高层建筑结构抗震设计的实践及体会
摘要：现代建筑为了追求多功能.多变的使用空间及丰富的立面效果，常采用较为复杂的高层建筑结构体系，于是超限高层建筑应运而生，这使高层建筑抗震设防工作成为结构设计的重点和难点。
本文结合实例对高层建筑结构抗震设计做出研究和分析，并采取必要的抗震措施，仅供同行参考。
关键词：高层建筑剪力墙结构抗震设计
随着社会需求的多样性和我国科技的迅猛发展，建筑物的高度是越来越高，建筑结构也变得更加复杂，这无疑给建筑行业的建筑结构抗震设计工作增加了难度并带来挑战。
我国是一个地处多地震带的国家，东邻太平洋地震带，南接亚欧地震带，地震分布面积较为广，地震活动频度高、震级大，是世界上遭受地震灾害较为严重的国家之一。
一次大地震可能在很短的时间内毁灭一座城市，导致重大的经济损失和人员伤亡；据统计，20世纪全球地震造成的死亡超过200万人，振动时间总和不到1小时。
因此，提高高层建筑结构抗震设计水平，已经成为我国城市建设和发展中所面临的一个重要课题，很多专家学者长期从事抗震研究工作，本文利用最新的研究成果建筑解决建筑（尤其是高层建筑）抗震设计中的难题。
一、工程概况
某商住两用建筑工程项目为超限高层建筑，建筑面积56500㎡。
地下共3层，地面以上54层，首层层高为5m，2-54层为住宅标准层层高为2.8m，其中21层为设避难兼设备层，层高为2.8m。
标准
层平面尺寸为39.9m×39.5m。
该塔楼结构高度为158.6m。
建筑抗震设防类别为丙类，建筑场地类别为ii类，抗震设防烈度为ⅵ度（设计基本地震加速度为0.05g，多遇、偶遇地震下amax 分别取0.05g、0.1g），结构设计使用年50年。
风荷载计算按百年一遇的基本风压取值0.35kn/㎡，地面粗糙度c类。
二、工程特点和抗震性能目标
该工程为钢筋混凝土剪力墙结构体系（裙楼部分为框架结构），建筑总高度l58.6m，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2010）3.3.1条，该塔楼超过a级高度（超过高层建筑的最大适用高度140m的13.28%），属b级高度的高层建筑；其结构高宽比1.o1，小于《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2010）第3.3.2条规定中级高层建筑最大高宽比限值；结构竖向规则；非偶然偏心，扭转位移比小于1.2，考虑偶然偏心5%时扭转位移比最大为
1.26>1.2，该工程为平面扭转不规则结构，属于一般超限高层建筑。
通过细致的分析，采取相应的措施可改善结构性能。
据此确定结构的抗震性能目标如下：
1）主体结构满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标。
2）大震下主要结构构件不发生剪切和压溃破坏，即在结构层间位移角不超过弹塑性位移角限值的情况下，主体结构不得丧失抵抗重力荷载的能力。
3）主体结构不倒塌的情况下连接体不得垮塌。
本工程各构件在各震级下采用不同的设计具体要求，详见表1。
三、建筑地基基础设计分析
根据地质勘察报告，工程地质条件较好，场地覆盖土层厚度约为l5～18m，上层主要为粘土层，其下为中风化白云岩或微风化白云岩，岩层面起伏不大，中风化及微风化白云岩岩石饱和单轴抗压强度f 分别为25mpa至35mpa、承载力特征值分别为4000kpa及7000kpa。
结合本工程场地的地质情况本工程采用墙下单桩或多桩承台基础型式，采用大直径（d=1000～1800mm）机械冲孔嵌岩桩，桩端嵌入持力岩层分别为：中风化岩层大于或等于6m及微风化岩层大于或等于0.5m，桩长6-15m。
四、结构设计与计算分析
4.1结构体系
剪力墙结构以±0.000层为上部结构嵌固部位。
剪力墙截面：-3～7层为200～400mm；其余为200-300mm，楼面梁大部分为
200mmx500mm，外围墙肢之间（平面内）按连梁布置；±0.000层楼板厚度200mm，标准层板厚度100～150mm，核心筒区及周边公共通道板厚120mm（双层双向配筋）；屋面板厚120mm；墙混凝土强度等级为c55～c25，粱、板混凝土强度等级为c35～c25。
4.2结构计算分析
4.2.1结构小震弹性分析
结构抗震验算采用扭转耦联振型分解反成谱法，并考虑偶然偏心
影响。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2010）第5.1.12条：b级高度的高层建筑结构应采用至少两个不同力学模型的三维空问结构分析软件进行整体内力位移计算等其他相关规定。
分别采用satwe与pmsap及gssap工程计算软件进行建模分析，计算结果见表2。
