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高層建筑結(jié)構(gòu)分析:高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震設(shè)計(jì)研究

摘要:為了緩解城市人口與土地面積緊張的局面，各地大規(guī)模建設(shè)高層建筑。我國位于環(huán)太平洋地震帶上，地震活動(dòng)頻繁。地震發(fā)生時(shí)對建筑造成侵害，導(dǎo)致建筑倒塌等安全事故。為了確保高層建筑的安全和穩(wěn)定性，必須重視高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)與常規(guī)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，并分析了超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)，希望能提高高層建筑抗震性能。

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

引言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，我國建筑逐漸向高層建筑和超高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展。高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層數(shù)比較高，建筑地基承受的荷載比較大。地震發(fā)生時(shí)，震源對高層建筑結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生沖擊力，容易造成建筑梁、柱斷裂，建筑倒塌等現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅到人民群眾的安全。我國是地震災(zāi)害比較頻繁的國家，高層建筑抗震設(shè)計(jì)一直是社會關(guān)注的重點(diǎn)，抗震設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到高層建筑的質(zhì)量。因此高層建筑抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候要根據(jù)高層建筑的實(shí)際情況，提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

1超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)與常規(guī)抗震設(shè)計(jì)的比較

1.1基于性能的抗震設(shè)計(jì)的概念

概念設(shè)計(jì)是目前一種比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)相比，概念設(shè)計(jì)不需要精準(zhǔn)的計(jì)算或參考建筑設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)的目錄，而是設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按照建筑結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理，從建筑結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行把握設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)思想無法滿足人們對建筑結(jié)構(gòu)抗震功能的要求,為了提高建筑結(jié)構(gòu)抗震安全性能要求,抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)生了較大變化。比如建筑結(jié)構(gòu)以力分析為主并兼顧力與變形，考慮到建筑結(jié)構(gòu)變形、耗能和損失，以及非線性分析和可靠性分析。基于性能的抗震設(shè)計(jì)是20世紀(jì)90年代美國建筑設(shè)計(jì)師提出來的一個(gè)全新的設(shè)計(jì)理念。它的主要核心是將抗震設(shè)計(jì)從保護(hù)居民生命財(cái)產(chǎn)安全為基本目標(biāo)轉(zhuǎn)移到不同風(fēng)險(xiǎn)水平地震作用力下滿足人們對建筑的性能要求，通過多層次、多目標(biāo)的抗震安全設(shè)計(jì)，保障建筑安全，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和投資效益的平衡，滿足人們對建筑的個(gè)性需求。

1.2我國常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法

當(dāng)前大部分國家的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范為“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則，我國采用二階段抗震設(shè)計(jì)方法滿足工業(yè)建筑和民用建筑實(shí)現(xiàn)以上三個(gè)原則的抗震要求，并在這個(gè)基礎(chǔ)上根據(jù)建筑物抗震重要性分成甲、乙、丙、丁四類建筑物，根據(jù)建筑物的類別設(shè)置相應(yīng)的抗震防烈要求。二階段抗震設(shè)計(jì)方法如下:第一階段是對建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，也就是小震的地震洞參數(shù)，通過彈性模量計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的彈性地震作用力,并與建筑物風(fēng)荷載、雪荷載、水平荷載等進(jìn)行組合，計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)截面的抗震承載力，確保建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并通過合理的平面結(jié)構(gòu)布置，確保建筑結(jié)構(gòu)的抗拉力。第二階段則是驗(yàn)算建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性，也就是對地震作用下很容易倒塌的建筑結(jié)構(gòu)按照大震標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，處理好建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，以免地震發(fā)生時(shí)首先沖擊建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，影響到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

1.3常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法與基于性能抗震設(shè)計(jì)方法的比較

基于常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法與基于性能抗震設(shè)計(jì)方法在設(shè)防目標(biāo)、設(shè)計(jì)實(shí)施方法和檢驗(yàn)方法、實(shí)現(xiàn)性能和工程應(yīng)用方面都有所不同，具體見表1。通過比較發(fā)現(xiàn)，基于性能抗震設(shè)計(jì)方法是未來建筑抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，它適應(yīng)了社會新技術(shù)和新工藝發(fā)展需求，能夠滿足建筑業(yè)務(wù)單位和使用單位對建筑結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)要求。

2超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)

某酒店塔樓的高度是168.9m，結(jié)構(gòu)計(jì)算高度為176m，建筑結(jié)構(gòu)為B類鋼筋混凝土高層建筑。建筑場地類別為III類，建筑抗震等級為二級。

2.1結(jié)構(gòu)的抗震性能水準(zhǔn)

按照相關(guān)規(guī)定，酒店的塔樓高度、平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等不能超限，所以在第一、二階段抗震設(shè)計(jì)過程中，必須采取有效的方法滿足建筑工程國家以及地方相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，并將基于性能抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的抗震性能設(shè)計(jì)方法以及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定該酒店的性能水準(zhǔn)為C類，具體控制目標(biāo)如下:

2.2建筑結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)

