張孟

摘 要：我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐不斷加快，建設(shè)用地日趨緊張，使得超限高層建筑的數(shù)量日益增加。新材料的出現(xiàn)及施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，為超限高層建筑發(fā)展提供良好條件的同時也對建筑抗震結(jié)構(gòu)提出新的要求。近些年來不斷發(fā)生的地震災(zāi)害帶來了巨大的國民經(jīng)濟(jì)損失和人員的傷亡，對社會造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，通過合理有效的分析研究，采用各種措施來提高超限高層建筑的抗震性能，盡可能地減少地震災(zāi)害帶來的影響，對保證社會的穩(wěn)定發(fā)展及人民生命財產(chǎn)安全具有重大的意義。

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

1 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的超高層建筑大量涌現(xiàn)，地震災(zāi)害對這類建筑的威脅越來越嚴(yán)重，對超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析也越來越成為目前國內(nèi)外的科研熱點問題。本文介紹了超限高層建筑的概念，對超限高層建結(jié)構(gòu)筑的抗震設(shè)計進(jìn)行了分析和探討。

2 超限高層建筑的概念

超限高層建筑是指超出國家和地方現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結(jié)構(gòu)類型的高層建筑，體型特別不規(guī)則的高層建筑，以及有關(guān)的政府管理機(jī)構(gòu)文件中規(guī)定要進(jìn)行抗震專項審查的高層建筑?！俺蕖本唧w說就是高度超限，平面不規(guī)則超限，豎向不規(guī)則超限。

建設(shè)部從1993年起開始對高層建筑工程進(jìn)行抗震設(shè)防審查的試點工作，1997年，為加強(qiáng)抗震設(shè)防管理工作，建設(shè)部發(fā)布了《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理暫行規(guī)定》（59號令），1998年正式在全國各地開展超限高層建筑工程的抗震設(shè)防專項審查。隨著國務(wù)院《建筑工程勘察設(shè)計管理條例》和《建筑工程質(zhì)量管理條例》的施行，2003年，建設(shè)部發(fā)布了《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》（111號令）。

3 幾種常見超限建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

3.1 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

底部帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，應(yīng)避免底部結(jié)構(gòu)破壞，結(jié)構(gòu)的延性耗能機(jī)制宜在上部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)。底部結(jié)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)換構(gòu)件、框支柱、落地墻、轉(zhuǎn)換層以上二層的樓板、墻體和柱。轉(zhuǎn)換層以下必須設(shè)置足夠的上下連續(xù)的落地墻。如果上部樓層側(cè)向剛度比主體結(jié)構(gòu)底部樓層側(cè)向剛度減少較少，應(yīng)通過減少上部墻體剛度或增加落地墻剛度等措施加以調(diào)整。

對于高位轉(zhuǎn)換，需要考慮低位轉(zhuǎn)換和高位轉(zhuǎn)換的不同。低位轉(zhuǎn)換主要按相鄰層的側(cè)向剛度比控制，高位轉(zhuǎn)換一方面要控制相鄰層的剛度比，另一方面要比較分析轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與不轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換高度處的總體剛度，使二者的總體剛度接近。

3.2 連體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

（1）連體結(jié)構(gòu)大致可分為以下四類：①兩個主塔間用剛性連接的結(jié)構(gòu)體相連，連接體是一個或者多個，每個連接體是一層或多層。②房屋立面開設(shè)大洞口，在洞口頂部設(shè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件將洞口兩側(cè)相連。③平面開口為槽形并且很大，在開口處每隔若干層設(shè)置連接構(gòu)件加強(qiáng)樓蓋的整體性，不滿足剛性樓蓋假定，減少扭轉(zhuǎn)位移比。④供人行的通廊連接兩個主塔間，通常按支座可滑動的結(jié)構(gòu)處理。

