時(shí)間：2022-07-31 05:21:07
序論：在您撰寫高層建筑結(jié)構(gòu)分析時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
摘要:為了緩解城市人口與土地面積緊張的局面，各地大規(guī)模建設(shè)高層建筑。我國位于環(huán)太平洋地震帶上，地震活動(dòng)頻繁。地震發(fā)生時(shí)對(duì)建筑造成侵害，導(dǎo)致建筑倒塌等安全事故。為了確保高層建筑的安全和穩(wěn)定性，必須重視高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。本文主要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)與常規(guī)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，并分析了超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)，希望能提高高層建筑抗震性能。
關(guān)鍵詞:高層建筑；抗震設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
引言
隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，我國建筑逐漸向高層建筑和超高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展。高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層數(shù)比較高，建筑地基承受的荷載比較大。地震發(fā)生時(shí)，震源對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生沖擊力，容易造成建筑梁、柱斷裂，建筑倒塌等現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅到人民群眾的安全。我國是地震災(zāi)害比較頻繁的國家，高層建筑抗震設(shè)計(jì)一直是社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)，抗震設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到高層建筑的質(zhì)量。因此高層建筑抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候要根據(jù)高層建筑的實(shí)際情況，提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。
1超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)與常規(guī)抗震設(shè)計(jì)的比較
1.1基于性能的抗震設(shè)計(jì)的概念
概念設(shè)計(jì)是目前一種比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)相比，概念設(shè)計(jì)不需要精準(zhǔn)的計(jì)算或參考建筑設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)的目錄，而是設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按照建筑結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理，從建筑結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行把握設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)思想無法滿足人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震功能的要求,為了提高建筑結(jié)構(gòu)抗震安全性能要求,抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)生了較大變化。比如建筑結(jié)構(gòu)以力分析為主并兼顧力與變形，考慮到建筑結(jié)構(gòu)變形、耗能和損失，以及非線性分析和可靠性分析?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)是20世紀(jì)90年代美國建筑設(shè)計(jì)師提出來的一個(gè)全新的設(shè)計(jì)理念。它的主要核心是將抗震設(shè)計(jì)從保護(hù)居民生命財(cái)產(chǎn)安全為基本目標(biāo)轉(zhuǎn)移到不同風(fēng)險(xiǎn)水平地震作用力下滿足人們對(duì)建筑的性能要求，通過多層次、多目標(biāo)的抗震安全設(shè)計(jì)，保障建筑安全，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和投資效益的平衡，滿足人們對(duì)建筑的個(gè)性需求。
1.2我國常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法
當(dāng)前大部分國家的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范為“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則，我國采用二階段抗震設(shè)計(jì)方法滿足工業(yè)建筑和民用建筑實(shí)現(xiàn)以上三個(gè)原則的抗震要求，并在這個(gè)基礎(chǔ)上根據(jù)建筑物抗震重要性分成甲、乙、丙、丁四類建筑物，根據(jù)建筑物的類別設(shè)置相應(yīng)的抗震防烈要求。二階段抗震設(shè)計(jì)方法如下:第一階段是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，也就是小震的地震洞參數(shù)，通過彈性模量計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的彈性地震作用力,并與建筑物風(fēng)荷載、雪荷載、水平荷載等進(jìn)行組合，計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)截面的抗震承載力，確保建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并通過合理的平面結(jié)構(gòu)布置，確保建筑結(jié)構(gòu)的抗拉力。第二階段則是驗(yàn)算建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性，也就是對(duì)地震作用下很容易倒塌的建筑結(jié)構(gòu)按照大震標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，處理好建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，以免地震發(fā)生時(shí)首先沖擊建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，影響到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