超限高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性、高度等方面超出了建筑工程規(guī)范中的適用限值，使得抗震設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的參考依據(jù)?；谛阅苣繕?biāo)設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要綜合考慮到建筑場地實(shí)際設(shè)防裂度、超高限值以及建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則等經(jīng)濟(jì)因素，對超高建筑的薄弱環(huán)節(jié)、主抗側(cè)力構(gòu)件等結(jié)構(gòu)變形能力和抗震承載能力有具體的性能目標(biāo)。按照建筑工程設(shè)計(jì)中相關(guān)內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件由建筑結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)工程實(shí)際情況分析。比如水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件和支撐豎向構(gòu)件、大懸挑結(jié)構(gòu)的主要懸挑構(gòu)件、長短柱在同一樓層的數(shù)量相當(dāng)于在該層各個(gè)長短柱等要求。這其實(shí)是將過去常規(guī)抗震設(shè)計(jì)中的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)原則進(jìn)行量化和細(xì)化。比如將A級性能目標(biāo)設(shè)計(jì)要求建筑結(jié)構(gòu)小震不壞、中震和大震不壞，就是要求建筑結(jié)構(gòu)在中震和大震中依然保持一定的彈性。

3結(jié)語

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，常規(guī)的建筑工程抗震設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)下建筑設(shè)計(jì)的要求，基于建筑結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計(jì)理念對抗震結(jié)構(gòu)的目標(biāo)進(jìn)行量化，明確抗震目標(biāo)性能，能夠提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，必將成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。

作者：藍(lán)天 單位：廈門紫金工程設(shè)計(jì)有限公司

高層建筑結(jié)構(gòu)分析:高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)問題研究

【摘要】隨著社會生產(chǎn)力的提高，社會大眾對于人類活動(dòng)有更高的要求，建筑行業(yè)作為人類生活中必不可少的一部分。在商業(yè)化、工業(yè)化以及城市化趨勢下朝著高層建筑結(jié)構(gòu)理發(fā)展，全新的施工技術(shù)不斷呈現(xiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了設(shè)計(jì)與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)以及技術(shù)條件，本文就高層建筑結(jié)構(gòu)的幾個(gè)設(shè)計(jì)概念中蘊(yùn)含的幾個(gè)問題進(jìn)行了探究，提出了幾點(diǎn)建議。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)遵守的幾個(gè)概念

1．1高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)合理選擇設(shè)計(jì)方案

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，高層建筑在城市中成為隨處可見的風(fēng)景，也是未來城市建設(shè)的發(fā)展方向。在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要重點(diǎn)考慮高層建筑的外形、安全性以及可實(shí)用性，在建筑施工之前要優(yōu)先完善建筑工程設(shè)計(jì)的方案，在高層設(shè)計(jì)的時(shí)候，提出的建設(shè)方案一定要是科學(xué)、合理的，包括了高層建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案、結(jié)構(gòu)方案以及施工方案，就在出臺結(jié)構(gòu)方案之前，要對高層建筑的施工現(xiàn)場進(jìn)行全面的調(diào)查，對周圍的環(huán)境、氣候條件以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確地考察，確保高層建筑在日后的施工以及使用中不會受到外界客觀因素的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，綜合高層建筑施工所需要的建筑材料、未來用戶的居住使用需求等等進(jìn)行后續(xù)的基礎(chǔ)建設(shè)方案的完善以及優(yōu)化，擇優(yōu)而選，使得未來建筑工程在施工結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出合理性、可行性以及可靠性。

1．2高層建筑的設(shè)計(jì)施工要合理計(jì)算施工簡圖

總結(jié)多年的建筑工程施工經(jīng)驗(yàn)，所有的建筑計(jì)算簡圖在實(shí)際施工的過程中都有一定的差異，必然會存在一定的誤差。為了有效的改善這一誤差帶來的施工危害，要合理地控制誤差的范圍，在誤差較大的時(shí)候要及時(shí)重新計(jì)算和處理，提高計(jì)算簡圖的精確性，有效地規(guī)避計(jì)算簡圖誤差較大帶來的安全事故。在計(jì)算建筑優(yōu)化的時(shí)候，需要高層建筑的設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)關(guān)注，提高高層建筑的設(shè)計(jì)科學(xué)性和合理性。

1．3高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要正確地分析設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段，對于測量和計(jì)算的結(jié)果是有較強(qiáng)依賴性的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及軟件技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用信息技術(shù)來提高對高層建筑的施工以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)人員在完善高層建筑設(shè)計(jì)概念的時(shí)候，需要精準(zhǔn)地對計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合自己豐富的建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和判斷，確保高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候能夠科學(xué)地參考這些數(shù)據(jù)，提高高層建筑設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)種常見的幾個(gè)設(shè)計(jì)問題

