超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計(jì)研究

魏有龍

大象建筑設(shè)計(jì)有限公司 310012

摘要：近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，城市化進(jìn)程不斷加快，超限高層建筑也以極快的速度增加著。我國(guó)是一個(gè)幅員遼闊的大國(guó)，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，自然災(zāi)害頻仍，特別是近幾年，像汶川地震、雅安地震等特大地震屢屢發(fā)生，因此建筑的抗震性能成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，由此超限高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)方法成為焦點(diǎn)，本文欲從超限高層建筑的發(fā)展、目標(biāo)、判斷標(biāo)準(zhǔn)等方面對(duì)超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：超限高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)；性能抗震設(shè)計(jì)

一、我國(guó)超限高層建筑發(fā)展概況以及我國(guó)地震災(zāi)害現(xiàn)狀

高層建筑是社會(huì)生產(chǎn)的需要和人類生活需求的產(chǎn)物，是現(xiàn)代工業(yè)化、商業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。由于生產(chǎn)力水平的限制，我國(guó)高層建筑的起步遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐洲大陸國(guó)家，直到20世紀(jì)六七十年代才，高層建筑才逐漸出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中。改革開放以來，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，我國(guó)的高層建筑也得到了迅速發(fā)展，我國(guó)內(nèi)地成為高層建筑發(fā)展的中心之一。上海及長(zhǎng)三角地區(qū)、廣州、深圳以及珠三角地區(qū)、京津地以及以重慶為代表的中西部地區(qū)都建造了大量的高層建筑。我國(guó)高層建筑的數(shù)量及建筑高度均在世界前列。

據(jù)報(bào)告顯示，截至2009年初我國(guó)共有高層建筑近10萬幢，其中100米以上的超高層建筑1154幢，而各地為爭(zhēng)當(dāng)“第一高樓”仍然暗戰(zhàn)不休，這個(gè)數(shù)字還在不斷被刷新。

我國(guó)是世界上陸地面積第三大的國(guó)家，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，自然災(zāi)害種類多樣，反生頻繁。中國(guó)地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大、震源淺，分布廣，是一個(gè)震災(zāi)嚴(yán)重的國(guó)家。1949年以來，100多次破壞性地震襲擊了22個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），其中涉及東部地區(qū)14個(gè)省份，造成27萬余人喪生，占全國(guó)各類災(zāi)害死亡人數(shù)的54%，地震成災(zāi)面積達(dá)30多萬平方公里，房屋倒塌達(dá)700萬間。地震及其他自然災(zāi)害的嚴(yán)重性構(gòu)成中國(guó)的基本國(guó)情之一。

中國(guó)的陸地地震占全球陸地地震的三分之一，而造成地震死亡的人數(shù)達(dá)到全球的1/2以上。當(dāng)然這也有特殊原因，一是中國(guó)的人口密、人口多；中國(guó)的經(jīng)濟(jì)落后，房屋不堅(jiān)固，容易倒塌，容易壞；第三與中國(guó)的地震活動(dòng)強(qiáng)烈且頻繁有密切關(guān)系。

由此，世界各國(guó)，特別是我國(guó)對(duì)超高層建筑的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，美國(guó)在經(jīng)歷過1989年和1994爆發(fā)的兩次大地震之后逐漸建立了基于性能抗震設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)體系。我國(guó)也在基于性能抗震設(shè)計(jì)上進(jìn)行了大量的研究并于2000年頒布了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)基于性能抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)范和指導(dǎo)，同年頒布的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》則將基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想同高層建筑相掛鉤，要求在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)可以將該思想融入其中進(jìn)行指導(dǎo)和借鑒，由此可見基于性能抗震設(shè)計(jì)在我國(guó)的建筑界中處于一個(gè)十分重要的位置。

二、超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計(jì)相關(guān)分析

（一）對(duì)超限的判別

10層以上的建筑被稱為高層建筑。其中包括超限高層建筑。對(duì)高層建筑是否超限的判別是通過將其有關(guān)高度同相關(guān)規(guī)范規(guī)定的限額相比較來進(jìn)行，這主要包括高寬比的超限、平面規(guī)則超限以及豎向規(guī)則超限三個(gè)方面。

（二）超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計(jì)的思想內(nèi)容

在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境下，世界各國(guó)都將“小震不壞、中震可修、大震不倒”的思想作為其建筑抗震的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)經(jīng)過時(shí)間和實(shí)踐的證明，該思想對(duì)地震災(zāi)害在處理結(jié)構(gòu)上是目前人們能夠想到的最為合理的方法。但是，該思想最大的不足之處就在于雖然能使建筑物在大震面前屹立不倒而保證人們的安全但是在地震中很容易導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)功能的喪失，從而在另一方面對(duì)社會(huì)造成損失，而在我國(guó)的實(shí)踐基礎(chǔ)上，該思想已經(jīng)導(dǎo)致了大量了經(jīng)濟(jì)損失，其不足之處也得以顯現(xiàn)，因此，基于性能的抗震設(shè)計(jì)越來越重要。基于性能的建筑設(shè)計(jì)起初就以抗震為基礎(chǔ)而貫穿于整個(gè)建筑過程的始終，主要對(duì)結(jié)構(gòu)體系的布置、設(shè)計(jì)，施工期間對(duì)結(jié)構(gòu)體系的使用、對(duì)其質(zhì)量的把握等方面進(jìn)行規(guī)范從而達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)體系在地震作用下也能實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)功能的目的。

