【摘要】随着我国经济水平的不断提高以及城市化进程的不断推进，我国的建筑行业不断发展，高层建筑的应用也越来越广泛。但是，在高层建筑的设计与施工过程中依旧存在着问题，高层建筑的质量还有待进一步提高。其中，基于性能的高层建筑结构抗震设计可以在一定程度上有效提高建筑结构的稳定性与安全性能，对实际的生产生活具有重要作用。基于此，本文通过对基于性能的高层建筑结构抗震设计的理论与内容进行分析，对其设计提出具有借鉴意义的措施。
【关键词】高层建筑；抗震设计；结构设计
1、引言
随着我国经济水平的不断提高以及城市化进程的不断推进，我国的建筑行业不断发展，高层建筑的应用也越来越广泛。但是，在高层建筑的设计与施工過程中依旧存在着问题，高层建筑的质量还有待进一步提高。基于性能的抗震设计借助相关的理论知识，根据不同的设计需要以及抗震水准，通过划定不同的抗震等级给出合理的高层建筑结构设计方案，这在一定程度上能够提升高层建筑的整体质量，保障建筑的安全性，因此具有重要的意义。下面通过对基于性能的高层建筑结构抗震设计的理论与内容进行分析，对其设计提出具有借鉴意义的措施。
2、基于性能特性研究的抗震设计理论概述
2.1基于性能的结构抗震设计含义
基于性能的结构抗震设计最早由美国的权威组织提出，它把结构抗震的性能分析作为理论基础，按照性能分析结果将其划分为不同的等级，设计者再根据实际使用者的设计要求以及环境评估等综合因素对其抗震性能的目标与抗震措施进行合理设计。另一方面，还需要进行工程项目生命周期的费用效率计算，在几种可行性方案中挑选出最经济的方案。总的说来，就是在进行性能分析既需要满足抗震水准，还需要达到经济效益最大化的目的。
2.2基于性能的抗震理论特征
基于性能的结构抗震设计是在对传统的抗震设计的痛点进行分析后形成的，因此，相较于传统的设计具有如下特点：
（1）设计更具个性化。由于传统的设计是按照成文的设计规范进行抗震设计，因此设计方案千篇一律，没有独特之处，其适用性较差。因为设计规范是根据平均水平制定的一份行业规范，而实际所面临的要求以及抗震水准都不同，所以设计的整体效益较差。而通过基于性能的结构抗震设计，是在和实际使用者进行充分的交流沟通后，对使用者提出的要求融合后完成设计，因此更具个性化，其经济效益较好，灵活程度更高。
（2）多级目标设计。在传统的抗震设计中主要按照能在所有地震中屹立不倒的原则进行设计，这种设计在一些地震发生可能性较小的地区就会花费较大的成本，经济效益较差。但是基于性能的结构抗震设计通过设立多级目标，不仅达到了抗震的目的，而且兼顾了经济收益。多级目标主要是根据地震的强度进行目标制定，对于一些小型地震，要求高层建筑能够达到不坏的标准；在中型地震中，要求高层建筑能够达到受到影响小，不用维修的标准；而在大型地震中，则要求高层建筑能够屹立不倒，保障使用者的人身安全的目的。因此，基于性能的结构抗震设计在综合考量安全性与经济性的前提下提出最优方案。
（3）多元的设计方法。基于性能的结构抗震设计方法相较于传统方法更多元化。众所周知，传统的抗震设计主要根据力学的理论进行弹性设计，而基于性能的结构抗震设计则从形变的角度出发考虑问题，对其进行弹塑性设计，设计方法的发散性更强，且最终建成的高层建筑与实际震中的抗震能力更相匹配，科学性更高。
3、基于性能的抗震结构设计的目标
为了保障设计的科学性与合理性，需要对一些结构参数进行科学准确得计算。目前主要应用到的建模软件有PKPM SATWE和ETABS，这两个软件主要应用于小型地震强度下的计算。在中型地震强度下，需要进一步计算其应力与承载力。而在罕遇大型地震中，则需要借助MIDAS软件进行动力弹塑性推覆分析。根据不同的地震水准，其参数以及检验项目也不同。其主要的计算控制指标目标如下表1所示：