2．1高層建筑結(jié)構(gòu)底部嵌固部位的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

高層建筑在實(shí)際設(shè)計(jì)以及建造之前，首先應(yīng)當(dāng)對建筑的嵌固結(jié)構(gòu)進(jìn)行確認(rèn)，嵌固結(jié)構(gòu)主要指的是高層建筑中預(yù)期塑性鉸時(shí)可能出現(xiàn)的部位，嵌固結(jié)構(gòu)關(guān)系到結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件的內(nèi)力分配準(zhǔn)確性，還會間接地影響高層建筑結(jié)構(gòu)是否會產(chǎn)生側(cè)移的真實(shí)性，使得整個(gè)高層建筑的局部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性。在高層建筑嵌固端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨著許多不同的情況，例如高層建筑的地下室設(shè)計(jì)的時(shí)候需要對地下室的層數(shù)以及基礎(chǔ)形式進(jìn)行確認(rèn)。例如:在設(shè)計(jì)高策建筑的地下室的時(shí)候，通常采用的結(jié)構(gòu)形式是基礎(chǔ)持力層較淺的情況，但是這樣結(jié)構(gòu)的抗震性能是較差的。因此在高層建筑地下室設(shè)計(jì)的時(shí)候需要采用基礎(chǔ)面作為結(jié)構(gòu)嵌固端，在標(biāo)高處的縱橫方向設(shè)置剛度較大的基礎(chǔ)梁做連接，在此基礎(chǔ)上層層建設(shè)。如果基礎(chǔ)面標(biāo)高與首層標(biāo)高之間具有一定的距離，基礎(chǔ)梁之間的梁結(jié)構(gòu)以及剛度較小，地面標(biāo)高在無法實(shí)現(xiàn)剛性地面的性能，上部無法形成嵌固端，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候是無法實(shí)現(xiàn)安全的。如果高層建筑的地下室是單層的，需要充分利用基礎(chǔ)無限的剛度，為首層樓面的靈活結(jié)構(gòu)下選型創(chuàng)造條件，即便是首層樓面的留有大洞，或者選用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，都不會影響高層建筑的計(jì)算準(zhǔn)確性。如果高層建筑的地下室是多層的，要將高層建筑地下室的上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)在地下室的且頂板，使得地下室的頂板標(biāo)高與室外的地坪的高度差不能太大，小于地下一層層高的三分之一，但是此時(shí)需要注意的是多層的地下室不能有很大的孔洞，樓面框架的抗彎剛度要足夠的大，樓板的厚度也要注意小于180mm。

2．2高層建筑結(jié)構(gòu)樓層平面剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體都是按照電算程序進(jìn)行的，整個(gè)程序在運(yùn)行的時(shí)候要重點(diǎn)考量樓層平面是否變形，將高層建筑的大部分樓層都假設(shè)為剛性樓面，當(dāng)樓板的自身平面內(nèi)剛度無限擴(kuò)大之后，樓面是不會發(fā)生彎曲以及剪切變形的，僅僅剛性運(yùn)動(dòng)是無法在樓面內(nèi)兩個(gè)方向平移，基于上訴假設(shè)，高層建筑的樓層平面設(shè)計(jì)需要考慮結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力情況，按此結(jié)構(gòu)確定建筑物具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，高層建筑物的穩(wěn)定性也是適度的。盡管程序的編程在樓面設(shè)計(jì)的時(shí)候無法準(zhǔn)確地判斷樓板的變形程度，但是計(jì)算機(jī)算法給樓板變形程度帶來具有科意義的參考標(biāo)準(zhǔn)，讓高層建筑的設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中找到安全的參考標(biāo)準(zhǔn)，確定高層建筑的部位結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件安全儲備，為高層建筑的柔性樓面設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

2．3高層建筑利用防震縫解決平面中不規(guī)則的復(fù)雜結(jié)構(gòu)超限問題

高層建筑的平面型狀比較復(fù)雜，在完善高層建筑的防震功能的時(shí)候，要考慮到各個(gè)房屋在區(qū)域內(nèi)可能產(chǎn)生的側(cè)移差異，進(jìn)而造成高層建筑的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以及復(fù)雜性，為了預(yù)防房屋各翼段的連接部位以及陰角部位的樓蓋產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，要在高層建筑物內(nèi)的規(guī)則結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行均勻的變化，突出建筑局部上的突出情況，改進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)中的收進(jìn)、質(zhì)量、剛度以及強(qiáng)度，使得高層建筑的質(zhì)量結(jié)構(gòu)分布均勻，使得高層建筑的各個(gè)質(zhì)量中心和剛度中心基本重合，大體在同一個(gè)豎軸線上。在實(shí)際高層建筑施工的時(shí)候，往往存在更為復(fù)雜的平面結(jié)構(gòu)，使用防震縫的方法將不規(guī)則的結(jié)構(gòu)分解成為多個(gè)基本規(guī)則的機(jī)構(gòu)單元，解決高層建筑設(shè)計(jì)中超限問題，使得高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得較為簡單，使得高層建筑的設(shè)置就在剛心與質(zhì)心最大限度地靠近，為高層建筑設(shè)計(jì)選定正確的周期比、位移比以及剛度比等等計(jì)算參數(shù)創(chuàng)造了強(qiáng)而有力的條件，使得高層建筑的設(shè)計(jì)出更加簡單地結(jié)構(gòu)，更好地解決高層建筑存在的問題，使得高層建筑的設(shè)計(jì)更加地靈活，安全性得到大大的提高。

3結(jié)語

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，高層建筑的建設(shè)數(shù)量在城市內(nèi)逐漸增多，如何優(yōu)化高層建筑的建設(shè)質(zhì)量，使得建筑行業(yè)朝著更加健康的方向發(fā)展，為了切實(shí)地保障高層建筑的使用安全，本文探究了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候完善高層建筑的建設(shè)質(zhì)量。本文探究了高層建筑設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)注意建設(shè)中的一些設(shè)計(jì)，重視高層建筑的定量計(jì)算分析以及結(jié)構(gòu)概念，使得設(shè)計(jì)人員掌握建筑結(jié)構(gòu)的宏觀控制以及作出正確的定性判斷，使得高層建筑的結(jié)構(gòu)安全度以及設(shè)計(jì)合理性得到很大的提高，使得未來高層建筑朝著更加健康長遠(yuǎn)的方向成長，切實(shí)滿足社會大眾的生活需求，為社會中建筑行業(yè)的秩序完善奠定良好的基礎(chǔ)。