1.3常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法與基于性能抗震設(shè)計(jì)方法的比較
基于常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法與基于性能抗震設(shè)計(jì)方法在設(shè)防目標(biāo)、設(shè)計(jì)實(shí)施方法和檢驗(yàn)方法、實(shí)現(xiàn)性能和工程應(yīng)用方面都有所不同，具體見表1。通過比較發(fā)現(xiàn)，基于性能抗震設(shè)計(jì)方法是未來建筑抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，它適應(yīng)了社會(huì)新技術(shù)和新工藝發(fā)展需求，能夠滿足建筑業(yè)務(wù)單位和使用單位對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)要求。
2超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)
某酒店塔樓的高度是168.9m，結(jié)構(gòu)計(jì)算高度為176m，建筑結(jié)構(gòu)為B類鋼筋混凝土高層建筑。建筑場(chǎng)地類別為III類，建筑抗震等級(jí)為二級(jí)。
2.1結(jié)構(gòu)的抗震性能水準(zhǔn)
按照相關(guān)規(guī)定，酒店的塔樓高度、平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等不能超限，所以在第一、二階段抗震設(shè)計(jì)過程中，必須采取有效的方法滿足建筑工程國家以及地方相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，并將基于性能抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的抗震性能設(shè)計(jì)方法以及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定該酒店的性能水準(zhǔn)為C類，具體控制目標(biāo)如下:
2.2建筑結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)
超限高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性、高度等方面超出了建筑工程規(guī)范中的適用限值，使得抗震設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的參考依據(jù)?；谛阅苣繕?biāo)設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要綜合考慮到建筑場(chǎng)地實(shí)際設(shè)防裂度、超高限值以及建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則等經(jīng)濟(jì)因素，對(duì)超高建筑的薄弱環(huán)節(jié)、主抗側(cè)力構(gòu)件等結(jié)構(gòu)變形能力和抗震承載能力有具體的性能目標(biāo)。按照建筑工程設(shè)計(jì)中相關(guān)內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件由建筑結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)工程實(shí)際情況分析。比如水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件和支撐豎向構(gòu)件、大懸挑結(jié)構(gòu)的主要懸挑構(gòu)件、長短柱在同一樓層的數(shù)量相當(dāng)于在該層各個(gè)長短柱等要求。這其實(shí)是將過去常規(guī)抗震設(shè)計(jì)中的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)原則進(jìn)行量化和細(xì)化。比如將A級(jí)性能目標(biāo)設(shè)計(jì)要求建筑結(jié)構(gòu)小震不壞、中震和大震不壞，就是要求建筑結(jié)構(gòu)在中震和大震中依然保持一定的彈性。
3結(jié)語
隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，常規(guī)的建筑工程抗震設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)下建筑設(shè)計(jì)的要求，基于建筑結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計(jì)理念對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的目標(biāo)進(jìn)行量化，明確抗震目標(biāo)性能，能夠提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，必將成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。
作者：藍(lán)天 單位：廈門紫金工程設(shè)計(jì)有限公司
【摘要】隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提高，社會(huì)大眾對(duì)于人類活動(dòng)有更高的要求，建筑行業(yè)作為人類生活中必不可少的一部分。在商業(yè)化、工業(yè)化以及城市化趨勢(shì)下朝著高層建筑結(jié)構(gòu)理發(fā)展，全新的施工技術(shù)不斷呈現(xiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了設(shè)計(jì)與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)以及技術(shù)條件，本文就高層建筑結(jié)構(gòu)的幾個(gè)設(shè)計(jì)概念中蘊(yùn)含的幾個(gè)問題進(jìn)行了探究，提出了幾點(diǎn)建議。
【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)遵守的幾個(gè)概念
1．1高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)合理選擇設(shè)計(jì)方案
隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，高層建筑在城市中成為隨處可見的風(fēng)景，也是未來城市建設(shè)的發(fā)展方向。在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要重點(diǎn)考慮高層建筑的外形、安全性以及可實(shí)用性，在建筑施工之前要優(yōu)先完善建筑工程設(shè)計(jì)的方案，在高層設(shè)計(jì)的時(shí)候，提出的建設(shè)方案一定要是科學(xué)、合理的，包括了高層建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案、結(jié)構(gòu)方案以及施工方案，就在出臺(tái)結(jié)構(gòu)方案之前，要對(duì)高層建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的調(diào)查，對(duì)周圍的環(huán)境、氣候條件以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確地考察，確保高層建筑在日后的施工以及使用中不會(huì)受到外界客觀因素的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，綜合高層建筑施工所需要的建筑材料、未來用戶的居住使用需求等等進(jìn)行后續(xù)的基礎(chǔ)建設(shè)方案的完善以及優(yōu)化，擇優(yōu)而選，使得未來建筑工程在施工結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出合理性、可行性以及可靠性。
1．2高層建筑的設(shè)計(jì)施工要合理計(jì)算施工簡圖
總結(jié)多年的建筑工程施工經(jīng)驗(yàn)，所有的建筑計(jì)算簡圖在實(shí)際施工的過程中都有一定的差異，必然會(huì)存在一定的誤差。為了有效的改善這一誤差帶來的施工危害，要合理地控制誤差的范圍，在誤差較大的時(shí)候要及時(shí)重新計(jì)算和處理，提高計(jì)算簡圖的精確性，有效地規(guī)避計(jì)算簡圖誤差較大帶來的安全事故。在計(jì)算建筑優(yōu)化的時(shí)候，需要高層建筑的設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)關(guān)注，提高高層建筑的設(shè)計(jì)科學(xué)性和合理性。
1．3高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要正確地分析設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段，對(duì)于測(cè)量和計(jì)算的結(jié)果是有較強(qiáng)依賴性的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及軟件技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用信息技術(shù)來提高對(duì)高層建筑的施工以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)人員在完善高層建筑設(shè)計(jì)概念的時(shí)候，需要精準(zhǔn)地對(duì)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合自己豐富的建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和判斷，確保高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候能夠科學(xué)地參考這些數(shù)據(jù)，提高高層建筑設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)種常見的幾個(gè)設(shè)計(jì)問題
2．1高層建筑結(jié)構(gòu)底部嵌固部位的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)
高層建筑在實(shí)際設(shè)計(jì)以及建造之前，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑的嵌固結(jié)構(gòu)進(jìn)行確認(rèn)，嵌固結(jié)構(gòu)主要指的是高層建筑中預(yù)期塑性鉸時(shí)可能出現(xiàn)的部位，嵌固結(jié)構(gòu)關(guān)系到結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件的內(nèi)力分配準(zhǔn)確性，還會(huì)間接地影響高層建筑結(jié)構(gòu)是否會(huì)產(chǎn)生側(cè)移的真實(shí)性，使得整個(gè)高層建筑的局部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性。在高層建筑嵌固端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨著許多不同的情況，例如高層建筑的地下室設(shè)計(jì)的時(shí)候需要對(duì)地下室的層數(shù)以及基礎(chǔ)形式進(jìn)行確認(rèn)。例如:在設(shè)計(jì)高策建筑的地下室的時(shí)候，通常采用的結(jié)構(gòu)形式是基礎(chǔ)持力層較淺的情況，但是這樣結(jié)構(gòu)的抗震性能是較差的。因此在高層建筑地下室設(shè)計(jì)的時(shí)候需要采用基礎(chǔ)面作為結(jié)構(gòu)嵌固端，在標(biāo)高處的縱橫方向設(shè)置剛度較大的基礎(chǔ)梁做連接，在此基礎(chǔ)上層層建設(shè)。如果基礎(chǔ)面標(biāo)高與首層標(biāo)高之間具有一定的距離，基礎(chǔ)梁之間的梁結(jié)構(gòu)以及剛度較小，地面標(biāo)高在無法實(shí)現(xiàn)剛性地面的性能，上部無法形成嵌固端，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候是無法實(shí)現(xiàn)安全的。如果高層建筑的地下室是單層的，需要充分利用基礎(chǔ)無限的剛度，為首層樓面的靈活結(jié)構(gòu)下選型創(chuàng)造條件，即便是首層樓面的留有大洞，或者選用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，都不會(huì)影響高層建筑的計(jì)算準(zhǔn)確性。如果高層建筑的地下室是多層的，要將高層建筑地下室的上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)在地下室的且頂板，使得地下室的頂板標(biāo)高與室外的地坪的高度差不能太大，小于地下一層層高的三分之一，但是此時(shí)需要注意的是多層的地下室不能有很大的孔洞，樓面框架的抗彎剛度要足夠的大，樓板的厚度也要注意小于180mm。
2．2高層建筑結(jié)構(gòu)樓層平面剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體都是按照電算程序進(jìn)行的，整個(gè)程序在運(yùn)行的時(shí)候要重點(diǎn)考量樓層平面是否變形，將高層建筑的大部分樓層都假設(shè)為剛性樓面，當(dāng)樓板的自身平面內(nèi)剛度無限擴(kuò)大之后，樓面是不會(huì)發(fā)生彎曲以及剪切變形的，僅僅剛性運(yùn)動(dòng)是無法在樓面內(nèi)兩個(gè)方向平移，基于上訴假設(shè)，高層建筑的樓層平面設(shè)計(jì)需要考慮結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力情況，按此結(jié)構(gòu)確定建筑物具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，高層建筑物的穩(wěn)定性也是適度的。盡管程序的編程在樓面設(shè)計(jì)的時(shí)候無法準(zhǔn)確地判斷樓板的變形程度，但是計(jì)算機(jī)算法給樓板變形程度帶來具有科意義的參考標(biāo)準(zhǔn)，讓高層建筑的設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中找到安全的參考標(biāo)準(zhǔn)，確定高層建筑的部位結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件安全儲(chǔ)備，為高層建筑的柔性樓面設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
