工材料也向着多元化发展，世界各地的建筑风格和形式都在求新求异，超限高层也不限于传统的结构模式，在结构稳定性高的前提下，各种层出不穷的建筑形式纷纷涌现，其发展的方向还会向更宽广的领域发展。
5.2目前遵循的超限高层设计方法也有待提高，随着科技的进步，对建筑物的设计方法也在不断变革，使得建筑物的结构越来越复杂，对抗震性能的设计要求也越来越高，如何改善这种状况成了未来行业发展的头等大事。
5.3运用计算机辅助软件进行超限高层建筑设计已经不是难事，未来还有可能出现竖向不规则或者是有加强层的建筑，运用了等效原则，将建筑物的结构看成是三维自由度模型，这就使得设计变得简单一些，对不同的建筑进行比较分析，找出一个最适合的抗震设计强度。
5.4目前超限高层建筑基于性能的抗震设计的性能水平是从多层建筑引入的，虽然经过了一些细化，但其使用起来还是很难界定的，每一栋新建筑都带来新的问题，由于结构可能竖向不规则，使用位移或层间位移作为评价标准还是值得商榷的。对于基于性能的抗震设计，还有一个重要的问题就是基于建筑物全寿命的损益分析，这里就包含了更多的不确定因素，超限高层建筑的在役损伤评估、全寿命估计，以及整体造价和服役期间维修改造费用的估计等，这都需要相关学者进一步去研究。
六、结语
综上所述，作为人们居住、工作的重要场所，建筑住宅的工程质量与人们的生命财产安全有着直接联系。如果建筑结构不具备强有力的抗震性能，那么一旦发生地震灾害，就极有可能导致严重的经济损失及人员伤亡情况。在此种情况下，建筑工程人员纷纷对基于性能的抗震设计报以了高度重视，并展开大量研究，为我国的建筑事业的长远发展提供充分保障。
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