超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

崔保強(qiáng)

摘要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的超高層建筑大量涌現(xiàn)，地震災(zāi)害對(duì)這類建筑的威脅越來越嚴(yán)重，對(duì)超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析也越來越成為目前國(guó)內(nèi)外的科研熱點(diǎn)問題。本文介紹了超限高層建筑的概念，對(duì)超限高層建結(jié)構(gòu)筑的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討。

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

前 ?言

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐不斷加快，建設(shè)用地日趨緊張，使得超限高層建筑的數(shù)量日益增加。新材料的出現(xiàn)及施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，為超限高層建筑發(fā)展提供良好條件的同時(shí)也對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)提出新的要求。近些年來不斷發(fā)生的地震災(zāi)害帶來了巨大的國(guó)民經(jīng)濟(jì)損失和人員的傷亡，對(duì)社會(huì)造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，通過合理有效的分析研究，采用各種措施來提高超限高層建筑的抗震性能，盡可能地減少地震災(zāi)害帶來的影響，對(duì)保證社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展及人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重大的意義。

一、超限高層建筑的概念

超限高層建筑是指超出國(guó)家和地方現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結(jié)構(gòu)類型的高層建筑，體型特別不規(guī)則的高層建筑，以及有關(guān)的政府管理機(jī)構(gòu)文件中規(guī)定要進(jìn)行抗震專項(xiàng)審查的高層建筑。“超限”具體說就是高度超限，平面不規(guī)則超限，豎向不規(guī)則超限。

建設(shè)部從1993年起開始對(duì)高層建筑工程進(jìn)行抗震設(shè)防審查的試點(diǎn)工作，1997年，為加強(qiáng)抗震設(shè)防管理工作，建設(shè)部發(fā)布了《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理暫行規(guī)定》（59號(hào)令），1998年正式在全國(guó)各地開展超限高層建筑工程的抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。

二、幾種常見超限建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

1.轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

底部帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免底部結(jié)構(gòu)破壞，結(jié)構(gòu)的延性耗能機(jī)制宜在上部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)。底部結(jié)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)換構(gòu)件、框支柱、落地墻、轉(zhuǎn)換層以上二層的樓板、墻體和柱。轉(zhuǎn)換層以下必須設(shè)置足夠的上下連續(xù)的落地墻。如果上部樓層側(cè)向剛度比主體結(jié)構(gòu)底部樓層側(cè)向剛度減少較少，應(yīng)通過減少上部墻體剛度或增加落地墻剛度等措施加以調(diào)整。

2.連體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

2.1 連體結(jié)構(gòu)大致可分為以下四類。①兩個(gè)主塔間用剛性連接的結(jié)構(gòu)體相連，連接體是一個(gè)或者多個(gè)，每個(gè)連接體是一層或多層。②房屋立面開設(shè)大洞口，在洞口頂部設(shè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件將洞口兩側(cè)相連。③平面開口為槽形并且很大，在開口處每隔若干層設(shè)置連接構(gòu)件加強(qiáng)樓蓋的整體性，不滿足剛性樓蓋假定，減少扭轉(zhuǎn)位移比。④供人行的通廊連接兩個(gè)主塔間，通常按支座可滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)處理。

2.2 不同的連體，設(shè)計(jì)方法不同。①當(dāng)連體與兩端鉸接時(shí)，至少應(yīng)一端采用可滑動(dòng)連接，根據(jù)震害經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)要保證遇到大震不墜落，就應(yīng)考慮支座處兩個(gè)主塔沿連體的兩個(gè)主軸方向在大震時(shí)的彈塑性位移，然后按位移設(shè)計(jì)。如果兩個(gè)主塔高低不同，主軸方向斜交或正交時(shí)，就必須考慮雙向水平地震的同時(shí)作用。當(dāng)連體為多層時(shí)，要同時(shí)考慮支座處的位移和相關(guān)樓層的位移。②大洞口頂部的轉(zhuǎn)換構(gòu)件，本身要按水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，支座處需考慮樓層側(cè)向剛度突變而導(dǎo)致的薄弱，采取相應(yīng)的措施。

3.平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的抗震設(shè)計(jì)

