抗震性能化設(shè)計(jì)在某高層抗震加固中的應(yīng)用

林啟旺

摘要：在現(xiàn)代化高層建筑中加強(qiáng)抗震性能的設(shè)計(jì)水平，可以為住戶提供可靠的安全保障。因此本文以某高層的抗震加固施工為例，深入討論了抗震性能化設(shè)計(jì)在高層加固過程中的應(yīng)用，列舉了具體的施工步驟和計(jì)算方法，希望能夠給相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計(jì);性能化設(shè)計(jì);高層抗震加固

引言：近幾年來，社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高為我國建筑工程企業(yè)帶來了很寶貴的發(fā)展機(jī)遇，因此各建筑施工單位不斷的強(qiáng)化施工技術(shù)、提高工程質(zhì)量。在現(xiàn)代化高層建筑中，抗震性能是非常重要的一種建筑基礎(chǔ)性能，對于保障發(fā)生地震等自然災(zāi)害時(shí)房屋建筑安全性和穩(wěn)定性具有非常深遠(yuǎn)的影響意義。工程設(shè)計(jì)人員對高層建筑進(jìn)行抗震加固施工設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分的做好抗震性能化設(shè)計(jì)，通過采用更加科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，能用國內(nèi)先進(jìn)的高層建筑加工技術(shù)，有效的提高建筑物的抗震能力，為建筑用戶提供安全的住宿環(huán)境。

1 工程概況

本文主要以大連的某高層建筑施工情況為例，該建筑為塔樓帶三層地下室及兩層裙樓，樓梯的主要高度為自地坪起到屋頂高度為163.2m，主樓層數(shù)分布為47層，整個高層建筑的結(jié)構(gòu)采用了以鋼筋混凝土作為框架的核心筒式結(jié)構(gòu)。本高層建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將使用年限定為50年，同時(shí)由于施工單位的技術(shù)水平相對較高，因此該高層建筑結(jié)構(gòu)的安全等級評定被劃分為二級。而通過施工隊(duì)伍在高層建筑的基礎(chǔ)上進(jìn)行了抗震加固處理，因此本建筑即便經(jīng)過了幾年的使用時(shí)間后，仍然能夠保持抗震設(shè)防烈度為7度、抗震設(shè)防類別為丙類的抗震性能。并且根據(jù)相關(guān)工作人員對建筑現(xiàn)場進(jìn)行的實(shí)地勘察來看，該高層建筑的場地和環(huán)境相對較為穩(wěn)定，并且該地區(qū)不存在產(chǎn)生較大地震等自然災(zāi)害情況的條件，因此可以對該高層建筑進(jìn)行適當(dāng)?shù)目拐鸺庸虄?yōu)化，以此來進(jìn)一步提高建筑的質(zhì)量和抗震性能，保障建筑內(nèi)人們的安全生活。

2 結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化目標(biāo)的選定

在對高層建筑進(jìn)行改造施工之前制定好建筑結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化目標(biāo)是非常有必要的，在本次高層建筑抗震加固施工項(xiàng)目開展之前，工程設(shè)計(jì)師便充分的掌握了建筑的基本情況和各項(xiàng)性能與條件，并且通過與業(yè)主和建設(shè)方進(jìn)行深入溝通，將本次工程的抗震性能目標(biāo)進(jìn)行了確定：小震以下滿足性能水準(zhǔn)1a要求，即確保在小型地震之后該高層建筑結(jié)構(gòu)依然能夠保持較好的完整性，會出現(xiàn)大面積的損傷或脫落現(xiàn)象，在地震過后基本不需要進(jìn)行修理，同樣也不會影響該建筑的繼續(xù)使用;而中震以下要滿足性能水準(zhǔn)3要求，也就是說建筑內(nèi)的一些薄弱部位或非重要部位的構(gòu)件在震后可能會產(chǎn)生一定程度的輕微損傷。一些具有延展性的結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)比較明顯的裂痕，在地震結(jié)束后需要對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男蘩恚瑫r(shí)要采取一定的安全保護(hù)措施才能繼續(xù)進(jìn)行使用;大震以下滿足性能水準(zhǔn)4要求，即高層建筑結(jié)構(gòu)受到地震的影響會產(chǎn)生中等程度的損壞，建筑主體結(jié)構(gòu)和一些重要的構(gòu)件會產(chǎn)生一定程度的損壞。此外大面積的建筑結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)輕微損壞，延展性建筑結(jié)構(gòu)會進(jìn)入屈服，裂痕比較多，建筑內(nèi)部存在著一定的安全隱患，能進(jìn)行正常的人員出入。在地震結(jié)束后需要進(jìn)行必要的修理和加固，并且要采取一定的安全措施才能夠繼續(xù)使用。