（2）不同的連體，設(shè)計方法不同：①當(dāng)連體與兩端鉸接時，至少應(yīng)一端采用可滑動連接，根據(jù)震害經(jīng)驗，設(shè)計時要保證遇到大震不墜落，就應(yīng)考慮支座處兩個主塔沿連體的兩個主軸方向在大震時的彈塑性位移，然后按位移設(shè)計。如果兩個主塔高低不同，主軸方向斜交或正交時，就必須考慮雙向水平地震的同時作用。當(dāng)連體為多層時，要同時考慮支座處的位移和相關(guān)樓層的位移。②大洞口頂部的轉(zhuǎn)換構(gòu)件，本身要按水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，支座處需考慮樓層側(cè)向剛度突變而導(dǎo)致的薄弱，采取相應(yīng)的措施。③對于開口處的連接構(gòu)件，可以按照中震下不屈服進(jìn)行設(shè)計，并且將連接部位的抗震等級提高。④對于連體和兩端剛接的情況，需要算出兩端支座在大震下的內(nèi)力以及變形，確保連體本身和連接部位的安全。對高低的主塔、如果主軸方向不一致，同樣要仔細(xì)的分析計算。

3.3 平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的抗震設(shè)計

按剛性樓板假定進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計算時，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，大于該樓層平均值的1.2倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑及高規(guī)第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。

應(yīng)注意，最大水平位移和平均水平位移值的計算，均應(yīng)取樓層中同一軸線兩端的豎向構(gòu)件，不應(yīng)計入樓板的懸挑端。

實際工程設(shè)計中，要使結(jié)構(gòu)平面規(guī)則往往比較困難。但無論采用何種結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置都應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成頗弱部位；對可能出現(xiàn)的頗弱部位，在設(shè)計中應(yīng)采取有效措施，增強(qiáng)其抗震能力；宜具有多道防線，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失承受水平風(fēng)荷載、地震作用和重力荷載的能力（引自《高規(guī)》條文說明）。

（1）樓板開大洞削弱后，可采取下列構(gòu)造措施：①加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率，采用雙層雙向配筋，每層、每向配筋率，不宜小于0.25%。②洞口邊緣設(shè)置邊梁、暗梁；暗梁寬度可取板厚的2倍，縱向鋼筋配筋率不宜小于1.0%。③在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋。

（2）サ字形、井字形平面等樓板有較大的凹入時的加強(qiáng)措施主要有：①設(shè)置拉梁或拉板，且宜每層均勻設(shè)置。拉板厚宜取250～300mm，按暗梁的配筋方式配筋。拉梁、拉板內(nèi)縱向鋼筋的配筋率不宜小于1.0%?？v向受拉鋼筋不得搭接，并錨人支座內(nèi)不小于。②設(shè)置陽臺板或不上人的外挑板，板厚不宜小于180mm，雙層雙向配筋，每層、每向配筋率不宜小于0.25%，并按受拉鋼筋錨固在支座內(nèi)。③凹角部位增配斜向鋼筋。當(dāng)中央部分樓、電梯間使樓板有較大削弱時，應(yīng)將樓、電梯間周邊樓板加厚并加強(qiáng)配筋，加強(qiáng)連接部位墻體的構(gòu)造措施。

此外，這時應(yīng)在設(shè)計中考慮樓板削弱產(chǎn)生的不利影響。如在結(jié)構(gòu)分析中根據(jù)開洞情況考慮采用彈性樓板模型等。

4 超限高層建筑設(shè)計應(yīng)重視抗震概念設(shè)計

對于超限高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，分析計算十分重要，但計算不是超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的全部內(nèi)容。目前有的各種計算模型都是在各種假定條件下作一定的簡化處理才得以實現(xiàn)的，其計算出的結(jié)果一定反映結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)；對于工程中出現(xiàn)的各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)有的計算模型很多都不能適用的。因此在超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一方面要重視結(jié)構(gòu)的計算，但也不能過于依賴計算和盲目的應(yīng)用計算結(jié)果，應(yīng)從工程結(jié)構(gòu)的抗震概念和基本力學(xué)出發(fā)，認(rèn)真分析計算結(jié)果；重視結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計以及工程實踐經(jīng)驗的應(yīng)用。

5 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，超限高層建筑也越來越多，并向著更超高化、普遍化、功能綜合化、環(huán)境生態(tài)化、管理智能化的方向發(fā)展，超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計問題也變得越來越突出。設(shè)計人員一方面要掌握各種先進(jìn)軟件和先進(jìn)的設(shè)計方法，同時也要掌握高層建筑的抗震設(shè)計、設(shè)計特點、設(shè)計原理、體系選擇等相關(guān)的知識，只有這樣才能使設(shè)計達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)、安全適用的目的。

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