2．3高層建筑利用防震縫解決平面中不規(guī)則的復(fù)雜結(jié)構(gòu)超限問題
高層建筑的平面型狀比較復(fù)雜，在完善高層建筑的防震功能的時(shí)候，要考慮到各個(gè)房屋在區(qū)域內(nèi)可能產(chǎn)生的側(cè)移差異，進(jìn)而造成高層建筑的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以及復(fù)雜性，為了預(yù)防房屋各翼段的連接部位以及陰角部位的樓蓋產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，要在高層建筑物內(nèi)的規(guī)則結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行均勻的變化，突出建筑局部上的突出情況，改進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)中的收進(jìn)、質(zhì)量、剛度以及強(qiáng)度，使得高層建筑的質(zhì)量結(jié)構(gòu)分布均勻，使得高層建筑的各個(gè)質(zhì)量中心和剛度中心基本重合，大體在同一個(gè)豎軸線上。在實(shí)際高層建筑施工的時(shí)候，往往存在更為復(fù)雜的平面結(jié)構(gòu)，使用防震縫的方法將不規(guī)則的結(jié)構(gòu)分解成為多個(gè)基本規(guī)則的機(jī)構(gòu)單元，解決高層建筑設(shè)計(jì)中超限問題，使得高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得較為簡單，使得高層建筑的設(shè)置就在剛心與質(zhì)心最大限度地靠近，為高層建筑設(shè)計(jì)選定正確的周期比、位移比以及剛度比等等計(jì)算參數(shù)創(chuàng)造了強(qiáng)而有力的條件，使得高層建筑的設(shè)計(jì)出更加簡單地結(jié)構(gòu)，更好地解決高層建筑存在的問題，使得高層建筑的設(shè)計(jì)更加地靈活，安全性得到大大的提高。
3結(jié)語
隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，高層建筑的建設(shè)數(shù)量在城市內(nèi)逐漸增多，如何優(yōu)化高層建筑的建設(shè)質(zhì)量，使得建筑行業(yè)朝著更加健康的方向發(fā)展，為了切實(shí)地保障高層建筑的使用安全，本文探究了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候完善高層建筑的建設(shè)質(zhì)量。本文探究了高層建筑設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)注意建設(shè)中的一些設(shè)計(jì)，重視高層建筑的定量計(jì)算分析以及結(jié)構(gòu)概念，使得設(shè)計(jì)人員掌握建筑結(jié)構(gòu)的宏觀控制以及作出正確的定性判斷，使得高層建筑的結(jié)構(gòu)安全度以及設(shè)計(jì)合理性得到很大的提高，使得未來高層建筑朝著更加健康長遠(yuǎn)的方向成長，切實(shí)滿足社會(huì)大眾的生活需求，為社會(huì)中建筑行業(yè)的秩序完善奠定良好的基礎(chǔ)。
作者：雷鷹 單位：中核建中核燃料元件有限公司
【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的超高層建筑設(shè)計(jì)不斷完善，其中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由于具有良好的剛度、延性及較強(qiáng)的整體性，發(fā)展成為主要的結(jié)構(gòu)形式。然而，由于我國處于地震帶，對(duì)鋼筋混凝土超高層框架結(jié)構(gòu)建筑的抗震性能提出了要求，本文從當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題入手，簡要概述抗震概念設(shè)計(jì)遵循的基本原則，并對(duì)超高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行逐一分析總結(jié)，希望對(duì)鋼筋混凝土超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究有一定的借鑒作用。
【關(guān)鍵詞】超高層建筑；鋼筋混凝土；抗震設(shè)計(jì)
前言
隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的建筑業(yè)得到迅猛發(fā)展，超高層、超高層建筑越來越多，建筑結(jié)構(gòu)造型和功能也越來越美觀與先進(jìn)，許多建筑采用底部大裙房、上部多座塔樓的建筑形式。然而這些復(fù)雜的建筑形式的出現(xiàn)也會(huì)帶來一些問題，其中最重要的就是其結(jié)構(gòu)造型給抗震分析以及抗震設(shè)計(jì)帶來諸多新的問題。國外對(duì)鋼筋混凝土超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)有了較為成熟的研究，也有許多建筑案例（如圖1）。國內(nèi)雖然經(jīng)過數(shù)十年的研究分析，也已經(jīng)出現(xiàn)包括分析軟件TBSA和TAT等在內(nèi)的超高層建筑設(shè)計(jì)分析軟件，這些軟件能夠幫助建筑設(shè)計(jì)師或工作人員對(duì)建筑的抗震性能進(jìn)行一定的研究，但設(shè)計(jì)中還經(jīng)常會(huì)遇到許多程序、規(guī)范不能解決的問題，存在一定的局限性。這就需要結(jié)構(gòu)工程師依據(jù)概念設(shè)計(jì)把復(fù)雜的問題通過科學(xué)分析簡化。以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，同時(shí)也為結(jié)構(gòu)工程師提供更多關(guān)于抗震設(shè)計(jì)的有參考價(jià)值的設(shè)計(jì)依據(jù)。
1超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.1平面規(guī)則性超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)