3 結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)布置

對于現(xiàn)代化高層建筑而言，采取不同的建筑結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置會對建筑物的抗震能力等各方面性能產(chǎn)生不同程度的影響。由于本次工程項(xiàng)目所研究的建筑物采取的是筒體結(jié)構(gòu)，因此從平面的角度對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)，無論是在建筑物的長度方面還是寬度方面來說，不會讓觀察者感到尺寸受限。而筒體建筑結(jié)構(gòu)最重要的限制條件就是在進(jìn)行建筑改造時(shí)，延筒體Y方向的尺寸無法進(jìn)行相應(yīng)的增加。因此工程設(shè)計(jì)人員需要采取避重就輕的方式，沿筒體Y方向在建筑物的內(nèi)外墻外延出共8個落地墻肢，進(jìn)一步加強(qiáng)建筑物平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，出于對建筑施工經(jīng)濟(jì)效益和使用價(jià)值的考慮，研究人員通過對工程設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的優(yōu)化，將地下1層至15層的建筑結(jié)構(gòu)采用了型鋼混凝土柱，這樣就能夠達(dá)到對建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度進(jìn)行了有效的強(qiáng)化，同時(shí)還增加了建筑內(nèi)支撐柱的延性，是該項(xiàng)高層建筑加固工程體現(xiàn)出了更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

4.1 小震作用下性能水準(zhǔn)1a

這項(xiàng)性能水準(zhǔn)對建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)均提出了較高的要求，使周期比和位移比均滿足了建設(shè)規(guī)范，尤其是對于高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)產(chǎn)生了良好的控制。每個樓層的側(cè)向剛度都達(dá)到了一定的標(biāo)準(zhǔn)，與相鄰上部樓層的側(cè)向剛度相比可以達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)的70%，而與相鄰三層樓層的側(cè)向剛度相比則可以達(dá)到其平均值的80%左右。建筑結(jié)構(gòu)的各方向布置均符合規(guī)范規(guī)則，不存在薄弱層都有質(zhì)量缺陷的樓層;同時(shí)各樓層之間的位移角的大小達(dá)到了建筑工程標(biāo)準(zhǔn)，而高層結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的最大加速度限值也滿足了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，此外從整體上來看無論是樓層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度還是舒適度都在合適的范圍內(nèi)。當(dāng)剛重比大于1.4時(shí)高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性可以得到有效的保障;而當(dāng)剛重比大于2.7時(shí)，則不考慮重力二階效應(yīng)。對建筑結(jié)構(gòu)在該性能水準(zhǔn)下的計(jì)算結(jié)果都滿足《高規(guī)》的相關(guān)要求，同時(shí)振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析的結(jié)果具有相同的統(tǒng)計(jì)意義。在對高層建筑結(jié)構(gòu)緩解地震作用時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，按照工程要求已將結(jié)果取平均值，而對震型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果則取的是較大值。

4.2 中震作用下性能水準(zhǔn)3

高層建筑物在該性能水準(zhǔn)要求下具有較高的抗地震作用能力，在設(shè)防烈度的地震作用下建筑結(jié)構(gòu)會進(jìn)入非彈性工作階段。同時(shí)，地震對高層建筑結(jié)構(gòu)體系的損壞程度不會進(jìn)入不可修復(fù)的范圍，對于重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如支柱，剪力墻底部加強(qiáng)部位等建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該始終保持不屈服的狀態(tài)，這樣在地震作用結(jié)束之后便可以通過對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的修復(fù)即可以繼續(xù)使用。一般情況下，中震的烈度比通常遇到的地震烈度約大1.55°，在進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)要將建筑結(jié)構(gòu)的水平地震影響系數(shù)調(diào)整到0.23，相較于小震下的0.08有所升高。此外，對于建筑材料的強(qiáng)度也會有所提高，例如抗震承載力調(diào)整系數(shù)取1.0等。

4.3 大震作用下性能水準(zhǔn)4

通常建筑物在該性能水準(zhǔn)下具有較高的抵抗地震作用能力，在地震中結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的最大側(cè)向位移和水平位移限值均滿足規(guī)范要求，并且在局部樓層梁上會出現(xiàn)塑性鉸對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。此外，在地震作用下建筑周圍的型鋼混凝土柱絕大部分都不會進(jìn)入塑性階段，因此可以有效的確保底部的剪力墻始終保持著較好的承載能力。

5 改造措施概述

對于該高層建筑的改造部分柱體結(jié)構(gòu)采取的是型鋼混凝土柱，并在改造過程中合理應(yīng)用了井字復(fù)合箍提高建筑的抗震能力。此外，本次改造工程剪力墻周圍部分建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，通過控制各墻肢的各項(xiàng)比例系數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高剪力墻的承載能力，確保在地震作用下不會出現(xiàn)底部坍塌等現(xiàn)象。同時(shí)在底部的建筑邊緣構(gòu)件中還加設(shè)了型鋼，進(jìn)一步強(qiáng)化了該高層建筑的抗震性能。

結(jié)束語：本文主要論述了抗震性能化設(shè)計(jì)在高層建筑加固過程中的應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合了大連某高層建筑改造工程的實(shí)例，并以此為根據(jù)展開了對各項(xiàng)抗震性能水準(zhǔn)以及改造措施的闡述。希望各建設(shè)單位能夠提高重視，努力加強(qiáng)我國高層建筑的抗震水平。

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