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复杂高层建筑结构设计理念及抗震性能探究【摘 要】建筑设计为了追求多功能、多变的使用空间及丰富的立面设计效果，常采用复杂高层建筑结构体系，从而使高层建筑抗震工作成为结构设计的重点。对复杂高层建筑结构基于性能的抗震设计作简单介绍，探索复杂高层建筑设计的方法，并采取必要的抗震措施，给出了高层建筑抗震性态设计中与工程设计实践和研究工作方向有关的参考。 【关键词】高层建筑；结构抗震；消能减震；非线性分析；性态设计 引言 随着经济的发展及社会需求的多样性，建筑的高度越来越高，体型变得更加复杂，抗震设计也变得愈加困难。复杂高层建筑包括：带转换层的结构；带加强层的结构；错层结构；连体结构；多塔楼结构等。基于性态的设计原理在工程设计中越来越得到重视，基于性态的方法要求设计者对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出评价。这种方法的正确应用能识别出不安全的设计，并为能够提出更安全、更经济的结构解决方案提供空间。 1 设计控制准则 设计师一般在复杂高层建筑结构设计之前提出一些设计控制准则，包括重力、地震和风荷载控制准则；样板方案图；对现行规范传统条款的突破；性态目标荷载组合；材料选用；分析方法；与设计有关的规范等。高层建筑的性态设计方法使设计者更深入了解建筑物在地面运动下可能形成的反应，因此在完成设计并经过专家组审查后，能设计出一幢更安全、使用性能更好的建筑物。基于性态的设计包括：选择多个重现期水准，在每个重现期下要满足一定性态水准的要求；计算与每个重现期对应的地震地面运动下的结构反应；对构件进行评价，保证不出现非延性失效方式。 2 性态目标及评价水准 性态目标：（1）在较小地震作用下没有结构性和非结构性构件的损伤；（2）在少遇地震作用下，其结构性或非结构性构件会发生损伤，但不会导致实质性的生命损失；（3）在可能发生最强地震时，有实质性损伤，但倒塌率很低。评价水准：（1）正常水准评价：在重现期约为 100 年的地震作用下只出现可忽略的损伤。（2）倒塌水准评价：在该场地预计会发生的最大地震作用下防止倒塌。 3 抗震设计的特殊要求 3.1 9度抗震设计时不应采用带转换层的结构、错层结构和连体结构等复杂结构； 3.2 7度和8度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过两种复杂结构； 3.3 应重视复杂结构的静力和动力计算分析：（1）应采用不少于两种不同的分析程序进行整体内力位移计算并相互校核；（2）宜考虑平扭转耦连计算结构的扭转效应；（3）对受力复杂部位，应在整体分析的基础上进行局部的内力或应力分析；（4）应采用弹性时程分析法进行补充计算。 4 隔震和消震设计 为了提高结构的抗震性能，隔震和消能减震等抗震技术被用于设计使用功能有特殊要求的建筑，耗能元件及其体系可错开地震动卓越周期，可防止共振破坏，减轻地震振动效应以及风振。 隔震即隔离地震。在建筑物基础与上部结构之间设置一层隔震层，把房屋与基础隔离开来，隔离地面运动能量向建筑物的传递，以减小建筑物的地震反应，实现地震时建筑物只发生较轻微运动和变形，从而保证建筑物的安全。消能减震则是通过在建筑物中设置消能部件，使地震输入到建筑物的能量一部分被消能部件所消耗，一部分由结构的动能和变形能承担，以此达到减少结构地震反应的目的。 5 地震危险性分析和场地反应 5.1 地震危险性分析 在设计中描述地震危险性的传统方法是加速度反应谱。但周期超过 3．0s 后规范反应谱的准确性就不确定了。因此，通常需要针对场地的专用考察，以便针对很多高层建筑都常用的较长周期段给出特征化的地震需求。假定：（a）针对“正常使用水准评价”完成振型分析，因为建筑物的反应在这一水准下必须是弹性的或接近弹性的；（b）针对“倒塌水准评价”完成非线性反应时程分析，因为在这一水准下的建筑物中预计已形成非弹性反应。 在对结构进行设计的时候，要了解以下情况：（1）高层建筑的地震反应受多个振型的影响，其中显著的振型反应将出现在第二或更高的平动振型或扭转振型；（2）场地相关反应谱是在对所在大地构造环境有一定了解的基础上提出来的；（3）结构工程师应谨慎选择与建筑物高度、结构形式和可能的反应水平相一致的阻尼水准。 5.2 场地反应 对于建在较软土层上的具有深埋实体基础或基础结构的高层建筑设计，一个关键问题是在给出地震动在地基层中随深度的变化规律后，什么样的地震动更适合用于建筑物的设计。这种所谓的“基础地震动”有可能明显不同于地震危险性评价所预测的自由场地地面运动。 场地反应研究还应识别基础下土壤液化的可能性、边坡的稳定性及其他地震地质危险。在考虑建筑物所在地点与震源断裂的位置关系、所在地区和局部地点场地相关地质特征以及所选地震危险性水准的条件下，地