超限高層建筑工程抗震設計中的若干問題

天津方標世紀規(guī)劃建筑設計有限公司 天津 300220

摘要：當今世界由于人口、資源的壓力，人們拓寬生存空間的思維逐漸從簡單低層地面發(fā)展到超限高層，對于生活在大城市的人而言，高樓聳起，就明白超限高層建筑工程開發(fā)的重要性。隨著人類對大城市住房需求不斷增加，未來的建筑世界必定是一個“天空的世界”。超限高層建筑的施工不同于傳統(tǒng)的地上工程，相比一般的地上工程其面臨的情況更為復雜，對于安全性而言，抗震是最需要考慮的，還需要綜合考慮成本、地質條件、方案選擇與評價標準等多個因素，地質條件的考慮尤為重要。因此超限高層建筑工程抗震設計的制定必須經過一個嚴格而復雜的程序。本文分析了超限高層建筑工程抗震設計中的若干問題，并針對某樓進行了系統(tǒng)的分析，供設計人員參考。

關鍵詞：超限高層；建筑工程；抗震設計

超限高層建筑工程是指超出國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結構類型的高層建筑工程，體型特別不規(guī)則的高層建筑工程，以及有關政府管理機構文件中規(guī)定應進行抗震專項審查的高層建筑工程。隨著城市建設的發(fā)展，高層建筑的數(shù)量越來越多，各種體型復雜的不規(guī)則高層結構時有出現(xiàn)。

一、超限高層建筑工程抗震設計中的一些問題

對于超限高層建筑的設計施工，會受到諸多因素的影響，而這都會對建筑物的整體安全性和穩(wěn)定性產生影響。就抗震設計而言，在設計中會存在一些問題，這主要體現(xiàn)在一下幾個方面：

1.資料的不足使得設計存在一定的缺陷。我國經濟發(fā)展的過程中經歷著經濟體制的轉變，而這反應在房地產領域則會使得建筑施工等會有急功近利等現(xiàn)象存在。在建筑中會有過于強調施工的工期而忽視設計和質量等問題，會在沒有充分完整的建筑物周邊資料的情況下進行設計，或者在設計尚未完成或者優(yōu)化的情況下變開工建設。這種情況下的施工，沒有關于建筑物施工地點地質條件及相鄰建筑物等的資料和數(shù)據支持的情況下進行盲目的設計和施工，從而使得工程的安全性降低，也便無法保證超限高層建筑物抗震性能的要求。

2.超限高層建筑物的設計中其結構的平面布置會對其抗震設計產生影響。對于一些超限高層建筑物會存在形狀上的不規(guī)則，而這樣的結構設計會對施工帶來一定的難度，平面上的不均衡多、長度長于設計等現(xiàn)象多有發(fā)生，而這些問題的存在對于建筑物整體的安全帶來了較大的隱患。這體現(xiàn)在抗震的設計中，結構的不規(guī)則使其抗震結構的設計和施工無法找到均衡點，對于一些薄弱環(huán)節(jié)考慮不足，從而對整體的安全性產生影響。

3.受力體系影響著建筑物整體的設計。在超限高層建筑物設計方案中，由于其負重結構的不同會存在不同的受力體系，建筑物設計中充分考慮該種負重結構和受力體系時，便會產生受力體系建設與抗震性能的矛盾。該種受力結構的復雜化會使得建筑物的抗震性能相對降低，從而影響整體的穩(wěn)定性和安全性。

二、加強超限高層建筑工程抗震設計的對策

針對上述超限高層建筑工程抗震設計中存在的一些問題，我們可以采取相應的措施來實現(xiàn)抗震設計的安全性，從而保證建筑物的整體安全。

1.保證超限高層建筑物設計前期工作的有效完成。該種前期工作包括建筑物地質條件、周圍環(huán)境等相關資料和數(shù)據的搜集、整理和分析。當我們對所有的影響建筑物整體抗震性能和安全性因素充分合理分析的基礎上再進行設計時，便能夠有效的避免資料和數(shù)據缺陷所帶來的設計和施工中的一些誤差，從而保證建筑物的安全。

2.注重設計方案的選擇和優(yōu)化。超限高層建筑工程因其自身特點其設計和施工相對復雜、要求也相對較高，在這種情況下，我們進行抗震設計時便要充分考慮多種影響因素不斷的優(yōu)化設計方案。在抗震設計方案形成過程中，通過比較分析，確定相關的抗震指數(shù)和具體施工方式，并且針對不同的情況制定多種設計方案，并且通過方案見的比較選擇最優(yōu)方案。這種設計中的比較能夠使我們在設計階段發(fā)現(xiàn)一些安全隱患和問題，保證工程的安全性。