作者：雷鷹 單位：中核建中核燃料元件有限公司

高層建筑結(jié)構(gòu)分析:鋼筋混凝土超高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的超高層建筑設(shè)計(jì)不斷完善，其中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由于具有良好的剛度、延性及較強(qiáng)的整體性，發(fā)展成為主要的結(jié)構(gòu)形式。然而，由于我國處于地震帶，對鋼筋混凝土超高層框架結(jié)構(gòu)建筑的抗震性能提出了要求，本文從當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題入手，簡要概述抗震概念設(shè)計(jì)遵循的基本原則，并對超高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行逐一分析總結(jié)，希望對鋼筋混凝土超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑；鋼筋混凝土；抗震設(shè)計(jì)

前言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的建筑業(yè)得到迅猛發(fā)展，超高層、超高層建筑越來越多，建筑結(jié)構(gòu)造型和功能也越來越美觀與先進(jìn)，許多建筑采用底部大裙房、上部多座塔樓的建筑形式。然而這些復(fù)雜的建筑形式的出現(xiàn)也會帶來一些問題，其中最重要的就是其結(jié)構(gòu)造型給抗震分析以及抗震設(shè)計(jì)帶來諸多新的問題。國外對鋼筋混凝土超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)有了較為成熟的研究，也有許多建筑案例（如圖1）。國內(nèi)雖然經(jīng)過數(shù)十年的研究分析，也已經(jīng)出現(xiàn)包括分析軟件TBSA和TAT等在內(nèi)的超高層建筑設(shè)計(jì)分析軟件，這些軟件能夠幫助建筑設(shè)計(jì)師或工作人員對建筑的抗震性能進(jìn)行一定的研究，但設(shè)計(jì)中還經(jīng)常會遇到許多程序、規(guī)范不能解決的問題，存在一定的局限性。這就需要結(jié)構(gòu)工程師依據(jù)概念設(shè)計(jì)把復(fù)雜的問題通過科學(xué)分析簡化。以適應(yīng)社會發(fā)展的需要，同時(shí)也為結(jié)構(gòu)工程師提供更多關(guān)于抗震設(shè)計(jì)的有參考價(jià)值的設(shè)計(jì)依據(jù)。

1超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1平面規(guī)則性超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)

平面規(guī)則性超高層建筑具有以下的特征：樓板的形狀不規(guī)則且凹凸不平，樓板之間沒有較強(qiáng)的聯(lián)系、樓板的局部之間斷斷續(xù)續(xù)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯等。針對上述特點(diǎn)，這類的建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）如果樓板的形狀凹凸不規(guī)則或樓板局部斷斷續(xù)續(xù)，則可以采用彈性樓蓋模型，使其符合樓板平面內(nèi)的實(shí)際剛度變化，或者按照分塊剛性樓板與局部彈性板的原則進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)然，扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)效應(yīng)也需要考慮進(jìn)去。（2）對于樓板中應(yīng)力集中部位以及連接較弱的樓板，可以適當(dāng)加大樓板的厚度，具體的方法有雙層雙向配筋、配置45°斜向鋼筋、配置集中配筋的邊梁。（3）如果樓板之間沒有較強(qiáng)的聯(lián)系或者平面過于不規(guī)則，或建筑物過長，則可以通過調(diào)整變形縫來把其結(jié)構(gòu)切成若干個(gè)子結(jié)構(gòu)。如果一些超限高層的建筑物有明顯的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，則應(yīng)該盡量保證抗側(cè)力構(gòu)件在平面布置中的對稱性，同時(shí)應(yīng)該盡量加大外圍豎向構(gòu)件的抗側(cè)剛度和強(qiáng)度。

1.2豎向規(guī)則性超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)

豎向規(guī)則性超高層建筑具有以下的特征：在立體上建筑呈現(xiàn)收進(jìn)的狀態(tài)，其主要存在形式為連體建筑，建筑內(nèi)部轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，大底盤多搭樓等，針對上述特點(diǎn)，這類的建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）當(dāng)超高層建筑的立面收進(jìn)超過一定限度時(shí)，應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)的層受剪承載力大于相鄰上一樓層的80%，并且合理控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)收進(jìn)部位、豎向構(gòu)件以及建筑內(nèi)部的樓板。一旦立面收進(jìn)產(chǎn)生偏差，建筑底部的結(jié)構(gòu)就會因?yàn)榕まD(zhuǎn)而產(chǎn)生較大內(nèi)力，這就要求建筑底部結(jié)構(gòu)的周邊構(gòu)件的配筋強(qiáng)度足夠大。通常情況下，建筑設(shè)計(jì)師會采用臺階形多次內(nèi)收的立面來改善這一困難。（2）對于連體建筑來說，其周邊以及連接部位應(yīng)該按照彈性板來計(jì)算，連接體與主體宜采用弱連接，并盡可能減少其重量，同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)可以優(yōu)先考慮。連接體及與主體相鄰的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級應(yīng)盡量提高其等級。（3）對于帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的超高層建筑，應(yīng)該盡量保持其上下主體的豎向結(jié)構(gòu)連續(xù)貫通，并對其下部主體結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行加強(qiáng)，而對其上部主體結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行弱化，通過相應(yīng)的措施來對轉(zhuǎn)換層上下的等效剛度比進(jìn)行合理的控制，同時(shí)，為了提高框支層的抗震能力與延展性，應(yīng)該將框支柱承擔(dān)地震剪力的比例進(jìn)行增大。而為了減少轉(zhuǎn)換層上下的等效剛度比，可以將上部各層剛度適當(dāng)減小。一般來說，高振型影響與轉(zhuǎn)換層的高度呈正比關(guān)系，即轉(zhuǎn)換層越高，高振型影響越大，轉(zhuǎn)換層上下層間位移角及內(nèi)力突變也越明顯，因此，需要合理控制轉(zhuǎn)換層的高度。（4）在設(shè)計(jì)大底盤多塔樓的時(shí)候，應(yīng)該盡量提高其底盤的承載力，其目的是防止結(jié)構(gòu)在底部首先屈服。對于連接各塔樓的裙房屋面來說，要適當(dāng)加大其剛度，其目的是使底部的裙房與上部的塔樓共同振動(dòng)。然而，當(dāng)?shù)撞考訌?qiáng)時(shí)，薄弱層會發(fā)生上移，從而增大上部結(jié)構(gòu)的位移，因此底盤承載力的的提高需要掌握好其度。在設(shè)計(jì)塔樓的薄弱部位的時(shí)候，應(yīng)該全高加密該層柱箍筋，并增大箍筋的直徑與剪力墻的水平鋼筋。