据上表结果可知，在地震作用和风荷载作用下，主体结构的周期、位移、刚度等各项指标均满足抗震规范要求；三个程序的计算结果相近，未出现原则性冲突或矛盾的结果，对比可知计算结果合理、有效，说明结构体系选择适当，结构布置合理，构件截面尺寸合理。
4.2.2结构弹性动力时程分析
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2010）第5.1.13条规定，本建筑为b级高度的高层建筑结构，应采用弹性时程分析法进行补充计算。
本工程采用中国建筑科学研究院编制分析程序satwe进行计算，建立分层模型，将各楼层的质量集中于楼层处，形成弹性多质点体系，然后输入地震波进行动力时程分析，得结构各点的位移、速度和加速度反应，由位移反应计算结构内力。
按ⅵ度地震ⅱ类场地土，特征周期0.35s，选用两组天然波th2tg035、th3tg035，一组人工合成波rh3tg035，输入地震加速度最大值为35cm/s?（参考ⅶ度区），按双向地震波输入，结构阻尼比0.05。
弹性动力时程分析结果见表3，每条时程曲线计算所得的结构基底剪力均大于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，3条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法
求得的底部剪力的80%。
除顶层塔楼由于鞭梢效应位移角较大外，其余楼层位移及剪力沿竖向分布均匀，无突变，地震作用效应基本均小于振型分解反应谱法计算结果。
4.2.3结构中震、大震分析
中震分析取水平地震影响系数最大值 max=0.16，不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数），本工程中震数据来源于satwe计算结果。
严格控制剪力墙墙肢轴压比，中震弹性计算结果表明，中震作用下底部加强区剪力墙仍处于弹性阶段，表明剪力墙的抗震性能得到了较好的保证。
所有楼层粱均未出现受剪破环，个别框架梁和连梁出现塑性铰，通过调整粱截面或对梁采取竖向加腋的措施，使其满足抗弯不屈服的要求，以保证结构整体满足‘‘中震可修”的第二水准的抗震设防目标。
本工程处于ⅵ度设防区，且不属于特别不规则和严重不规则结构，侧向刚度均匀无突变，无结构薄弱层，且满足第二水准的抗震设防目标。
该工程位于6度抗震区，可通过概念设计，并结合合理的抗震措施，来满足罕遇地震作用的要求；从而实现“大震不倒”的第三水准的抗震设防目标。
4.2.4依据《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2010）第3.7.6条要求，对高度超过150m的高层建筑，尚需控制平时使用时结构顶点在风荷载作用下的最大加速度。
经计算，本工程计算的顺风向结构顶点最大加速度为0.017m/s?，横风向结构顶点最大加速度为0.o13m/s?，小于或接近规范限值0.15m/s?，因此，该建筑结
构满足规范对于风荷载下的舒适度要求。
五、优化建筑结构抗震设计的措施
为确保工程质量安全，对工程结构抗震设计的注意事项和优化措施如下：
（1）提高基底底部加强区及其上一层的分布筋配筋率。
提高与剪力墙相邻的框架柱纵筋配筋率及配箍特征值。
（2）为了保证强柱弱梁，严格控制柱的轴压比，框架梁抗震等级采用三级。
通过弹塑性时程分析得出的薄弱层楼层地震剪力按放大1.15倍采用；
（3）尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺并改善结构的抗震性能；
（4）重视建筑材料的选择，选择符合抗震需求而且经济适用的建筑结构材料，如采用高强抗震钢筋hrb400e、hrbf400e、heb500e 、hebf500e，以提高结构的延性和耗能性能。
（5）高层建筑结构防震可以设置多道抗震防线，增强对地震的抵抗力。
剪力墙结构中剪力墙可以通过合理设置连梁（包括非建筑功能需要的开洞组成多肢联肢墙），使其具有优良的多道抗震防线性能。
通过采取以上措施可保证结构具有良好的抗震性能，能够达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标。
结束语
本文结合工程实例，分析了超限高层建筑结构的抗震设计。
本工
程采用了多程序对建筑结构进行详细的弹性动力时程分析，评价其抗震性能并提出相应的加强措施。
详细分析结果表明，本工程建筑结构的工作状态和性能均能达到抗震设计的预期目标和规范要求，保证工程结构具有良好的整体抗震性能。
参考文献：
[1]jgj3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程
[2]jgb50011—2010，建筑抗震设计规范
[3]gb50010—2010混凝土结构设计规范
[4]王涛.钢筋混凝土框架一剪力墙结构弹塑性地震反应分析.哈尔滨：中国地震局工程力学研究所，2006.。