平面規(guī)則性超高層建筑具有以下的特征：樓板的形狀不規(guī)則且凹凸不平，樓板之間沒有較強(qiáng)的聯(lián)系、樓板的局部之間斷斷續(xù)續(xù)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯等。針對(duì)上述特點(diǎn)，這類的建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）如果樓板的形狀凹凸不規(guī)則或樓板局部斷斷續(xù)續(xù)，則可以采用彈性樓蓋模型，使其符合樓板平面內(nèi)的實(shí)際剛度變化，或者按照分塊剛性樓板與局部彈性板的原則進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)然，扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)效應(yīng)也需要考慮進(jìn)去。（2）對(duì)于樓板中應(yīng)力集中部位以及連接較弱的樓板，可以適當(dāng)加大樓板的厚度，具體的方法有雙層雙向配筋、配置45°斜向鋼筋、配置集中配筋的邊梁。（3）如果樓板之間沒有較強(qiáng)的聯(lián)系或者平面過于不規(guī)則，或建筑物過長，則可以通過調(diào)整變形縫來把其結(jié)構(gòu)切成若干個(gè)子結(jié)構(gòu)。如果一些超限高層的建筑物有明顯的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，則應(yīng)該盡量保證抗側(cè)力構(gòu)件在平面布置中的對(duì)稱性，同時(shí)應(yīng)該盡量加大外圍豎向構(gòu)件的抗側(cè)剛度和強(qiáng)度。
1.2豎向規(guī)則性超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)
豎向規(guī)則性超高層建筑具有以下的特征：在立體上建筑呈現(xiàn)收進(jìn)的狀態(tài)，其主要存在形式為連體建筑，建筑內(nèi)部轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，大底盤多搭樓等，針對(duì)上述特點(diǎn)，這類的建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）當(dāng)超高層建筑的立面收進(jìn)超過一定限度時(shí)，應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)的層受剪承載力大于相鄰上一樓層的80%，并且合理控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)收進(jìn)部位、豎向構(gòu)件以及建筑內(nèi)部的樓板。一旦立面收進(jìn)產(chǎn)生偏差，建筑底部的結(jié)構(gòu)就會(huì)因?yàn)榕まD(zhuǎn)而產(chǎn)生較大內(nèi)力，這就要求建筑底部結(jié)構(gòu)的周邊構(gòu)件的配筋強(qiáng)度足夠大。通常情況下，建筑設(shè)計(jì)師會(huì)采用臺(tái)階形多次內(nèi)收的立面來改善這一困難。（2）對(duì)于連體建筑來說，其周邊以及連接部位應(yīng)該按照彈性板來計(jì)算，連接體與主體宜采用弱連接，并盡可能減少其重量，同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)可以優(yōu)先考慮。連接體及與主體相鄰的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級(jí)應(yīng)盡量提高其等級(jí)。（3）對(duì)于帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的超高層建筑，應(yīng)該盡量保持其上下主體的豎向結(jié)構(gòu)連續(xù)貫通，并對(duì)其下部主體結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行加強(qiáng)，而對(duì)其上部主體結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行弱化，通過相應(yīng)的措施來對(duì)轉(zhuǎn)換層上下的等效剛度比進(jìn)行合理的控制，同時(shí)，為了提高框支層的抗震能力與延展性，應(yīng)該將框支柱承擔(dān)地震剪力的比例進(jìn)行增大。而為了減少轉(zhuǎn)換層上下的等效剛度比，可以將上部各層剛度適當(dāng)減小。一般來說，高振型影響與轉(zhuǎn)換層的高度呈正比關(guān)系，即轉(zhuǎn)換層越高，高振型影響越大，轉(zhuǎn)換層上下層間位移角及內(nèi)力突變也越明顯，因此，需要合理控制轉(zhuǎn)換層的高度。（4）在設(shè)計(jì)大底盤多塔樓的時(shí)候，應(yīng)該盡量提高其底盤的承載力，其目的是防止結(jié)構(gòu)在底部首先屈服。對(duì)于連接各塔樓的裙房屋面來說，要適當(dāng)加大其剛度，其目的是使底部的裙房與上部的塔樓共同振動(dòng)。然而，當(dāng)?shù)撞考訌?qiáng)時(shí)，薄弱層會(huì)發(fā)生上移，從而增大上部結(jié)構(gòu)的位移，因此底盤承載力的的提高需要掌握好其度。在設(shè)計(jì)塔樓的薄弱部位的時(shí)候，應(yīng)該全高加密該層柱箍筋，并增大箍筋的直徑與剪力墻的水平鋼筋。
2超高層混凝土建筑抗震影響因素
2．1建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)
在對(duì)超高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)過程中，為保證混凝土整體位移一致，同時(shí)得到最小和最大的位移結(jié)構(gòu)剛度，應(yīng)該對(duì)建筑物垂直向力及橫向力進(jìn)行防護(hù)，提高扭轉(zhuǎn)力作用。因?yàn)榈卣鸬陌l(fā)生具有突發(fā)性和隨機(jī)性，所以對(duì)地震發(fā)生的時(shí)間、強(qiáng)度難以預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，因此在分析建筑整體的抗震性能同時(shí)，要及時(shí)檢查出建筑物內(nèi)部的抗震隱患，科學(xué)分析，及時(shí)糾正，保證超高層混凝土建筑的抗震性能。
2．2建筑物建設(shè)位置
合理選定超高層混凝土建筑的建設(shè)位置是極其重要的，因?yàn)槲覈靥幍卣痤l發(fā)地帶，所以在選址之前，要合理科學(xué)對(duì)建筑項(xiàng)目所在地的地質(zhì)情況進(jìn)行徹底的綜合性分析，減少超高層混凝土建筑遭受地震的危害的幾率，同時(shí)良好的建筑土質(zhì)也能提高超高層混凝土建筑具有較強(qiáng)的抗震性能。所以為避免建筑位置為松軟土質(zhì)，也應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離電廠、變電所等工廠。
2.3抗震加固環(huán)節(jié)
