中大震作用下高层建筑抗震性能分析及其构造措施探讨摘要：对于超高层建筑或者超限结构来说应当对结构采取中、大震下的抗震性能分析，本文通过结合某高层结构设计实例，除了对该结构采取小震弹性分析外，还将增加“中震不屈服”、“中震弹性”等方法对结构关键构件进行设计，控制结构的抗震性能。

通过中、大震的抗震性能分析提出可行的抗震构造措施，为同类结构提供指引。

关键词：结构设计；超高层结构；抗震分析；抗震构造措施Abstract: For tall building or overrun structure for ought to the structure of the earthquake, take the seismic performance analysis, this paper through the combination of a high-rise structure design example, in addition to the structure of small earthquakes to elastic analysis outside, still will increa se “the shock of do not yield”, “the shock of the elastic” method of key component structure design, control structure seismic performance. Through the aseismatic performance of strong earthquakes, and analysis the feasible seismic structural measures, to provide direction for the similar structure.Key words: Structure design; Super-tall structures; Seismic analysis; Seismic construction measures1．工程概况本项目定位为创造高品质的、包含超高层超甲级写字楼及商业性办公楼，形成新型的商业聚落空间及城市综合体。

塔楼由一栋超高层建筑组成。

总建筑面积为94532.54㎡，地上层数为32层，地下为2层。

结构类型采用框架-核心筒结构。

由于主楼结构布置相对比较复杂，因此需要对其采取中震和大震下的抗震性能分析。

2．中、大震下结构抗震性能目标根据按照《抗规》1.0.1条规定及条文说明，抗震设防性能目标主要通过“两阶段三水准”的设计方法和采取有关措施实现。

结合本高层结构实际情况，除了对该结构采取小震弹性分析外，还将增加“中震不屈服”、“中震弹性”等方法对结构关键构件进行设计，控制结构的抗震性能。

对于本高层结构中的节点，按强节点弱构件的抗震性能要求设计。

针对中震以及大震抗震目标，笔者总结了高层结构中大抗震设防性能目标细化见表1所示。

表1高层结构中大抗震设防性能目标地震烈度中震(设防烈度地震) 大震(罕遇地震)性能水平可修复损坏不倒塌结构工作特性允许个别连梁和框架梁抗弯屈服允许出现抗弯屈服，不发生剪切破坏，控制层间位移角层间位移限值- 1/100核心筒底部加强区保持中震弹性；非底部加强区按中震不屈服验算底部加强区不进入塑性；非底部加强区允许进入塑性，控制塑性变形；满足大震下抗剪截面控制条件连梁允许少量抗弯屈服，不出现抗剪屈服允许进入塑性不得脱落，不严重破坏，变形不大于0.9倍塑性变形限值，不允许剪切屈服外框柱底部加强区保持中震弹性，非底部加强区按中震不屈服验算允许部分构件弯曲塑性发展，控制塑性变形；不发生剪切破坏；不形成楼层破坏机制外框梁按中震不屈服验算允许出现抗弯屈服，控制弯曲塑性变形；不出现剪切屈服楼板允许开裂，控制裂缝宽度，控制楼板钢筋的应力水平允许开裂，控制裂缝宽度，钢筋不屈服其它构件按中震不屈服验算允许进入塑性，不倒塌3．中震不屈服分析3.1分析原则对结构采取中震不屈服分析，采用规范谱相关参数作为设计依据，具体可以通过以下措施实现中震不屈服设计：地震影响系数最大值按设防烈度取值；荷载分项系数取1.0，保留组合系数；取消组合内力调整（取消强柱弱梁，强剪弱弯调整），即内力调整系数取1.0；构件抗震承载力不进行调整，即抗震调整系数γRE 取1.0。

；材料强度用标准值；不与风荷载组合。

对于结构中的构件承载力的计算应当仍采用《混凝土规范》、《型钢混凝土规程》的有关公式进行，但其中混凝土强度、钢材强度均用标准值。

通过对结构采取中震不屈服分析，主要针对结构中的主要构件中震不屈服验算，即剪力墙、柱、连梁、框架梁，不考虑次梁等次要构件。

同时为了有效地确保结构在中震作用下能有足够的安全储备。

在中震作用下，框架梁抗弯和抗剪均能保持不屈服，满足中震不屈服抗震性能目标；连梁抗弯和抗剪均能保持不屈服，满足中震不屈服抗震性能目标。

在中震作用下，所有型钢混凝土框架柱、混凝土框架柱抗弯和抗剪均能保持不屈服，满足中震不屈服抗震性能目标。

底部加强区的框架柱将进一步做中震弹性验算。

所有剪力墙均能保持抗拉压不屈服、抗剪不屈服，可以满足中震不屈服抗震性能目标。

底部加强区的剪力墙将进一步做中震弹性验算。

3.2分析结果通过对本结构采用SATWE采取中震不屈服分析，计算结果表明：核心筒剪力墙抗拉压、抗剪均满足中震不屈服要求；框架柱抗弯、抗剪均满足中震不屈服要求；连梁抗弯、抗剪均满足中震不屈服要求；框架梁抗弯、抗剪均满足中震不屈服要求。

