超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計的探討

袁浩

摘要 ：近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展以及科技水平的不斷提高，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。我國是一個幅員遼闊的大國，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，由此超限高層建筑的抗震性能設(shè)計方法成為焦點，本文欲從超限高層建筑的發(fā)展、目標(biāo)、判斷標(biāo)準(zhǔn)等方面對超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 ：超限高層建筑 性能抗震設(shè)計

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

高層建筑是社會生產(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，我國高層建筑的起步遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐洲大陸國家，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，我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，我國的高層建筑也得到了迅速發(fā)展，我國內(nèi)地成為高層建筑發(fā)展的中心之一。上海及長三角地區(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。我國高層建筑的數(shù)量及建筑高度均在世界前列。

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

我國是世界上陸地面積第三大的國家，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，自然災(zāi)害種類多樣，反生頻繁。中國地震活動頻度高、強(qiáng)度大、震源淺，分布廣，是一個震災(zāi)嚴(yán)重的國家。1949年以來，100多次破壞性地震襲擊了22個省（自治區(qū)、直轄市），其中涉及東部地區(qū)14個省份，造成27萬余人喪生，占全國各類災(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)成中國的基本國情之一。

中國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，一是中國的人口密、人口多；中國的經(jīng)濟(jì)落后，房屋不堅固，容易倒塌，容易壞；第三與中國的地震活動強(qiáng)烈且頻繁有密切關(guān)系。

由此，世界各國，特別是我國對超高層建筑的抗震設(shè)計進(jìn)行研究，美國在經(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)計的綜合設(shè)計體系。我國也在基于性能抗震設(shè)計上進(jìn)行了大量的研究并于2000年頒布了《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，對基于性能抗震設(shè)計的目標(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)計思想同高層建筑相掛鉤，要求在對高層建筑進(jìn)行設(shè)計的同時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)計在我國的建筑界中處于一個十分重要的位置。

二、超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計相關(guān)分析

（一）對超限的判別

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)則超限三個方面。

（二）超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計的思想內(nèi)容

在當(dāng)前的社會環(huán)境下，世界各國都將“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)，同時經(jīng)過時間和實踐的證明，該思想對地震災(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，從而在另一方面對社會造成損失，而在我國的實踐基礎(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)計越來越重要。基于性能的建筑設(shè)計起初就以抗震為基礎(chǔ)而貫穿于整個建筑過程的始終，主要對結(jié)構(gòu)體系的布置、設(shè)計，施工期間對結(jié)構(gòu)體系的使用、對其質(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，我國的超限高層建筑的抗震性能水準(zhǔn)主要包括以下六個方面的標(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）我國超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計的缺陷

由于歷史條件的制約，我國的科學(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)計并不能有效的解決現(xiàn)實中出現(xiàn)的一系列問題；同時伴隨著社會的進(jìn)步，超限高層建筑的設(shè)計越來越復(fù)雜，在對建筑進(jìn)行可行性結(jié)構(gòu)評估時，由于評估結(jié)果是依據(jù)相關(guān)試驗得到，導(dǎo)致這在實踐操作中很難得到有效實施；在當(dāng)今日新月異的時代，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，同時由于超限高層建筑的復(fù)雜性，對其抗震性能水平的評估方法Pushover 分析方法在有些情況下也不能滿足計算的需要，因此對其進(jìn)行分析的計算方法也有待提升。綜合以上所說，基于性能的抗震設(shè)計在超限高層建筑的設(shè)計中是最為合理的，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)計還有待研究。

（五）對我國超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計的建議

根據(jù)前文所述，我國超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計的不足之處主要集中于對抗震性能水平的評估上，尤其是根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，其中對中震水平?jīng)]有明確的規(guī)定，導(dǎo)致在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時往往不能達(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中小震的指標(biāo)，將對中震的規(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性能水準(zhǔn)，簡化相應(yīng)的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)指標(biāo)，使得建筑設(shè)計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， 從而改善整個結(jié)構(gòu)的抗震性能。

結(jié)論

對于超限高層建筑而言，基于性能的抗震設(shè)計方法是一個合理化的趨勢，這種方法使得建筑在性能水準(zhǔn)上更為具體，更加具有可操作性，對高層建筑的寬高度、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)計者能夠根據(jù)高層建筑的具體特點和價值目標(biāo)來對建筑的整體性能水準(zhǔn)、目標(biāo)進(jìn)行評估與論證，大大提高了設(shè)計的靈活性，近年來我國對超限高層建筑基于性能抗震的設(shè)計在實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)計方法還有有很多的問題和缺陷比如地震作用水準(zhǔn)的評估以及建筑性能水準(zhǔn)的計算等方面沒有得到解決，但是隨著未來我國社會科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，研究的不斷深入，該設(shè)計方法能夠得到很好的完善和成熟。

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