（三）超限高層建筑抗震性能水準(zhǔn)

按照當(dāng)前有關(guān)規(guī)定，我國(guó)的超限高層建筑的抗震性能水準(zhǔn)主要包括以下六個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)：1、在地震之后能夠保持建筑結(jié)構(gòu)的完整，不需要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)就能再次使用；2、在地震之后能夠保持建筑結(jié)構(gòu)的完整，僅有一些輕微的裂縫，一般情況下不需要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)就能再次使用；3、在地震之后能夠保持建筑重要結(jié)構(gòu)的完整，其他部位雖有裂縫但在對(duì)其進(jìn)行一般修復(fù)之后就能再次使用4、在地震之后建筑重要結(jié)構(gòu)有輕微破損，其他非重要結(jié)構(gòu)有中等程度的破損，建筑需要經(jīng)過一定的修復(fù)才能再次使用；5、在地震之后建筑重要結(jié)構(gòu)有中等程度的破損，其他非重要結(jié)構(gòu)有中等程度以上的破損，建筑需要經(jīng)過一定的修復(fù)和加固才能使用；6、在地震之后建筑重要結(jié)構(gòu)有明顯中等程度以上的破損，其他非重要結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破損，但未發(fā)生倒塌情況，建筑危及人們身體健康。

（四）我國(guó)超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計(jì)的缺陷

由于歷史條件的制約，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平還未達(dá)到一定的水準(zhǔn)，超限高層建筑基于性能抗震的設(shè)計(jì)并不能有效的解決現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的一系列問題；同時(shí)伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，超限高層建筑的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，在對(duì)建筑進(jìn)行可行性結(jié)構(gòu)評(píng)估時(shí)，由于評(píng)估結(jié)果是依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)得到，導(dǎo)致這在實(shí)踐操作中很難得到有效實(shí)施；在當(dāng)今日新月異的時(shí)代，每棟高層建筑都要求有所創(chuàng)新，這使得許多超限高層建筑的抗震性能水平難以得到準(zhǔn)確的界定，同時(shí)由于超限高層建筑的復(fù)雜性，對(duì)其抗震性能水平的評(píng)估方法Pushover 分析方法在有些情況下也不能滿足計(jì)算的需要，因此對(duì)其進(jìn)行分析的計(jì)算方法也有待提升。綜合以上所說，基于性能的抗震設(shè)計(jì)在超限高層建筑的設(shè)計(jì)中是最為合理的，但是由于建筑的特殊性和復(fù)雜性，具體該如何操作和設(shè)計(jì)還有待研究。

（五）對(duì)我國(guó)超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計(jì)的建議

根據(jù)前文所述，我國(guó)超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計(jì)的不足之處主要集中于對(duì)抗震性能水平的評(píng)估上，尤其是根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，其中對(duì)中震水平?jīng)]有明確的規(guī)定，導(dǎo)致在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)往往不能達(dá)到“中震可修”的目的。因此，為了彌補(bǔ)規(guī)程中對(duì)地震作用水準(zhǔn)規(guī)定的不足，可以在中震和小震之間再增加一個(gè)中小震的指標(biāo)，將對(duì)中震的規(guī)定更加細(xì)化，并規(guī)定相應(yīng)的性能指標(biāo)，使得“中震可修”的目標(biāo)更為具體化。再將前文提到的六大結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)改成建筑物功能完好、輕微破損、較嚴(yán)重破損、嚴(yán)重破損和近乎倒塌的五個(gè)性能水準(zhǔn)，簡(jiǎn)化相應(yīng)的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)指標(biāo)，使得建筑設(shè)計(jì)更加具有目的性和可操作性。

（六）抗震措施探討

要使用復(fù)合螺旋箍筋來提高柱子的抗剪承載力，改善對(duì)混凝土的約束作用，能夠達(dá)到改善短柱抗震性能的目的。采用分體柱方法。提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

三、結(jié)束語：

對(duì)于超限高層建筑，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法是一種合理的趨勢(shì)，使得建筑在性能水平上的建設(shè)更為合理。，更加具有可操作性，對(duì)高層建筑的寬高度、相關(guān)規(guī)則以及新技術(shù)、新方法的使用并沒有過多籠統(tǒng)的限制，這也使得超限高層建筑的設(shè)計(jì)者能夠根據(jù)高層建筑的具體特點(diǎn)和價(jià)值目標(biāo)來對(duì)建筑的整體性能水準(zhǔn)、目標(biāo)進(jìn)行評(píng)估與論證，大大提高了設(shè)計(jì)的靈活性，近年來我國(guó)對(duì)超限高層建筑基于性能抗震的設(shè)計(jì)在實(shí)踐上也取得了不俗的成果，大大促進(jìn)了相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)了超限高層建筑的可靠度。雖然基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法還有有很多的問題和缺陷比如地震作用水準(zhǔn)的評(píng)估以及建筑性能水準(zhǔn)的計(jì)算等方面沒有得到解決，但是隨著未來我國(guó)社會(huì)科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，研究的不斷深入，該設(shè)計(jì)方法能夠得到很好的完善和成熟。

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