2超高層混凝土建筑抗震影響因素

2．1建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

在對超高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)過程中，為保證混凝土整體位移一致，同時(shí)得到最小和最大的位移結(jié)構(gòu)剛度，應(yīng)該對建筑物垂直向力及橫向力進(jìn)行防護(hù)，提高扭轉(zhuǎn)力作用。因?yàn)榈卣鸬陌l(fā)生具有突發(fā)性和隨機(jī)性，所以對地震發(fā)生的時(shí)間、強(qiáng)度難以預(yù)測準(zhǔn)確，因此在分析建筑整體的抗震性能同時(shí)，要及時(shí)檢查出建筑物內(nèi)部的抗震隱患，科學(xué)分析，及時(shí)糾正，保證超高層混凝土建筑的抗震性能。

2．2建筑物建設(shè)位置

合理選定超高層混凝土建筑的建設(shè)位置是極其重要的，因?yàn)槲覈靥幍卣痤l發(fā)地帶，所以在選址之前，要合理科學(xué)對建筑項(xiàng)目所在地的地質(zhì)情況進(jìn)行徹底的綜合性分析，減少超高層混凝土建筑遭受地震的危害的幾率，同時(shí)良好的建筑土質(zhì)也能提高超高層混凝土建筑具有較強(qiáng)的抗震性能。所以為避免建筑位置為松軟土質(zhì)，也應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離電廠、變電所等工廠。

2.3抗震加固環(huán)節(jié)

超高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中，對建筑物進(jìn)行抗震加固是非常有必要的，因?yàn)檫@樣的設(shè)計(jì)可以滿足建筑延伸性及剛度的要求。在實(shí)際的建筑施工過程中，由于超高層建筑物的鋼筋混凝土重量大，所以底部柱軸力應(yīng)該與建筑的高度呈正比關(guān)系，只有這樣建筑主要構(gòu)件才能有很好延伸性，在遇到強(qiáng)震時(shí)可以減少剪切性對墻體的破壞，這體現(xiàn)了對超高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)的重要性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，建筑設(shè)計(jì)師會以強(qiáng)柱弱梁限值為依據(jù)，綜合考慮框架柱的強(qiáng)剪弱彎和剪壓比，才能使設(shè)計(jì)的柱子頂端的抗彎能力達(dá)到合格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，螺旋復(fù)合箍筋的使用可以提高柱子的抗沖剪能力和短柱抗震性能，在地震強(qiáng)度不是很強(qiáng)時(shí)，保證短柱不對地震剪切力破壞。因?yàn)榻ㄖ亩讨邆涞目辜粜阅芰Φ陀诳箯澞芰?，所以設(shè)計(jì)過程中要保障短柱承受抗彎的屈服強(qiáng)度。

3隔振、減振在超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隔振、減振是在超高層建筑工程上防止振動(dòng)危害的主要手段。其中減振可分為主動(dòng)減振和被動(dòng)減振。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員會根據(jù)隔振、減振的原理，采用以下幾種辦法實(shí)現(xiàn)超高層建筑結(jié)構(gòu)的有效抗震。

3.1粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)

通過大量試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析表明，粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)可以有效的將超高層建筑的地震反應(yīng)減小40～80％，這在很大程度上可以保證建筑主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)震中的安全性，是高層結(jié)構(gòu)的舒適度控制在科學(xué)合理的范圍之內(nèi)。粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)見圖2。

3.2吸能減震

吸震減震是隔振減振在超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的又一方法，這種方法的最大特點(diǎn)是，使建筑結(jié)構(gòu)的震動(dòng)在合理的范圍內(nèi)，發(fā)生一定的位移，從物理學(xué)角度來講，就是使建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量在原結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)之間重新分配，以此達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的效果。當(dāng)前，有許多吸震減震的裝置運(yùn)用于超高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中：調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，調(diào)液（柱）阻尼器、懸吊質(zhì)量擺阻尼器記憶質(zhì)量放大器等。

3.3金屬阻尼器

金屬阻尼器能夠起到抗震效果，主要是通過在框架中加屈曲約束支撐，在合理的荷載力下，對建筑物實(shí)現(xiàn)支撐的作用，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，金屬支撐能以自身的塑性變形來消耗地震的能量，從而對超高層建筑主體結(jié)構(gòu)起到良好的作用。

4總結(jié)

