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摘要：高层斜交网格结构形式往往是筒中筒结构体系，分外内筒和外筒，内外筒之间的剪力分配和地震作用下的剪力流向均影响结构的性能状态的变化和抗震性能。因此，本文通过静力弹塑性分析方法确定了斜交网格筒中筒结构（以下简称斜交筒）的性能水平及其极限状态限值，并以此对结构进行了易损性评价。在此过程中，建立与斜交网格筒总用钢量相同的框架筒中筒结构（以下简称框架筒）来做对比分析。
关键词：高层建筑；钢斜交网格筒结构；地震易损性
引言
地震是对高层建筑结构安全造成最大威胁的一种因素，对于高层建筑来说，良好的抗震设计能够保障人们的生命和财产安全，因此在建设高层建筑的过程中必须加强抗震设计，在掌握基本设计原则的基础上不断优化抗震结构。
1高层建筑抗震设计的重要性
地震发生时，震源产生的纵波和横波会对建筑造成巨大的冲击，冲击直接作用于建筑，会损毁建筑结构，降低建筑的安全性。高层建筑抗震技术的主要原理是利用缓冲阻尼装置分解和吸收部分地震能量，降低地震对高层建筑的影响。在抗震设计中，可将建筑简化为支座，利用支座和建筑构件吸收和弱化地震能量，降低地震对建筑物的破坏；隔震技术是利用特殊的构造设计提升建筑物整体抗震性能。隔震技术对小型地震的防范效果较好，发生地震时，建筑只会产生轻微摇晃，不会损伤建筑结构，可有效保证建筑结构完整。在高层建筑结构设计中合理使用抗震技术，可提升建筑整体的抗震性能，确保高层建筑的安全性和稳定性。
2双重抗侧力结构体系
筒中筒结构的外周框架（或外周斜交网格筒）与内筒的相对强弱对结构的内力分配、抗震性能以及抗连续倒塌性能等有着密切联系。为分别讨论结构中框架筒和斜交网格筒的结构易损性的准确评估，本文以百米级高层建筑为例，用ETABS软件设计基于总质量及内外筒总用钢量相等原则的框架筒和斜交网格筒，并用有限元Perform-3D进行数值建模和非线性分析。为能够清楚简洁地表征框架筒及斜交网格筒结构二者双重抗侧力体系的区别，研究对象为筒中筒结构，两结构平面均为30m×30m的矩形，结构总高度100.8m，高宽比3.36，层高均为3.6m。抗震设防烈度为8度（0.2g），场地类别为Ⅱ类场地，设计地震分组为第2组，场地特征周期0.4s。两结构的梁和柱构件均为钢结构，钢材为Q345，板构件采用板厚为150mm的C30混凝土。楼面均布恒载、活载均取3kN/m2。框架筒与斜交网格筒结构模型见图1。
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构件截面具体尺寸见表1。斜交网格筒结构的总重比框架筒结构的大0.18%，两结构总质量接近相等。斜交网格筒结构的基本周期比框架筒的小33.62%。采用三维非线性分析软件Perform-3D的纤维模型进行非线性分析。钢材采用考虑应变硬化的三线性弹塑性模型，强屈比取1.2，极限受拉应变值取10倍的屈服应变值。按技术规程[9]的第5.4.6条规定，结构阻尼比在多遇地震取0.03，罕遇地震取0.05，计算时考虑P-Δ效应。采用纤维截面对数值模型中梁（连系梁、环梁）和柱（斜柱）的塑性特征进行模拟，梁柱构件单元由两端设置塑性区和中间弹性杆组成，并定义梁柱纤维截面的塑性区。假设所有节点均为刚接，采用平截面假定和刚性楼板约束。刚性楼板的水平质量和水平转动质量按ETABS的分析结果输入，构件和节点上的荷载按ETABS设计换算后的荷载值输入。
3结构规则性
大量的地质灾害现象表明，平立面结构比较简单且有着一定对称结构的建筑在地震来临的时候是有着非常好的抗震性能的，其根本原因就在于采用此种结构的建筑在实际地震中比较容易估计出地震的反应，也比较容易采取相应的抗震结构措施并及时处理。而建筑在结构上的规则性主要是指建筑物在平面和立面上的外形尺寸在抗击侧力方面的构建布置、承载力的实际分布情况等多个要素的实际需求。这种结构上的规则性要求建筑在平面上对称且体型比较均匀和简单，在结构刚度上要沿着建筑物的竖向变化且均匀，与此同时要保证建筑物有足够的扭转刚度，并最大程度上减小建筑物在竖向上的扭转影响，且要尽量满足建筑物在竖向上的受力程度和实际承载均匀，以最大程度地减少结构内应力及竖向构件之间的变化对建筑物在结构上产生的负面影响。
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4抗震整体方案设计
进行高层建筑抗震设计时，要详细勘查项目所在地区的地质情况，避免采用抗震性能不佳的建筑结构模式。通过分析可知，建筑倒塌的主要原因是建筑的重要承重结构受地震作用力发生脆性破坏，所以优化建筑承重结构设计，可以有效提升建筑工程的抗震性能，通过对建筑结构的性能测算，确定刚度和轴压比等重要参数数据，结合项目的抗震设防烈度，可以精确计算地震发生时，建筑结构的受力情况，根据测算结果确定有效的建筑整体抗震防震实施方案，提高建筑结构的安全性能。
5层间位移限制
高层建筑往往都有着非常大的高宽比，这是因为其在承受风力及地震的时候会产生比较大的层间位移现象，甚至实际的位移会超过其在结构设计中规定的位移最大值。现阶段我国在建筑行业中普遍认为高层建筑的实际位移数值应该和建筑物的实际结构和建筑材料、建筑结构设计、装修标准等诸多因素有关，其中钢筋混凝土材质结构的建筑在位移数值上比钢结构的要求要严格的多。因此，在实际进行高层的建筑结构设计工作的时候，要根据建筑在实际结构上的情况及建筑周围的实际地理位置情况进行设计工作，要满足其能够满足刚度上的要求，也要有效避免其自身结构在水平荷载的作用直线产生一定的位移，进而对建筑在结构上的承载力和稳定性及正常的使用功能产生负面的影响。
6合理选择和布置建筑方案
结构工程师的作用是配合建筑设计师的工作，通过力学计算分析、概念设计等方式尽可能实现其设计意图。然而在方案设计时，结构工程师往往参与较少，待建筑方案确定后往往出现结构布置不合理、不满足抗震设计要求的情况。因此，为确保后期结构抗震方案的可实施性，结构工程师应尽可能早地参与到建筑方案的确定过程中来，并要求建筑方案遵循“平面对称、立面均匀”的布置原则。
结束语
1）框架筒结构的破坏过程以外筒腹部的底部各楼层柱脚和内筒连系梁的塑性铰开展为主，在结构倒塌之前主要由内筒的连系梁屈服耗散地震能量。斜交筒结构的破坏过程主要是外筒底部各层斜柱柱顶、柱脚以及内筒连系梁塑性铰的开展，结构的地震耗能过程主要靠外筒斜柱和内筒连系梁。2）因框架筒和斜交筒两结构的侧移刚度有别。根据静力弹塑性分析先确定结构的性能水平极限状态的量化指标，再进行基于性能的易损性分析，更能体现结构的真实破坏状态和失效概率。分析结果显示：斜交筒结构相较于框架筒结构的抗震性能更优，特别是当结构遭遇超大地震作用时有更大的抗倒塌性能。本文中两筒中筒结构均能满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”抗震性能需求，而且，斜交网格结构更容易满足抗震性能的需求。
参考文献：
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