超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計的研究

唐先勝

（江西省建筑設(shè)計研究總院）

超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計的研究

唐先勝

（江西省建筑設(shè)計研究總院）

基于性能的抗震設(shè)計理念最早興起于美國，是建筑抗震設(shè)計發(fā)展的一個重要方向，這一理念使得抗震設(shè)計由宏觀定性目標(biāo)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱炕亩嘀啬繕?biāo)，在抗震設(shè)計過程中也更加重視對性能目標(biāo)的分析與實施。相關(guān)工程研究人員表示，對于我國超限高層建筑結(jié)構(gòu)，采用基于性能抗震設(shè)計方法更為合適。基于此，本文從設(shè)計要求、設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計重點、設(shè)計方法這幾個方面就超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計展開深入研究。

超限高層建筑結(jié)構(gòu)；基于性能；抗震設(shè)計

0.引言

在城市化進(jìn)程不斷深入的影響下，我國建筑行業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，越來越多的超限高層建筑投入建設(shè)與使用當(dāng)中。由于人們的生命財產(chǎn)安全與建筑工程的安全性能密不可分，因而基于性能的設(shè)計方法在建筑工程行業(yè)得到了廣泛關(guān)注。在超限高層建筑的建設(shè)過程中，通過采用基于性能的抗震設(shè)計方法，可極大程度上提高建筑物抗震的可能性，在有效避免地震災(zāi)害的同時，促進(jìn)我國高層建筑的長遠(yuǎn)發(fā)展。

1.超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計的要求

為確保建筑的安全可靠性，我國針對超限高層建筑基于性能的抗震設(shè)計提出了以下幾點要求：其一，如果超限高層建筑的抗震墻體結(jié)構(gòu)主要由鋼筋混凝土組成，修建的建筑高度就不可以超出國家頒布并實施的《抗規(guī)》中的規(guī)定要求[1]。只有超限高層建筑結(jié)合應(yīng)用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與筒體結(jié)構(gòu)，同時確保結(jié)構(gòu)抗震的強度達(dá)到九級或以上，建筑才能達(dá)到《抗規(guī)》、《高規(guī)》等文件中規(guī)定的最高修建高度；在實際建設(shè)過程中，如果抗震設(shè)防烈度為 8度，那么超限高層建筑只能修建至規(guī)定高度的30%；如果抗震設(shè)防烈度僅為6至7度，那么只能修建至規(guī)定最高范圍的20%。其二，為確保超限高層建筑的抗震性能，就必須使建筑物自身高度、高寬比，以及體型規(guī)則性中的一項數(shù)值充分達(dá)到《抗規(guī)》、《高規(guī)》中規(guī)定的要求。其三，超限高層建筑在抗震設(shè)計過程中，采取的措施需嚴(yán)于文件規(guī)定的要求。

2.超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計的目標(biāo)

現(xiàn)階段，我國建筑工程一般利用兩個不同階段的規(guī)范來開展基于性能的抗震設(shè)計，從而確保超限高層建筑實現(xiàn)小震不壞、中震可修、大震不倒的建設(shè)目標(biāo)。

2.1 三水準(zhǔn)目標(biāo)

三水準(zhǔn)目標(biāo)為超限高層建筑基于性能設(shè)計應(yīng)充分達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)[2]。其中，小震不壞是指在遇到級別不高的地震后，建筑房屋的各個部位未出現(xiàn)裂縫，也沒有受到任何損害，無需采取修復(fù)處理等措施，房屋便可繼續(xù)良好使用；中震可修指的是在遭受到具備一定破壞性質(zhì)的地震，也即實際震級與設(shè)防震級大致相當(dāng)時，建筑物盡管受到了一定程度的破壞，但采取相應(yīng)的修復(fù)處理措施后，依舊能夠正常使用；大震不倒則指的是在遭受強度非常大的地震時，建筑工程盡管受到破壞，但不會發(fā)生倒塌，導(dǎo)致大量人員傷亡的現(xiàn)象。

2.2 兩個不同階段的設(shè)計方法

在利用兩個不同階段的規(guī)范來開展超限高層建筑基于性能的抗震設(shè)計過程中，第一階段指的是發(fā)生小震時建筑彈性的計算，在計算范圍內(nèi)納入房屋荷載效應(yīng)及地震效應(yīng)，并以承載力抗震為依據(jù)對系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計出構(gòu)件的截面，以便建筑物的承載力能達(dá)到小震時產(chǎn)生的強度；同時，嚴(yán)格控制小震時彈性層間出現(xiàn)的位移角。第二階段，以分析并計算出來的結(jié)果為依據(jù)，采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)材料與抗震措施，充分確保超限高層建筑結(jié)構(gòu)的變形、延性及能源消耗等方面的能力，以便發(fā)生中震時，建筑能有效滿足其形變要求。

