復(fù)雜超限高層建筑抗震設(shè)計問題探討

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摘要：文中以實際工程為案例，分析了復(fù)雜超限高層建筑抗震設(shè)計方面的若干問題及相應(yīng)對策。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜超限高層建筑；地震波；抗震設(shè)計

0引言

擬建萬科廣場（2012JP05地塊）05子地塊項目，位于廈門市集美區(qū)后溪鎮(zhèn)廈門北站東南側(cè)。本工程項目總建筑面積88802.22m2，其中地上總建筑面積65571.12m2，地下總建筑面積23230.80m2。地上由一棟高層辦公樓（左右分縫分別為25層109.9m和33層145.9m），一棟功能為商業(yè)和配電室的兩層裙房及三層地下室組成。本次超限審查的項目為6#右樓一棟超高層辦公樓。6#右樓超高層辦公樓建筑面積約為4.0萬m2，總層數(shù)為33層，一層層高5.3m，十二層及二十三層為避難層，層高3.0m，其余各層層高均為4.5m，出屋面構(gòu)架5.2m，房屋高度為145.9m。設(shè)有三層地下室。一至二層為商業(yè)層，二層及以上均為辦公樓。

1抗震設(shè)計基本參數(shù)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）的規(guī)定，本工程抗震設(shè)防烈度按7度考慮，設(shè)計地震分組為第三組（設(shè)計基本地震加速度值為0.15g）。本工程場地土類型為III類，特征周期為0.65s。設(shè)防地震及罕遇地震特征周期根據(jù)規(guī)范取值。地震動參數(shù)取值詳見表1。結(jié)構(gòu)抗震計算采用振型分解反應(yīng)譜法，靜力彈塑性分析及彈性動力時程分析法計算，同時計及扭轉(zhuǎn)和雙向地震對結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)構(gòu)阻尼比在多遇地震（小震）作用下的彈性分析時取0.05。

2建筑結(jié)構(gòu)的主要問題以及應(yīng)對措施

2.1高度超限

高度超限是本項目的主要問題：超過A級高度限值120m。針對高度超限，本項目采取以下應(yīng)對措施：其一，進行性能化設(shè)計，底部加強區(qū)豎向構(gòu)件正截面承載力按不屈服復(fù)核，斜截面承載力按彈性復(fù)核。其二，約束邊緣構(gòu)件與構(gòu)造邊緣構(gòu)件之間設(shè)置2層過渡層，過渡層邊緣構(gòu)件按規(guī)范中約束邊緣構(gòu)件要求配筋。其三，中震出現(xiàn)小偏心受拉的豎向構(gòu)件采用特一級，中震時，雙向水平地震下墻肢全截面由軸向產(chǎn)生的平均名義拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值時，設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力。型鋼作用后的平均名義拉應(yīng)力不超過兩倍混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2扭轉(zhuǎn)不規(guī)則

加強建筑外圈構(gòu)件剛度，控制位移比在1.4以內(nèi)。

3復(fù)雜超限高層建筑抗震設(shè)計中的若干問題

3.1未選擇抗震性較好的材料

在抗震設(shè)計中，選用的建筑材料如果不能滿足抗震要求，其表現(xiàn)為強度不夠，材質(zhì)不夠均勻。在眾多的建筑材料中，鋼結(jié)構(gòu)材料具有很好的抗震性，其次是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土—鋼混合結(jié)構(gòu)也具有很好的抗震性。現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能最差。如果在設(shè)計階段就沒有做好材料準(zhǔn)備工作，將無法獲得良好的抗震效果［1］。

3.2設(shè)計方案缺乏創(chuàng)新性

從目前的建筑抗震措施來看，包括建筑主體加固措施、地基與主體隔震設(shè)置等，在高層建筑抗震設(shè)計時，往往沒有綜合考慮到高層建筑工程施工要點，不能科學(xué)地選擇合理的抗震技術(shù)措施，導(dǎo)致建筑抗震不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3結(jié)構(gòu)件受力不合理

在超高層建筑抗震設(shè)計中，設(shè)計人員在設(shè)計階段沒有全面分析設(shè)計方案，特別是沒有分析建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件強度以及剛度，導(dǎo)致建筑物的抗震結(jié)構(gòu)不符合標(biāo)準(zhǔn)。

