王元中
深圳大学建筑设计研究院有限公司 518060
摘要：超高层结构中，加强层使结构沿高度产生了刚度突变，从抗震设防考虑，在大震作用下应满足“强筒体弱伸臂”的抗震设计要求，即结构的加强层伸臂首先达到屈服。然而目前对这种结构的详细研究大都仍停留在弹性阶段，因此对这类结构进行大震下的弹塑性分析以明确其地震响应情况就尤为重要。
关键词：超高层；加强层；减震设计
加强层作用的本质是设置了水平伸臂和环带析架后，能够使外框柱与核心筒形成一个整体来协同工作抵抗地震和风荷载作用。而水平伸臂析架能够调节外框柱与核心筒间的内力分配及变形，核心筒在受力弯曲时会受到外框柱轴向变形的约束作用，迫使外框柱协同参与变形，从而引起水平加强层上下外柱的轴力差(即水平加强层端部剪力)，这对拉压轴力形成了一个数值较大的力偶矩，而这个力偶矩与水平外载产生的倾覆力矩方向正好相反，从而相互抵消了部分力矩使结构内力变小，也就是说，由外框架柱产生的力矩减小了引起水平侧移的结构倾覆力矩，从而减小了房屋的侧向位移。高层建筑结构中，水平加强层的设置对结构的整体抗侧刚度有所提高，因而对结匀的自振周期会产生一定影响。
1超高层建筑结构加强层耗能减震设计前期要求与方法
1.1高规中指出，在选用性能目标时，需考虑各种因素
设计人员除满足规范的基本要求外，应在不增加或者少增加造价的情况下尽可能的挖掘结构本身的能力，这样才到达到安全性与经济性的平衡。
1.2设置了合适的性能目标
可按规范进行小震的常规设计，保证结构的周期比、扭转位移比、位移角、剪重比、侧向刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、框架承担倾覆力矩的比值等相关指标均满足规范的要求；并使各构件的截面取值合理，满足抗震延性的要求。此阶段地震作用采取的是谱分析方法，这里需特别注意的是，应对比结构在规范谱与安评谱下，其基底剪力、倾覆弯矩、顶点位移、层间位移角等指标的大小，设计时应取两者计算的包络值。
1.3 小震弹性时程分析
由于小震谱分析的方法为近似算法，为进一步了解结构体在小震作用下的实际响应，需对结构体进行小震弹性时程分析。
1.4完成了小震弹性计算后，需要对结构中各个构件在中、大震下的性能水准做相应验算。
此时采用等效弹性计算法是最快速最便捷的。等效弹性法是实质也是弹性计算法，只是通过调整各种参数，用以模拟进入弹塑性后结构刚度的变化。中震作用下，转换构件满足弹性的受力要求。其余构件满足不屈服的相关性能水准要求。经逐层复核，各层墙肢、框架柱抗剪截面均满足要求，构件在罕遇地震下不会出现发生脆性的剪压破坏。
1.5若结构体进入明显进入塑性时，等效弹性分析结果与实际情况有一定偏差。
时应采用弹塑性计算分析，一般分为静力和动力两种，高规的规定，高度不超过150m以及高度在150~200m之间，自振周期小于4s的高层建筑可采用静力弹塑性分析（PUSHOVER）法。并可采用规定水平力的分布形式以适当考虑高振型的影响。
1.6动力弹塑性分析是最接近实际情况的弹塑性分析法
高规明确规定：高度超过200m，以及高度界于150~200m，但自振周期大于4s的建筑应采用弹塑性时程分析法。在完成上述的各项分析后，可以有针对性的对结构采取相应的抗震加强措施。
2超高层建筑结构加强层耗能减震装置的结构分析
耗能减震装置是通过内部架构的相互作用和相互消耗所产生的弹塑性滞回变形来吸收装置所产生的能量。耗能减震装置主要由屈曲约束支撑、黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器组成[1]。
2.1屈曲约束支撑构件分析
屈曲约束支撑主要有核心单元和外约束单元组成。屈曲约束支撑主要利用核心单元的弹塑性形变来进行能量的消耗从而达到吸收能量的作用。屈曲约束支撑是一种被动减震装置，它与传统的减震装置相比，耗能效果更好而且安装方便性价比高，目前屈曲约束支撑已经成为了广泛使用的减震装置。
2.2 黏滞阻尼器的构件分析
黏滞阻尼器主要由活塞、缸体、黏滞材料构成。当发生地震等情况时，黏滞阻尼器在外力的作用下，黏滞材料会消耗能量从而达到减震的效果。黏滞阻尼器的性能十分稳定具有很强的能量消耗作用，在工程加固领域的利用率很高。
2.3 黏弹性阻尼器构件分析
黏弹性阻尼器是通过黏弹材料的形变来消耗能量，黏弹性阻尼器的能量消耗作用很大，能有效消耗风振能量，而且价格低廉安装难度小。
3 超高层建筑结构加强层耗能减震的设计思路
带耗能减震高层结构体系具有良好的抗风性与抗震性，在不断的试验研究之中，带耗能减震高层结构体系不同的结构组合所获得的抗震效果和抗风能力已经得到了一些的理论数据。在实际带耗能减震高层结构体系的设计之中，如何根据设计对象的自身结构以及实际情况进行耗能减震层的设计是十分重要的。在我们对带耗能减震高层结构体系进行相关设计时，主要有以下三种情况。
3.1 设置单道黏滞减震层
当设置单道黏滞减震层时，我们可以把带耗能减震结构布置在设计对象的中部或顶部。把带耗能减震结构布置在建筑物的中部可以有效地减轻建筑物的顶端位移现象，而把带耗能减震结构布置在建筑物的顶部可以有效的减轻建筑物的基底剪力。在进行实际应用时，应根据实际情况进行单道黏滞减震层的设置。
3.2 设置多道黏滞减震层
在进行多道黏滞减震层的设计时，我们可以利用相关公式来计算，确定多道黏滞减震层的布置数量。在一般情况下，多道黏滞减震层的数量一般为三道或四道。多道黏滞减震层设置完成后，要利用减震层阻尼比公式进行计算，从而优化减震层阻尼器的数量及阻尼参数。
本文所给出的带耗能减震高层结构的设计方式都是切实有效的，在进行实际应用时，应该根据高层建筑的实际情况进行优化设计，选择最优化方案进行带耗能减震高层结构体系的设计。
4 结束语
伴随着中国的城市化进程，超高层建筑在祖国大地上不断涌现，钢结构形式在超高层建筑中得到了广泛应用。为了加强结构的侧向刚度，提高其抗震性能，超高层建筑都会沿竖向高度设置几道水平加强层，钢桁架加强层便是代表。为了使提高施工水平，使钢桁架加强层达到设计要求，需要对其施工方法进行深入研究，并对其施工期进行结构分析，从而保证施工质量。在建筑的建造过程中，结构的受力性能往往与使用阶段具有较大的差异,如果施工控制不当，就会容易引起安全问题,因此深入研究结构在施工过程中的受力性能,模拟结构的施工过程，对结构设计和指导施工都具有重要意义。
参考文献
[1]卢长春. 浅谈高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究.建筑设计及理论,2016-06.
[2]左效斋. 浅谈超高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究.建筑设计及理论,2016-12.
[3]王鹏飞. 中高层建筑减震耗能技术研究.市政工程,2020-07.
[4]张彦. 带耗能减震层高层结构体系分析与设计方法研究.文化科学,2018-12.