3.優(yōu)化建筑物的結構及受力體系建設。超限高層建筑工程在滿足一定外觀要求的同時也應該考慮其結構和安全的因素，在抗震設計中，綜合分析該種結構下的受力體系，通過力學分析尋得一個平衡的，并在此基礎上科學設計抗震防線及其合理布局，使其能夠滿足建筑工程抗震要求，保證其整體的安全性。

三、實例分析

1.工程概況。本工程商務辦公樓，地上42 層，地下4層。其中負4 層為平戰(zhàn)結合的六級人防工程；負1-3層為停車場及設備房；1-5層為裙樓作商業(yè)用途；6層為架空層；7-8層及 10-24層為辦公樓；26層以上均為客房。建筑高度為（165.34+0.3）=165.64m，屬B級高度的高層建筑，采用框架- 筒體結構，樓面為鋼筋混凝土結構。其結構模型如圖1所示。

2.本工程高寬比取首層計算，H=165.64，B=43.2，H B=3.83；取 6 層計算，H=165.64，B=30.8，H B=5.38；核心筒高寬比 H=165.64，B=12.35，L=15.89，H B=13.4，H L=10.4。本工程為一類高層建筑，耐火等級為一級，按七度抗震設計。

3.超限處理措施

（1）本工程屬 B 級高度的高層建筑，采用以下構造加強措施：第一，增大底部加強部位的剪力墻厚度；第二，連梁采用交叉暗撐的配筋形式；第三，底部加強部位采用型鋼混凝土柱并加大其配箍特征值；第四，通過構造措施加強節(jié)點和加強錨固；第五，嚴格控制框支柱的軸壓比。

（2）在結構平面和豎向布置方面，盡量減少扭轉的影響，并使側向剛度盡可能逐漸均勻變化。通過反復對結構構件布置進行調整和計算，使其在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移不大于該樓層平均值的 1.4 倍，結構扭轉為主的第 1 自振周期Tt與平動為主的第 1自振周期 T1之比不大于 0.85；轉換層側向剛度不小于相鄰上部樓層剛度的 70%，其受剪承載力大于上層受剪承載力的 80%。

（3）針對梁式轉換層結構采取了以下措施：第一，增大落地剪力墻的厚度；第二，調整結構布置，使轉換層上、下部結構的側向剛度比符合規(guī)范要求；第三，加強型鋼混凝土轉換梁的配筋及相應節(jié)點；第四，加強轉換層相高剪力墻的配筋，底部加強部位取 0.5%；第五，嚴格控制框支柱的軸壓比，采用型鋼混凝土柱并加大柱的配箍特征值，為平緩過渡，將型鋼柱由轉換層向上延伸2層。

（4）針對 34 層、41 層立面內收采取了如下措施：由于 34 層的柱內收過大及 41 層的立面內收柱轉換，結構整體計算表明，相應位置的樓層反應曲線出現(xiàn)拐點，因此在變化樓層及上下樓層擬適當加大樓板厚度，采用雙層雙向配筋和適當提高上下層柱的配箍率，以確保結構的安全性，降低高振型對上部結構的影響。

（5）計算時考慮了重力二階效應，底部加強部位配筋計算時考慮雙向地震的影響，該部位的柱考慮雙偏壓計算配筋。

4.專項審查意見及相應修改

（1）由于微風化基巖埋藏較深，可考慮將部分樁持力層設于中風化層，并適當提高樁端持力層承載力特征值的取值，裙樓部分可考慮采用天然地基上的淺基礎。修改內容：提高樁端持力層承載力特征值的取值，按位置鉆孔取值。

（2）34 層柱退縮處應設框梁以平衡柱底的彎矩。修改內容：設框架扁梁平衡柱底的彎矩。

（3）建議首層車道處換梁做成連續(xù)梁。修改內容：首層車道處的轉換結構改為斜柱轉換。

超限高層建筑設計要有可行性論證，明確超限的類型和程度，提出理論分析或試驗研究等技術依據，采取有效的抗震設計措施。超限高層建筑的抗震審查是十分必要的，不僅可以確定工程的抗震薄弱部位和程度，還可以確保結構達到抗震設防要求。

參考文獻：

[1]莫庸，金建民，杜永峰，等.高烈度地震區(qū)建筑結構選型問題的初步探討[J].工程抗震與加固改造，2013，30（4）：50—55.

[2]黃武藝，邱開旺.超限高層建筑工程的抗震設計[J].城市建設理論研究（電子版），2013（12）

[3]陶霖華.超限高層建筑結構基于性能抗震設計的研究[J].建材與裝飾，2012（36）