4復(fù)雜超限高層建筑抗震設(shè)計中若干問題的應(yīng)對策略

4.1選擇抗震性較好的材料，提升建筑的抗震性能

復(fù)雜超限高層建筑抗震設(shè)計中，考慮到地震要持續(xù)很長時間，構(gòu)件受到周期性往復(fù)水平荷載作用會產(chǎn)生裂縫，構(gòu)件的荷載也因此減小，此時在塑性鉸區(qū)會出現(xiàn)反向斜裂縫，擠碎混凝土，就會有剪切滑移產(chǎn)生，而且是永久性的。復(fù)雜超限高層建筑如果設(shè)計為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)沒有出現(xiàn)開裂問題的時候，結(jié)構(gòu)破壞不會很嚴(yán)重，彈性變形會超過鋼筋混凝土，但是結(jié)構(gòu)的滯回曲線狹窄，滯后能量的耗散量要少。如果壓碎混凝土，建筑結(jié)構(gòu)的承載能力就會快速下降，所以需要提高延性，才能有效地使用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。如果復(fù)雜超限高層建筑設(shè)計為裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于整個建筑結(jié)構(gòu)缺乏連續(xù)性，整體性不是很強，預(yù)制構(gòu)件的連接處的強度不夠，接頭處的變形能力不高，比構(gòu)件本身還要低。在裝配預(yù)制構(gòu)件的時候，會有次應(yīng)力產(chǎn)生，所以，這類結(jié)構(gòu)不適合在高烈度地區(qū)采用，如果使用整體裝配式結(jié)構(gòu)，這種情況就會有所改善［2］。

4.2完善設(shè)計方案，達到較好抗震效果

在復(fù)雜超限高層建筑的設(shè)計中，需要對設(shè)計方案不斷完善，才能使建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震效果。在設(shè)計中，需要對地震波進行分析，采用彈性時程分析方法。在對建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進行計算的過程中，對施工場地特性所能夠反映的地震加速度，要做好記錄，所記錄的內(nèi)容要超過4條，其中的一條是當(dāng)?shù)貧v史上產(chǎn)生地震的時候，通過實際測量所獲得的地震波。但在通常的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，會詳細記錄天然地震波記錄，至少3條，記錄的人工合成地震波至少1條。此外，還要分析單向地震作用下所產(chǎn)生的位移情況，將最大層間位移角詳細記錄下來，超出規(guī)范限值可以忽略。當(dāng)處于單向地震作用下，需要分析樓層剪力，根據(jù)分析獲得樓層側(cè)向變形圖。通過多條時程曲線，將結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值計算出來，再與振型分解反應(yīng)譜法的計算結(jié)果相比較，要達到80%。在計算每條時程曲線的時候，所獲得的結(jié)構(gòu)底部剪力要達到振型分解反應(yīng)譜法計算所獲得的結(jié)果的65%，但是要控制在135%以內(nèi)。采用單向時程分析方法，樓層剪力的平均值以及分布接近于振型分解反應(yīng)譜，并按照時程分析所獲得的平均值予以放大處理。

4.3規(guī)劃好結(jié)構(gòu)和受力，控制好層間的位移

在復(fù)雜超限高層建筑的設(shè)計中，需要明確結(jié)構(gòu)性能化目標(biāo)。由于超高層建筑的商業(yè)裙房面積普遍較大，可以將裙房部分的抗震設(shè)防級別提高，將其設(shè)定為重點設(shè)防類。根據(jù)樓房部分的抗震具體情況，加強其抗震性能。如果建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)是C級，一些不規(guī)則項已經(jīng)超出了適用范圍，就需要明確結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)，分別設(shè)定為小震地震作用、中震地震作用和大震地震作用［3］。

5結(jié)語

綜上所述，復(fù)雜超限高層建筑抗震設(shè)計的難度是非常大的，這就需要采取有效的應(yīng)對策略，完善方案設(shè)計，選擇抗震性良好的材料，合理設(shè)計建筑受力結(jié)構(gòu)，以獲得良好的抗震效果。

參考文獻

［1］王紅軍等.某超限高層辦公樓彈塑性時程分析與抗震性能化設(shè)計［J］，武漢理工大學(xué)學(xué)報，2018（8）：58-59.

［2］丁傳平，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計優(yōu)化分析［J］，建筑技術(shù)開發(fā)，2017（11）：42-43；

［3］藍天，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震設(shè)計的相關(guān)研究［J］，河南建材，2017（4）：58-59.

作者:劉淵 單位:廈門上城建筑設(shè)計有限公司