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，人們的居住水平不斷提高，超高層建筑越來越多，而在對超高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。要以科學(xué)合理的方式增強(qiáng)建筑的抗震能力，切實(shí)保障公民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。本文從我國目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的問題與現(xiàn)狀入手，簡要概述超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并重點(diǎn)對隔振、減振在超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望對鋼筋混凝土超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究有一定的借鑒作用。

作者：毛俊義 單位：深圳華森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司毛俊義 深圳華森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司

高層建筑結(jié)構(gòu)分析:帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

摘要：社會的快速發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷深入，為建筑行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，在這樣的情況下進(jìn)行高層建筑的帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)，相關(guān)工作人員不僅要很好的掌握轉(zhuǎn)換的專業(yè)知識，還要對相關(guān)施工技術(shù)有一定程度的了解，這樣才能根據(jù)實(shí)際建筑要求設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑。本文首先分析了帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，然后進(jìn)一步分析了帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑施工技術(shù)的全面發(fā)展提高了建筑的整體質(zhì)量，同時(shí)也為人們創(chuàng)造了良好的生活環(huán)境。然而，在人們對生活品質(zhì)要求不斷提升的當(dāng)下，人們不僅對房屋建筑質(zhì)量提出了更高要求，也更加重視高層建筑的功能性。為了更好地滿足人們的需求，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須要融入多元化的設(shè)計(jì)元素?；诖?，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員必須要深入研究高層建筑的整體空間結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后根據(jù)建筑需求對結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行優(yōu)化。

1帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1．1作用

高層建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)與普通建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，設(shè)計(jì)人員要綜合考慮各種因素來提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、規(guī)范性、安全性。高層建筑下部和中部的受力強(qiáng)度較大，越是處于較高位置的樓層受力越小，不同的樓層的受力情況存在較大的差異。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)和中部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要提升柱和橫梁的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性，還要不斷增加結(jié)構(gòu)的剛度。當(dāng)樓層高度越高時(shí)，設(shè)計(jì)人員就需要根據(jù)實(shí)際的情況減少樓層當(dāng)中的柱和墻的數(shù)量。這樣不僅能夠有效的節(jié)省高層建筑設(shè)計(jì)和施工的成本，同時(shí)還能最大限度的發(fā)揮中部和下部結(jié)構(gòu)的整體支撐效果。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，應(yīng)擴(kuò)大中、下層建筑的結(jié)構(gòu)空間。因此，就必須要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)思路和理念，打破傳統(tǒng)常規(guī)建筑設(shè)計(jì)的局限，提升高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

1．2類型

設(shè)計(jì)師需要考慮高層建筑的使用要求，根據(jù)高層建筑的不同用途選擇不同的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。不同的轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)存在著一定的差異，因此，必須充分考慮多方面因素全面分析結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層主要有：板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，如圖1所示。（1）在高層建筑上下層的設(shè)計(jì)中，為保證建筑的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性，全面提升建筑的整體施工成效和施工效果，設(shè)計(jì)師往往會設(shè)計(jì)數(shù)量較多的柱網(wǎng)。為了使各層之間的受力穩(wěn)定，需在設(shè)計(jì)中融入板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，提升高層建筑的抗剪切性能。所設(shè)計(jì)的板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的厚度必須小于2．8m，且設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)情況選擇靈活多變的設(shè)計(jì)方案。與此同時(shí)，施工中應(yīng)選擇高質(zhì)量的輔助材料，以提升版式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的整體質(zhì)量。（2）設(shè)計(jì)人員往往會選擇框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來提升高層建筑的整體抗震性能。在這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，主要是通過巨型柱來構(gòu)建系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，合理控制結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分的受力情況。工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的加固裝置加固下層結(jié)構(gòu)的框架柱體。這種框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層能夠取得較好的固定效果，且施工工藝相對簡單，因此，廣泛應(yīng)用于各種高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中。（3）在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了能夠完成垂直轉(zhuǎn)換層的施工，須在設(shè)計(jì)中增加梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。這種轉(zhuǎn)換層具有傳遞樓層作用力的特點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)可以將高層建筑當(dāng)中的上層墻體受力傳遞到下層柱體結(jié)構(gòu)中，提升高層建筑整體的堅(jiān)固性、穩(wěn)定性、耐久性。梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高度控制在0．8～6m范圍內(nèi)。另外，這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在施工過程當(dāng)中的成本較高，設(shè)計(jì)師在選擇時(shí)需要考慮多方面的情況后才能使用。

2帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)的有效設(shè)計(jì)方案

2．1全面降低豎向結(jié)構(gòu)剛性差異

高層建筑中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，存在豎向結(jié)構(gòu)剛度低的問題，這不僅會嚴(yán)重降低高層建筑的穩(wěn)定性和質(zhì)量，同時(shí)還會大大提高結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的使用風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)人員必須采取有效措施，解決上層和下層的雙向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換過程中存在的差異。在結(jié)構(gòu)當(dāng)中設(shè)置具有較高安全系數(shù)的補(bǔ)償剪力結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際情況增加落地墻的厚度和數(shù)量，以便于提升高層建高層建筑空間的結(jié)構(gòu)剛度。設(shè)計(jì)中還需考慮落地構(gòu)件的截面、尺寸和設(shè)計(jì)均勻，盡可能選擇質(zhì)量較好、剛度較大的混凝土作為施工材料。這樣不僅能夠使落地構(gòu)件能夠達(dá)到相關(guān)的抗彎設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也能增加落地構(gòu)件的抗側(cè)力性能。