以小型地震强度下的计算指标为例，对SATWE软件应用下的计算结果的分析如下表2所示：（其中计算建筑的结构为地下三层，地上裙楼3层外加塔楼45层，设计使用年限为五十年，建筑整体钢筋混凝土结构为II级，抗震防设为7。）
综上所述，高层建筑的结构需要满足周期、层内与层间位移、刚重比、刚度、剪重比以及承担弯矩等规范要求，在不同水准下进行相关性能分析后按照水准目标对薄弱部位进行加固，以期达到最优的抗震目标。其性能目标如下图1所示：
4、高层建筑结构基于性能的抗震设计
在基于性能的结构抗震设计中，最为主要的就是对一些性能参数的线性与非线性计算，通过对这些计算结果的分析，才能制定有效的设计方案。
4.1小震目标下的抗震设计
在高层建筑基于性能的结构抗震设计中，主要借助PKPM SATWE和ETABS两个软件来获取一些对工程设计具有指导与借鉴意义的参数。在计算中主要遵循高层建筑结构的空间有限元分析原则，通过三维建模，获取较为准确的参数，为之后的设计提供更有意义的参数。
4.2中震目标下的抗震设计
中震目标在一定程度上可以借助小震目标下的参数，但是由于地震强度变大，因此需要对这些参数进行细化与修正。由于目前技术水平的限制，在中震强度下，建筑结构或多或少会受到一定程度的损伤，因此，主要需要对主体结构进行加固，必要时可以舍弃一些部件的完整性以保全主体框梁的结构完整。
4.3强震目标下的抗震设计
在强震目标下，参数设定的范围应当进一步扩大，此外，需要借助MIDAS软件进行动力弹塑性推覆分析，模拟在罕见的高强度地震的影响下结构所产生的应力改变和相互作用。简单的来说，就是需要将结构所产生的X向和Y向位移设定到最大值，通过对结构参数的不断调整，直至结构不扭转情况出现才停止，以保证在强震情况下高层建筑能够屹立不倒，保证使用者的人身安全。
4.4超限处理的主要措施
超限处理的主要措施是对结构的一些强度较低的部位进行加固处理，其可以采取的形式包括降低一些边缘结构的剪压比以及轴压比，提高这些部位构件的配筋率，增加楼板的厚度，提升这些构件的材质强度，提升边缘区域剪力墙的抗拉抗剪能力以及采用钢筋双层双向贯通配筋构造等。通过薄弱部位的加强，进一步提升高层建筑的抗震性能。
结语：
随着城市化进程的不断推进，高层建筑的应用越来越广泛。但是，我国一些地区处于大陆板块的交界处，地震发生的概率较大，且地震的发生具有随机性与不确定性。因此，高层建筑基于性能的结构抗震设计对于高层建筑的稳定性与安全性具有重要作用。综合上述分析，我们应该实际抗震水准，借助现在的一些科技，对高层建筑的一些性能参数进行分析，按照这些参数指标，设计出较为合理的建筑方案。这对于保障使用者的生命财产安全，取得较大的经济社会效益具有重要作用。这种设计方式可以帮助高层建筑的质量进一步提高，进而推动建筑行业的发展。
参考文献：
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[2]周定松，吕西林.延性需求谱在基于性能的抗震设计中的应用[J].地震工程与工程振动，2004，（01）.
[3]谢晓生，梁书巍.基于结构功能设计理论与实践应用[J].东南大学学报（自然科学版），2009，（04）.
作者简介：
谭子豪（1980-），男，本科，工程师，主要从事结构设计工作。
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