3.超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計的重點

3.1 確保建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性

工程人員在設(shè)計高層建筑時，基于性能考慮，應(yīng)充分滿足建筑的實際需求，科學(xué)、合理規(guī)劃建筑工程平面以及相關(guān)功能，并以當(dāng)?shù)氐乩項l件及業(yè)主實際要求為依據(jù)來開展優(yōu)化工作，尤其對于超限高層建筑，必須充分確保建筑的扭轉(zhuǎn)剛度符合規(guī)定的可靠性要求，同時，盡最大努力避免因結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)而對建筑物的安全性及抗震性造成不良影響。尤其要注意的是，建筑結(jié)構(gòu)必須就具備高度的均勻性與對稱性，合理布置各個剪力墻，以免由于薄弱環(huán)節(jié)的存在，使得地震發(fā)生時導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)裂縫、損壞，甚至是倒塌的嚴(yán)重后果。由于超限高層建筑的樓層很高，一旦出現(xiàn)房屋倒塌現(xiàn)象，就會對人們生命及財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重危害，因此，工程設(shè)計人員應(yīng)高度重視超限高層建筑在地震過程中出現(xiàn)的各種反映，并展開深入分析，避免在應(yīng)力出現(xiàn)巨大變化時，破壞到建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而將地震應(yīng)力產(chǎn)生的不良影響降至最低。

3.2 對層間位移進(jìn)行嚴(yán)格控制

在開展超限高層建筑基于性能的抗震設(shè)計時，除了合理規(guī)劃建筑平面外，還應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)使用的材料、結(jié)構(gòu)體系、高寬比、側(cè)向荷載、位移控制等問題展開全面考慮與分析[3]。其中，嚴(yán)格控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)位移尤為重要，工程人員通過以具體地理位置為依據(jù)開展抗震設(shè)計，可有效確保建筑的安全性及穩(wěn)定性，使其投入正常使用。

4.實施超限高層建筑抗震性能設(shè)計的方法

針對超限高層建筑基于性能的抗震設(shè)計，我們通常從減少地震作用力的輸入以及加強建筑抗震能力兩方面著手，具體方法如下。

4.1 加強超限高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計

考慮到建筑基礎(chǔ)為建筑質(zhì)量的根本保證，因而加強超限高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計為抗震設(shè)計一項至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。工程人員在開展建筑設(shè)計工作時，針對同一結(jié)構(gòu)的單元，需選擇性質(zhì)與之相同的地基，并且盡量確保結(jié)構(gòu)形式相同。

4.2 充分減少地震作用力的輸入

在抗震設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)與位移結(jié)構(gòu)抗震法相結(jié)合，通過分析來制定出科學(xué)、具體的減震設(shè)計方案，確保超限高層建筑結(jié)構(gòu)的形變能力達(dá)到地震發(fā)生時的形變要求。工程人員除了要驗算建筑結(jié)構(gòu)承載力，還需對大震發(fā)生時建筑層間的位移延性以及位移角的限值比進(jìn)行嚴(yán)格控制，明確構(gòu)件的構(gòu)造需求及其變形值等。

4.3 對建筑的剛度進(jìn)行嚴(yán)格控制

在結(jié)構(gòu)計算表格中，超限高層建筑的剛度通常表現(xiàn)出周期性的規(guī)律，進(jìn)而對主體結(jié)構(gòu)的位移變化產(chǎn)生影響。因此，建筑工程人員在設(shè)計過程中，可通過對有關(guān)剛度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到調(diào)整建筑物結(jié)構(gòu)剛度的目的。例如，通過對建筑截面的尺寸、混凝土強度、剪力墻結(jié)構(gòu)開洞大小、梁鋼度放大系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在實現(xiàn)建筑剛度調(diào)整的基礎(chǔ)上，達(dá)到有效抗震的目的。

5.結(jié)語

綜上所述，作為人們居住、工作的重要場所，建筑住宅的工程質(zhì)量與人們的生命財產(chǎn)安全有著直接聯(lián)系。如果建筑結(jié)構(gòu)不具備強有力的抗震性能，那么一旦發(fā)生地震災(zāi)害，就極有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡情況。在此種情況下，建筑工程人員紛紛對基于性能的抗震設(shè)計報以了高度重視，并展開大量研究，為我國的建筑事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展提供充分保障。

[1]季靜,黃超.基于性能的設(shè)計方法在超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].世界地震工程,2013,23(01)：99-102.

[2]唐軍,杜培龍,張猛.基于性能的抗震設(shè)計方法在超限高層建筑中的應(yīng)用[J].河南科學(xué),2012,27(02)：214-216.

[3]李赫男.超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計的研究[J].黑龍江科技信息,2013,10(24)：188.

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1007-6344（2015）08-0109-01