2．2科學(xué)合理的設(shè)置建筑剪力墻

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中的剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮建筑的實(shí)際情況，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，合理地設(shè)置剪力墻的數(shù)量和位置。這樣不僅能夠提升結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)還極大地發(fā)揮結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在高層建筑當(dāng)中的作用。如圖2所示，設(shè)計(jì)人員需要考慮剪力墻中的框架結(jié)構(gòu)疏密，通過計(jì)算確定位剪力墻的位置，并且根據(jù)樓層的受力情況設(shè)置適量的剪力墻。為了提升結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)水平，增加高層建筑空間布局設(shè)計(jì)的有效性，設(shè)計(jì)師還需要在剪力墻當(dāng)中增加一定數(shù)量的鋼筋。對于剪力墻當(dāng)中不平的部分，必須選擇相同的材料進(jìn)行找平施工。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)時(shí)，還需要對結(jié)構(gòu)梁兩端部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列的優(yōu)化，這樣才能有效地控制短肢墻內(nèi)力和結(jié)構(gòu)承受應(yīng)力。

3結(jié)語

為不斷地提升高層建筑的質(zhì)量和功能性，施工人員需要采用有效的施工方案，每個(gè)環(huán)節(jié)都選擇高效快捷的施工技術(shù)。在施工前，設(shè)計(jì)人員首先要了解高層建筑的工程概況，要分析高層建筑的結(jié)構(gòu)，了解相關(guān)的設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關(guān)數(shù)據(jù)。然后再根據(jù)高層建筑的結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)框架要求，采取有效的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)，最大限度地提升結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可靠性、規(guī)范性、可行性，從而為帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的全面提升奠定基礎(chǔ)。

作者：徐鐵山 劉華麗 單位：咸寧市勘察建筑設(shè)計(jì)院

高層建筑結(jié)構(gòu)分析:設(shè)計(jì)方法在超限高層建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

摘要:超限高層結(jié)構(gòu)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展不斷增多，不僅提供了舒適的生活環(huán)境，節(jié)約了土地資源，也帶來了結(jié)構(gòu)抗震的諸多研究課題。關(guān)于超限高層建筑工程抗震設(shè)防的研究，在我國已經(jīng)擁有了較為完善的管理體系，而且新的抗震設(shè)計(jì)思想也層出不窮。本文圍繞基于性能的設(shè)計(jì)方法在超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開論述，主要涉及基于性能抗震設(shè)計(jì)的原理和方法，諸如靜力彈塑性分析的實(shí)施等，結(jié)合超限高層建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際案例，提出抗震設(shè)計(jì)思想的改進(jìn)方法，力圖為工程建設(shè)中的抗震設(shè)計(jì)提供有針對性的建議，為今后的超限高層建筑的實(shí)際工程建設(shè)提供參考資料。

關(guān)鍵詞:超限高層結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);改進(jìn)方法

1超限高層結(jié)構(gòu)中基于性能的抗震設(shè)計(jì)思路

超限高層結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)思路，是本著確保人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全為目標(biāo)的。在我國的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)思路上，要求結(jié)構(gòu)要具有對抗小震的強(qiáng)度驗(yàn)算及對抗大震的薄弱層控制的技術(shù)和方法，做到小震不壞，中震可修，大震不倒。因此，遵照這個(gè)原則，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法有了大量的研究和實(shí)踐成果。基于性能的超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括的內(nèi)容有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則、結(jié)構(gòu)的布置、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量把握、維修維護(hù)等內(nèi)容。具體落實(shí)包括從設(shè)計(jì)到可行性研究、施工質(zhì)量管理等各個(gè)環(huán)節(jié)［1］?；谛阅艿慕Y(jié)構(gòu)抗震性能水平指的是對結(jié)構(gòu)的破壞程度進(jìn)行預(yù)期的評估，根據(jù)評估出來的構(gòu)件可能遭到的破壞以及內(nèi)部設(shè)施能夠用于地震設(shè)防的作用等進(jìn)行全面的考慮，將被破壞的狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)影響因素等加以預(yù)估，以保證人們的人身和財(cái)產(chǎn)安全得到最大程度的保護(hù)。關(guān)于結(jié)構(gòu)抗震性能的規(guī)定從2011年就開始進(jìn)入實(shí)施階段，內(nèi)容囊括了結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計(jì)，其中包含了四個(gè)等級的結(jié)構(gòu)抗震目標(biāo)的劃分以及五個(gè)結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)設(shè)定。新規(guī)定克服了舊有規(guī)范在抗震設(shè)計(jì)思想中的種種不足，引進(jìn)了新結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)方法以及材料的應(yīng)用，使得超限高層建筑的構(gòu)件的承載力和變形等要求有了更加合理的參照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范［2］。如對于超限高層結(jié)構(gòu)的抗震性能水準(zhǔn)的規(guī)定包括:在地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持基本完好，人員不會受到傷害;結(jié)構(gòu)的個(gè)別構(gòu)件如果發(fā)生損傷，可以經(jīng)過修復(fù)后繼續(xù)使用;結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)和部位能夠保持完好，如果個(gè)別部位發(fā)生微裂縫等問題，則通過修復(fù)可以恢復(fù)使用;在強(qiáng)震作用下，構(gòu)件發(fā)生中等程度以上的損壞后，結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生嚴(yán)重的損傷，但是不能對人造成傷害，不允許局部和整體發(fā)生倒塌。