超高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)建筑物進(jìn)行抗震加固是非常有必要的，因?yàn)檫@樣的設(shè)計(jì)可以滿足建筑延伸性及剛度的要求。在實(shí)際的建筑施工過程中，由于超高層建筑物的鋼筋混凝土重量大，所以底部柱軸力應(yīng)該與建筑的高度呈正比關(guān)系，只有這樣建筑主要構(gòu)件才能有很好延伸性，在遇到強(qiáng)震時(shí)可以減少剪切性對(duì)墻體的破壞，這體現(xiàn)了對(duì)超高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)的重要性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，建筑設(shè)計(jì)師會(huì)以強(qiáng)柱弱梁限值為依據(jù)，綜合考慮框架柱的強(qiáng)剪弱彎和剪壓比，才能使設(shè)計(jì)的柱子頂端的抗彎能力達(dá)到合格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，螺旋復(fù)合箍筋的使用可以提高柱子的抗沖剪能力和短柱抗震性能，在地震強(qiáng)度不是很強(qiáng)時(shí)，保證短柱不對(duì)地震剪切力破壞。因?yàn)榻ㄖ亩讨邆涞目辜粜阅芰Φ陀诳箯澞芰Γ栽O(shè)計(jì)過程中要保障短柱承受抗彎的屈服強(qiáng)度。
3隔振、減振在超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
隔振、減振是在超高層建筑工程上防止振動(dòng)危害的主要手段。其中減振可分為主動(dòng)減振和被動(dòng)減振。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員會(huì)根據(jù)隔振、減振的原理，采用以下幾種辦法實(shí)現(xiàn)超高層建筑結(jié)構(gòu)的有效抗震。
3.1粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)
通過大量試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析表明，粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)可以有效的將超高層建筑的地震反應(yīng)減小40～80％，這在很大程度上可以保證建筑主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)震中的安全性，是高層結(jié)構(gòu)的舒適度控制在科學(xué)合理的范圍之內(nèi)。粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)見圖2。
3.2吸能減震
吸震減震是隔振減振在超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的又一方法，這種方法的最大特點(diǎn)是，使建筑結(jié)構(gòu)的震動(dòng)在合理的范圍內(nèi)，發(fā)生一定的位移，從物理學(xué)角度來講，就是使建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量在原結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)之間重新分配，以此達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的效果。當(dāng)前，有許多吸震減震的裝置運(yùn)用于超高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中：調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，調(diào)液（柱）阻尼器、懸吊質(zhì)量擺阻尼器記憶質(zhì)量放大器等。
3.3金屬阻尼器
金屬阻尼器能夠起到抗震效果，主要是通過在框架中加屈曲約束支撐，在合理的荷載力下，對(duì)建筑物實(shí)現(xiàn)支撐的作用，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，金屬支撐能以自身的塑性變形來消耗地震的能量，從而對(duì)超高層建筑主體結(jié)構(gòu)起到良好的作用。
4總結(jié)
在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，人們的居住水平不斷提高，超高層建筑越來越多，而在對(duì)超高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。要以科學(xué)合理的方式增強(qiáng)建筑的抗震能力，切實(shí)保障公民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。本文從我國目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的問題與現(xiàn)狀入手，簡要概述超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并重點(diǎn)對(duì)隔振、減振在超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望對(duì)鋼筋混凝土超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究有一定的借鑒作用。
作者：毛俊義 單位：深圳華森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司毛俊義 深圳華森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司
摘要：社會(huì)的快速發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷深入，為建筑行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，在這樣的情況下進(jìn)行高層建筑的帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)，相關(guān)工作人員不僅要很好的掌握轉(zhuǎn)換的專業(yè)知識(shí)，還要對(duì)相關(guān)施工技術(shù)有一定程度的了解，這樣才能根據(jù)實(shí)際建筑要求設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑。本文首先分析了帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，然后進(jìn)一步分析了帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
高層建筑施工技術(shù)的全面發(fā)展提高了建筑的整體質(zhì)量，同時(shí)也為人們創(chuàng)造了良好的生活環(huán)境。然而，在人們對(duì)生活品質(zhì)要求不斷提升的當(dāng)下，人們不僅對(duì)房屋建筑質(zhì)量提出了更高要求，也更加重視高層建筑的功能性。為了更好地滿足人們的需求，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須要融入多元化的設(shè)計(jì)元素?；诖?，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員必須要深入研究高層建筑的整體空間結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后根據(jù)建筑需求對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行優(yōu)化。
1帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
1．1作用
高層建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)與普通建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，設(shè)計(jì)人員要綜合考慮各種因素來提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、規(guī)范性、安全性。高層建筑下部和中部的受力強(qiáng)度較大，越是處于較高位置的樓層受力越小，不同的樓層的受力情況存在較大的差異。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)和中部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要提升柱和橫梁的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性，還要不斷增加結(jié)構(gòu)的剛度。當(dāng)樓層高度越高時(shí)，設(shè)計(jì)人員就需要根據(jù)實(shí)際的情況減少樓層當(dāng)中的柱和墻的數(shù)量。這樣不僅能夠有效的節(jié)省高層建筑設(shè)計(jì)和施工的成本，同時(shí)還能最大限度的發(fā)揮中部和下部結(jié)構(gòu)的整體支撐效果。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，應(yīng)擴(kuò)大中、下層建筑的結(jié)構(gòu)空間。因此，就必須要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)思路和理念，打破傳統(tǒng)常規(guī)建筑設(shè)計(jì)的局限，提升高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
1．2類型
設(shè)計(jì)師需要考慮高層建筑的使用要求，根據(jù)高層建筑的不同用途選擇不同的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。不同的轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)存在著一定的差異，因此，必須充分考慮多方面因素全面分析結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層主要有：板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，如圖1所示。（1）在高層建筑上下層的設(shè)計(jì)中，為保證建筑的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性，全面提升建筑的整體施工成效和施工效果，設(shè)計(jì)師往往會(huì)設(shè)計(jì)數(shù)量較多的柱網(wǎng)。為了使各層之間的受力穩(wěn)定，需在設(shè)計(jì)中融入板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，提升高層建筑的抗剪切性能。所設(shè)計(jì)的板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的厚度必須小于2．8m，且設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)情況選擇靈活多變的設(shè)計(jì)方案。與此同時(shí)，施工中應(yīng)選擇高質(zhì)量的輔助材料，以提升版式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的整體質(zhì)量。（2）設(shè)計(jì)人員往往會(huì)選擇框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來提升高層建筑的整體抗震性能。在這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，主要是通過巨型柱來構(gòu)建系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，合理控制結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分的受力情況。工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的加固裝置加固下層結(jié)構(gòu)的框架柱體。這種框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層能夠取得較好的固定效果，且施工工藝相對(duì)簡單，因此，廣泛應(yīng)用于各種高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中。（3）在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了能夠完成垂直轉(zhuǎn)換層的施工，須在設(shè)計(jì)中增加梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。這種轉(zhuǎn)換層具有傳遞樓層作用力的特點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)可以將高層建筑當(dāng)中的上層墻體受力傳遞到下層柱體結(jié)構(gòu)中，提升高層建筑整體的堅(jiān)固性、穩(wěn)定性、耐久性。梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高度控制在0．8～6m范圍內(nèi)。另外，這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在施工過程當(dāng)中的成本較高，設(shè)計(jì)師在選擇時(shí)需要考慮多方面的情況后才能使用。
2帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)的有效設(shè)計(jì)方案
2．1全面降低豎向結(jié)構(gòu)剛性差異
高層建筑中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，存在豎向結(jié)構(gòu)剛度低的問題，這不僅會(huì)嚴(yán)重降低高層建筑的穩(wěn)定性和質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)大大提高結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的使用風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)人員必須采取有效措施，解決上層和下層的雙向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換過程中存在的差異。在結(jié)構(gòu)當(dāng)中設(shè)置具有較高安全系數(shù)的補(bǔ)償剪力結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際情況增加落地墻的厚度和數(shù)量，以便于提升高層建高層建筑空間的結(jié)構(gòu)剛度。設(shè)計(jì)中還需考慮落地構(gòu)件的截面、尺寸和設(shè)計(jì)均勻，盡可能選擇質(zhì)量較好、剛度較大的混凝土作為施工材料。這樣不僅能夠使落地構(gòu)件能夠達(dá)到相關(guān)的抗彎設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也能增加落地構(gòu)件的抗側(cè)力性能。