因此对于本结构来说，在中震作用下所有主要构件均能满足中震不屈服抗震性能目标。

另外对中震作用下的楼板采取应力分析。

框架-核心筒体系高层建筑的楼面系统是联系核心筒和外框架结构体系变形协调、发挥结构空间整体性能的重要构件。

二层及三层楼面开大洞，楼板在地震作用下可能产生较大的面内变形、出现贯通裂缝，导致结构刚度的下降和破坏结构的整体性。

因此，采用ETABS软件对结构楼板采用壳单元进行有限元分析，探讨在小震作用下能否保持弹性、中震作用下楼板是否出现贯通性裂缝，即面内的拉应力小于混凝土抗拉强度标准值ftk。

模型采用考虑偶然偏心距5%的地震作用输入。

其中结构二层X 主方向和Y主方向的应力云图见图1~图2所示。

图12F楼板应力S11（N/mm2）图22F楼板应力S22（N/mm2）由以上楼板应力分析可知，在小震作用下，楼板面内拉应力大部分区域小于0.5MPa，小于混凝土抗拉强度设计值（C35，ft=1.57MPa）。

楼板应力较大部位主要集中在LL2、LL8、LL10、LL12、LL13（连梁编号详见图 5.1.13）与剪力墙交界的局部范围，以及裙房与塔楼连接部位。

在中震作用下，楼板面内拉应力大部分区域小于1.0MPa，小于混凝土抗拉强度标准值（C35，ft=2.20MPa）。

在LL2、LL8、LL10、LL12、LL13附近、裙房与塔楼连接部位局部范围以及避难层（20层）局部范围的楼板拉应力超过混凝土抗拉强度标准值，但未形成贯通性裂缝。

因此从分析结果表明，在中震作用下，楼板能保持较好整体性。

同时，对应力较大部位——在LL2、LL8、LL10、LL12、LL13附近、裙房与塔楼连接部位局部范围以及避难层（20层）局部范围的楼板，在施工图阶段应适当加厚楼板，并加大配筋率，控制裂缝发展。

3.2根据中震分析结果加强构造措施从分析结果表明，1层~5层核心筒剪力墙抗拉压、抗剪按中震弹性复核；框架柱抗弯、抗剪按中震弹性复核。

5层以上核心筒剪力墙抗拉压、抗剪按中震不屈服复核；框架柱抗弯、抗剪按中震不屈服复核。

连梁按抗弯、抗剪按中震不屈服复核；框架梁按抗弯、抗剪按中震不屈服复核。

适当加大裙房与塔楼连接部位局部以及避难层局部范围的楼板厚度，并加大配筋率，控制裂缝发展；适当加大LL2、LL8、LL10、LL12、LL13附近楼板的配筋率。

4．大震动力弹塑性时程分析通过动力弹塑性分析不仅要了解结构发生屈服和倒塌时的地震作用的大小，同时也要了解结构的变形能力（弹塑性层间位移角、应变或延性系数等）、构件的变形能力等，以此判断结构的屈服机制、薄弱环节及可能的破坏类型，通过设计加强措施确保结构具有较好的承载能力和延性，从而实现“大震不倒”的设防目标。

本工程塔楼主体结构高154m，对本结构进行地震作用下的动力弹塑性分析，以达到在大震作用下防倒塌的抗震设计目标。

基于性能化的抗震设计方法是使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，通过非线性分析软件对结构进行分析，得到结构在地震作用下的反应，对结构整体及构件进行充分的研究，以证明结构可以达到预定的性能目标。

图3计算模型三维示意图4.1计算模型简化为节约时间，在保证计算精度的前提下，对计算模型进行简化，计算分析主要抗侧结构体系的地震反应。

本计算模型仅考虑上部结构，结构在地下室顶板完全嵌固；本塔楼楼板较完整，开洞较少，计算模型除20A、35A及顶部几层大开洞楼层外，其余楼层均采用刚性楼板假定，楼板不进入整体计算模型；所有构件配筋基于小震和中震的分析结果，取不利情况。

同时在本结构的弹塑性分析过程中，考虑以下非线性因素：几何非线性：结构的平衡方程建立在结构变形后的几何状态上，考虑“P-∆”效应；材料非线性：直接采用材料非线性应力-应变本构关系模拟钢筋、混凝土的弹塑性特性，可以有效模拟结构的弹塑性发生、发展以及破坏的全过程。

在进行弹塑性时程分析之前，首先对模型进行了模态分析，并与常规计算的总重力荷载代表值、周期进行对比。

一方面可以验证模型的总质量和刚度的准确性，另一方面也可以对结构的基本动力特性做出初步判断。

4.2结果分析鉴于在三条地震波中，TR2波对结构的地震作用较大，本文将主要讨论在TR2波作用下的结构及构件的性能。

首先从结构整体到各类构件，判断结构的整体性能并找出结构的薄弱部位。

在大震作用下，在X主方向地震作用下，0S～5s结构保持弹性。

5s～14s结构部分连梁发生弯曲塑性转动，中上部核心筒墙体部分受拉开裂，中上部框架梁发生弯曲塑性转动；在14s左右大部分连梁发生弯曲塑性转动，同时核心筒底部墙体开始受拉开裂。

14s～16s 结构响应到达较大水平，大部分连梁、框架梁发生弯曲塑性转动，墙体受拉裂缝进一步发展。

16s～30s结构塑性发展缓慢，顶部局部框架柱发生弯曲塑性转动；至30s结构整体塑性发展趋于稳定。

同理，在Y主方向地震作用下，构件损伤发展历程与X主方向地震作用下一致。

结构整体非线性发展历程符合性能目标，水平构件先进入塑性状态，耗散地震能量，最后墙体和柱构件部分进入塑性，不出现脆性破坏。