2工程案例

重慶市某超高層建筑(見圖1)，占地面積11346m2。分為地下5層和地上48層，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。該建筑所處地段頻臨江邊，地理位置優(yōu)越，沿江部分采用斜向45°的剪力墻作為轉(zhuǎn)換層的正交布置。標(biāo)準(zhǔn)層和轉(zhuǎn)換層的平面布置嚴(yán)格按照高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求施工。該設(shè)計(jì)理念使結(jié)構(gòu)的布置不規(guī)范，轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)包含了主次梁的轉(zhuǎn)換，整個(gè)工程屬于較為復(fù)雜的超限高層的建筑，具有豎向凹凸不規(guī)則、樓板局部不均勻、豎向不連續(xù)等超限問題［3］。根據(jù)該工程的特點(diǎn)，應(yīng)業(yè)主要求，在施工中針對不同水平的地震作用進(jìn)行了預(yù)估計(jì)，對地震作用下的性能指標(biāo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在地震作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈性的設(shè)計(jì)，按照行業(yè)規(guī)則，首先對荷載組合中最不利的部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括了承載力的要求、構(gòu)件的系數(shù)調(diào)整、內(nèi)力的增大等。見表1。除了樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力之外，根據(jù)建筑中抗震性能的類型進(jìn)行了相關(guān)荷載組合的設(shè)計(jì)，考慮的因素主要包括構(gòu)件內(nèi)力的增大、系數(shù)的調(diào)整等。對于罕見強(qiáng)震的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的豎向、轉(zhuǎn)換構(gòu)件以及首層以及轉(zhuǎn)換層的薄弱部分、地基承載力的荷載等的設(shè)計(jì)［4］。見表2。1)地震作用下的設(shè)計(jì)參數(shù)分析。該工程在抗震防烈度上被設(shè)計(jì)為6級，按照地震的加速度值進(jìn)行了分組，場地類別為II級。在對地震波的分析中，采用了阻尼比的分析方法。見表3。對于地震作用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該工程采用了中科院的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算的內(nèi)容包括地震周期、作用、折減系數(shù)、剛度影響等。經(jīng)過計(jì)算，結(jié)合實(shí)際，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合地震作用下的抗震規(guī)范要求，能夠使得剪力的平均值小于震型分解反應(yīng)中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力要求，就可以保證建筑結(jié)構(gòu)對抗地震的破壞。2)建筑結(jié)構(gòu)在遇到罕遇地震的結(jié)構(gòu)分析。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性靜力分析，建筑結(jié)構(gòu)的非線性可以按照彈塑性動(dòng)力時(shí)程的原理進(jìn)行計(jì)算。例如本工程中的自由度高柔體系為5S，那么彈塑性靜力推覆可能需要的周圍不能大于2S，因此，根據(jù)有關(guān)結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析的規(guī)定，結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力和變形、位移等，需要采用彈塑性動(dòng)力分析的方法對震波進(jìn)行研究。將地震波最終計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)的平均值作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，按照彈塑性實(shí)程的方法，對結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程中結(jié)構(gòu)平面的45°斜向正交布置的結(jié)構(gòu)方法，使得彈塑性時(shí)程分析要對結(jié)構(gòu)地震相應(yīng)地進(jìn)行地震波的分析、補(bǔ)充驗(yàn)算。得到的結(jié)論是，當(dāng)結(jié)構(gòu)在45°的地震作用下，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)度應(yīng)保持在0°和90°為最佳設(shè)計(jì)思路［5］。因此，根據(jù)計(jì)算的分析，工程選用了兩種度數(shù)作為主要分析的方法，將最大層間的位移角和轉(zhuǎn)換層的層間位移角的抗震性能以及目標(biāo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，針對罕遇地震作用的剪力和傾覆彎矩的設(shè)計(jì)能夠?qū)勾笮偷牡卣?，使得結(jié)構(gòu)進(jìn)入了彈塑性極端。3)工程的主要構(gòu)件的抗震性能的分析。樓板的抗震性能通過地震增大系數(shù)法，對于地震作用下的樓板應(yīng)力進(jìn)行了分析。首先是得出在彈性大地震作用下的轉(zhuǎn)換層樓板的應(yīng)力計(jì)算圖，得到轉(zhuǎn)換層在地震作用下不屈服的性能指標(biāo)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層薄弱部分的截面法的分析結(jié)果，得到樓板的合成剪力、轉(zhuǎn)換層對框、支柱、加強(qiáng)區(qū)的剪力墻等部位的內(nèi)力分析結(jié)果。見表4。

3結(jié)語

關(guān)于超限高層建筑的抗震設(shè)計(jì)思路，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以實(shí)際震害為背景的抗震設(shè)計(jì)，而且隨著國際研究領(lǐng)域的重視程度的提高，在充分把握結(jié)構(gòu)、變形、受力等特征的基礎(chǔ)上，不斷注重結(jié)構(gòu)整體抗震性能的設(shè)計(jì)目標(biāo)的整體分析和優(yōu)化［6］。當(dāng)今的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)在結(jié)構(gòu)彈性分析和彈塑性分析的基礎(chǔ)上，能夠整體確立結(jié)構(gòu)的基本特征，布置結(jié)構(gòu)平立面，驗(yàn)算出結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震反應(yīng)下的性能目標(biāo)，給予設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)，同時(shí)經(jīng)過振動(dòng)臺的實(shí)驗(yàn)給予論證，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路還將不斷得到擴(kuò)展。

作者：呂楊 單位：重慶雅凱斯凱建筑設(shè)計(jì)有限公司