按剛性樓板假定進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，大于該樓層平均值的1.2倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期 與平動(dòng)為主的第一自振周期 之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級(jí)高度高層建筑及高規(guī)第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。

實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，要使結(jié)構(gòu)平面規(guī)則往往比較困難。但無論采用何種結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置都應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成頗弱部位;對(duì)可能出現(xiàn)的頗弱部位，在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取有效措施，增強(qiáng)其抗震能力;宜具有多道防線，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受水平風(fēng)荷載、地震作用和重力荷載的能力（引自《高規(guī)》條文說明）。

平面不規(guī)則程度超限時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)抗震概念設(shè)計(jì)和對(duì)超限程度的控制。當(dāng)某一項(xiàng)指標(biāo)超過規(guī)范限值較多時(shí)或有多項(xiàng)指標(biāo)超過規(guī)范限值時(shí)，宜改變建筑和結(jié)構(gòu)平面布置。

由于建筑功能要求，樓板有較大凹入或開有較大洞口而使結(jié)構(gòu)成為平面不規(guī)則，除會(huì)使樓板平面內(nèi)的剛度減弱外，還造成凹口或洞口分開的各部分間連接變?nèi)?，不能很好地傳遞水平力。同時(shí)，凹角附近也容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，地震時(shí)常會(huì)在這些部位產(chǎn)生較嚴(yán)重的震害。

為保證結(jié)構(gòu)具有很好的整體性，使整個(gè)結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，應(yīng)采取相應(yīng)的措施予以加強(qiáng)。

3.1 樓板開大洞削弱后，可采取下列構(gòu)造措施。① 加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率，采用雙層雙向配筋，每層、每向配筋率，不宜小于0.25%。② 洞口邊緣設(shè)置邊梁、暗梁;暗梁寬度可取板厚的2倍，縱向鋼筋配筋率不宜小于1.0%。③ 在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋。

3.2 井字形平面等樓板有較大的凹入時(shí)的加強(qiáng)措施主要有。① 設(shè)置拉梁或拉板，且宜每層均勻設(shè)置。拉板厚宜取250～300mm，按暗梁的配筋方式配筋。拉梁、拉板內(nèi)縱向鋼筋的配筋率不宜小于1.0%?？v向受拉鋼筋不得搭接，并錨人支座內(nèi)不小于。② 設(shè)置陽臺(tái)板或不上人的外挑板，板厚不宜小于180mm，雙層雙向配筋，每層、每向配筋率不宜小于0.25%，并按受拉鋼筋錨固在支座內(nèi)。③ 凹角部位增配斜向鋼筋。當(dāng)中央部分樓、電梯間使樓板有較大削弱時(shí)，應(yīng)將樓、電梯間周邊樓板加厚并加強(qiáng)配筋，加強(qiáng)連接部位墻體的構(gòu)造措施。

三、超限高層建筑設(shè)計(jì)應(yīng)重視抗震概念設(shè)計(jì)

對(duì)于超限高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)， 分析計(jì)算十分重要，但計(jì)算不是超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。目前有的各種計(jì)算模型都是在各種假定條件下作一定的簡(jiǎn)化處理才得以實(shí)現(xiàn)的，其計(jì)算出的結(jié)果一定反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài);對(duì)于工程中出現(xiàn)的各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)有的計(jì)算模型很多都不能適用的。因此在超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要重視結(jié)構(gòu)的計(jì)算，但也不能過于依賴計(jì)算和盲目的應(yīng)用計(jì)算結(jié)果，應(yīng)從工程結(jié)構(gòu)的抗震概念和基本力學(xué)出發(fā)，認(rèn)真分析計(jì)算結(jié)果;重視結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用。

四、結(jié)束語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，超限高層建筑也越來越多，并向著更超高化、普遍化、功能綜合化、環(huán)境生態(tài)化、管理智能化的方向發(fā)展，超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)問題也變得越來越突出。設(shè)計(jì)人員一方面要掌握各種先進(jìn)軟件和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也要掌握高層建筑的抗震設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原理、體系選擇等相關(guān)的知識(shí)，只有這樣才能使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)、安全適用的目的。

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