杜智剛

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，我國(guó)城市現(xiàn)代化水平逐漸與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌。但也正是由于這個(gè)因素的存在，如果震源在城市，那么它就會(huì)造成極其嚴(yán)重的傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。當(dāng)建筑物在地震后劇烈搖晃時(shí)，建筑物會(huì)直接倒塌，造成大量人員傷亡。因此，建筑工程的抗震設(shè)計(jì)是非常重要的，必須對(duì)建筑工程的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究與探索，特別是在設(shè)計(jì)超高層建筑的過(guò)程中。

2 我國(guó)地震災(zāi)害現(xiàn)狀和超限高層建筑發(fā)展概況

由于我國(guó)的生產(chǎn)力限制，直到20世紀(jì)60年代，中國(guó)摩天大樓的生產(chǎn)率遠(yuǎn)低于歐洲大陸，高樓大廈很難在人們眼中看到。改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，中國(guó)高層建筑迅速發(fā)展，中國(guó)是摩天大樓發(fā)展的中心。上海，長(zhǎng)三角，廣州，深圳，珠三角，北京，天津，重慶等中西部地區(qū)紛紛興建了大量摩天大樓。中國(guó)高層建筑的數(shù)量和高度是世界第一。

中國(guó)是世界第三大陸地，地質(zhì)條件復(fù)雜，自然災(zāi)害頻發(fā)。在中國(guó)，震中淺，分布范圍廣，地震頻率和強(qiáng)度高。自1949年以來(lái)，已有22個(gè)?。ㄖ陛爡^(qū)和直轄市地方政府）發(fā)生了2500多次特大地震，東部地區(qū)有14個(gè)省份，27萬(wàn)多人因它死亡，占全國(guó)所有災(zāi)害的54%。地震災(zāi)害覆蓋面積30km2，700萬(wàn)戶房屋倒塌。地震和其他自然災(zāi)害是中國(guó)的基本國(guó)情之一。

在1989年和1994年的兩次大地震后，美國(guó)建立了基于性能抗震設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)和系統(tǒng)。此外，在2000年，許多基于性能的抗震設(shè)計(jì)研究被用作性能設(shè)計(jì)目標(biāo)和性能標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并于2000年發(fā)布了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》?？拐鹪O(shè)計(jì)的概念與高層建筑有關(guān)，基于性能的抗震設(shè)計(jì)在中國(guó)的設(shè)計(jì)體系中扮演著非常重要的角色，因?yàn)橛斜匾诟邔咏ㄖO(shè)計(jì)中同時(shí)使用這種方法。

3 基于性能抗震設(shè)計(jì)的超限建筑分析

3.1 對(duì)超限的判別

高于10層的建筑物統(tǒng)稱為高層建筑。這些建筑物中有摩天大樓。摩天大樓是否超出限制與高度有關(guān)，包括三個(gè)方面：縱橫比是否超出限制，平面規(guī)則是否超出限制，以及縱向規(guī)則是否超出限制通過(guò)與規(guī)格進(jìn)行比較來(lái)判斷。

3.2 超高層建筑基于抗震設(shè)計(jì)的性能的思想內(nèi)容

在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境下，世界各國(guó)都將以“小震不壞、中震可修、大震不倒”思想作為其抗震標(biāo)準(zhǔn)的思想指導(dǎo)，同時(shí)時(shí)間和實(shí)踐也證明了，這種地震災(zāi)害處理的標(biāo)準(zhǔn)是人們目前為止最合理的方法。但該方法最大的缺陷是雖然可以使建筑在大地震面前保持穩(wěn)定，保證人民的安全，但很容易使建筑結(jié)構(gòu)在地震中喪失功能，從另一方面對(duì)社會(huì)造成損失。而在我國(guó)目前的實(shí)踐基礎(chǔ)上，基于性能的抗震設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要，因?yàn)檫@種思維方式帶來(lái)了很多經(jīng)濟(jì)損失，其缺點(diǎn)已經(jīng)變得非常明顯。

3.3 超限高層建筑抗震性能水準(zhǔn)

根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定，中國(guó)摩天大樓的抗震性能水平主要包括以下六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：①可以在地震后保持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，不需要進(jìn)行維修以便于再利用；②地震后維護(hù)建筑物的完整性，只有少量的小裂縫，一般不需要再使用即可重復(fù)使用；③地震發(fā)生后，主要構(gòu)件需要對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，并能維護(hù)重要建筑物的完整性，雖然其他部位存在裂縫，但一般維修后仍可再使用；④地震發(fā)生后，重要的建筑結(jié)構(gòu)受到輕微破壞，其他不重要的結(jié)構(gòu)有中度的破壞，在再次使用之前，需要對(duì)建筑物進(jìn)行修復(fù)；⑤地震發(fā)生后，建筑物的重要結(jié)構(gòu)具有較小的中等程度損傷，其他非重要結(jié)構(gòu)受到較大損傷，在使用前需要對(duì)建筑物進(jìn)行修復(fù)和加固；⑥地震發(fā)生后，建筑物的重要結(jié)構(gòu)受到明顯的中度破壞，其他非重要結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，但沒(méi)有倒塌，建筑物危及人們的健康。表1表示這六種建筑損傷程度對(duì)應(yīng)的建筑破壞等級(jí)。

表1 表示建筑破壞等級(jí)劃分

3.4 我國(guó)抗震結(jié)構(gòu)基于性能設(shè)計(jì)存在的缺陷

由于歷史條件的限制，中國(guó)科學(xué)抗震設(shè)計(jì)尚未達(dá)到一定的水平。隨著社會(huì)的進(jìn)步，考慮現(xiàn)有摩天大樓性能的抗震設(shè)計(jì)不能有效解決現(xiàn)實(shí)世界中的一系列問(wèn)題。此外，摩天大樓的抗震設(shè)計(jì)正變得越來(lái)越復(fù)雜。在評(píng)估建筑物的可行性結(jié)構(gòu)時(shí)，由于建筑物是基于相關(guān)測(cè)試的，所以很難高效地實(shí)施建筑物的建設(shè)。由于所有摩天大樓都在創(chuàng)新設(shè)計(jì)，所以很難準(zhǔn)確判斷許多高層建筑的抗震性能水平。在某些情況下，這種分析的計(jì)算方法還沒(méi)有得到改進(jìn)，因?yàn)樗荒軡M足計(jì)算需要。總之，基于性能的抗震設(shè)計(jì)在摩天大樓的設(shè)計(jì)中是最合適的，但由于建筑的獨(dú)特性和復(fù)雜性，尚未就如何操作和設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

4 工程案例

4.1 工程概況

某公司計(jì)劃建造一個(gè)研究大樓，地下3層，地面11層。在一樓的中間設(shè)置一個(gè)大廳，在二樓的相應(yīng)位置應(yīng)該設(shè)置一個(gè)大洞。一樓大廳與洞的位置相對(duì)應(yīng)，3層、4層和5層相結(jié)合，以此設(shè)置高空間報(bào)告廳。在五層對(duì)應(yīng)的位置上建立一個(gè)轉(zhuǎn)換層，并對(duì)鋼混凝土桁架采用垂直分量變換。其余的樓層是辦公室和會(huì)議室等功能空間。地下1層5.1m高，地下2層高4.6m，地下3層高3.6m；地上1、2層為4.79m，3～10層為3.7m，11層為4.2m，總高度為43.4m。抗震設(shè)防類別：c類；抗震設(shè)防烈度：Ⅵ度，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)地震加速度0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地土壤類別為二類。圖1是該結(jié)構(gòu)的三維模型。

4.2 地震作用下轉(zhuǎn)換層的驗(yàn)算

在不考慮地板的水平力的情況下對(duì)轉(zhuǎn)移水平荷載的承載力進(jìn)行驗(yàn)證（即對(duì)轉(zhuǎn)移桁架的“零樓板”進(jìn)行驗(yàn)證）。在計(jì)算模型中將轉(zhuǎn)換桁架層設(shè)置為彈性膜，不考慮樓板剛度效應(yīng)（圖2），取桁架桿的最不利內(nèi)力組合，根據(jù)（GB50010-2010）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的第6.2.25條和（JGJ 138-2001）《鋼筋混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》第六章進(jìn)行驗(yàn)算。

圖1 表示該工程三維模型圖

圖2 表示轉(zhuǎn)換層計(jì)算模型

經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，轉(zhuǎn)移桁架均可滿足要求。轉(zhuǎn)換層應(yīng)參照（JGJ 3-2010）第10.2.24條進(jìn)行檢查。利用Satwe計(jì)算轉(zhuǎn)換層上部底部剪力的設(shè)計(jì)值，通過(guò)驗(yàn)算，獲知了地板剪切能力滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

在嚴(yán)格高層建筑的情況下，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法趨于合理化，并且這種方法可以建立更具體和更可操作的性能水平。由于摩天大樓的高度和寬度規(guī)則的使用以及新技術(shù)和新方法的使用通常不受限制，摩天大樓的設(shè)計(jì)師將根據(jù)摩天大樓的特點(diǎn)評(píng)估目標(biāo)大樓的整體性能，并且它可以被識(shí)別，因而設(shè)計(jì)的靈活性得到提高。

[1]王琳.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計(jì)的探討[J].門窗，2014（12）：45.

[2]蒲燦.超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)的研究[J].環(huán)球人文地理，2015（14）：114.

[3]胡永峰.超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)的研究[J].環(huán)球人文地理，2015（14）：114.

[4]徐敬蓮.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何規(guī)避“超限高層”問(wèn)題的探討[J].四川建材，2015（2）：68.