2．2科學(xué)合理的設(shè)置建筑剪力墻
在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中的剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮建筑的實(shí)際情況，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，合理地設(shè)置剪力墻的數(shù)量和位置。這樣不僅能夠提升結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)還極大地發(fā)揮結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在高層建筑當(dāng)中的作用。如圖2所示，設(shè)計(jì)人員需要考慮剪力墻中的框架結(jié)構(gòu)疏密，通過計(jì)算確定位剪力墻的位置，并且根據(jù)樓層的受力情況設(shè)置適量的剪力墻。為了提升結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)水平，增加高層建筑空間布局設(shè)計(jì)的有效性，設(shè)計(jì)師還需要在剪力墻當(dāng)中增加一定數(shù)量的鋼筋。對(duì)于剪力墻當(dāng)中不平的部分，必須選擇相同的材料進(jìn)行找平施工。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)時(shí)，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)梁兩端部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列的優(yōu)化，這樣才能有效地控制短肢墻內(nèi)力和結(jié)構(gòu)承受應(yīng)力。
3結(jié)語
為不斷地提升高層建筑的質(zhì)量和功能性，施工人員需要采用有效的施工方案，每個(gè)環(huán)節(jié)都選擇高效快捷的施工技術(shù)。在施工前，設(shè)計(jì)人員首先要了解高層建筑的工程概況，要分析高層建筑的結(jié)構(gòu)，了解相關(guān)的設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關(guān)數(shù)據(jù)。然后再根據(jù)高層建筑的結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)框架要求，采取有效的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)，最大限度地提升結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可靠性、規(guī)范性、可行性，從而為帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的全面提升奠定基礎(chǔ)。
作者：徐鐵山 劉華麗 單位：咸寧市勘察建筑設(shè)計(jì)院
摘要:超限高層結(jié)構(gòu)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展不斷增多，不僅提供了舒適的生活環(huán)境，節(jié)約了土地資源，也帶來了結(jié)構(gòu)抗震的諸多研究課題。關(guān)于超限高層建筑工程抗震設(shè)防的研究，在我國已經(jīng)擁有了較為完善的管理體系，而且新的抗震設(shè)計(jì)思想也層出不窮。本文圍繞基于性能的設(shè)計(jì)方法在超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開論述，主要涉及基于性能抗震設(shè)計(jì)的原理和方法，諸如靜力彈塑性分析的實(shí)施等，結(jié)合超限高層建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際案例，提出抗震設(shè)計(jì)思想的改進(jìn)方法，力圖為工程建設(shè)中的抗震設(shè)計(jì)提供有針對(duì)性的建議，為今后的超限高層建筑的實(shí)際工程建設(shè)提供參考資料。
關(guān)鍵詞:超限高層結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);改進(jìn)方法
1超限高層結(jié)構(gòu)中基于性能的抗震設(shè)計(jì)思路
超限高層結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)思路，是本著確保人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全為目標(biāo)的。在我國的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)思路上，要求結(jié)構(gòu)要具有對(duì)抗小震的強(qiáng)度驗(yàn)算及對(duì)抗大震的薄弱層控制的技術(shù)和方法，做到小震不壞，中震可修，大震不倒。因此，遵照這個(gè)原則，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法有了大量的研究和實(shí)踐成果?；谛阅艿某薷邔咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括的內(nèi)容有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則、結(jié)構(gòu)的布置、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量把握、維修維護(hù)等內(nèi)容。具體落實(shí)包括從設(shè)計(jì)到可行性研究、施工質(zhì)量管理等各個(gè)環(huán)節(jié)［1］。基于性能的結(jié)構(gòu)抗震性能水平指的是對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞程度進(jìn)行預(yù)期的評(píng)估，根據(jù)評(píng)估出來的構(gòu)件可能遭到的破壞以及內(nèi)部設(shè)施能夠用于地震設(shè)防的作用等進(jìn)行全面的考慮，將被破壞的狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)影響因素等加以預(yù)估，以保證人們的人身和財(cái)產(chǎn)安全得到最大程度的保護(hù)。關(guān)于結(jié)構(gòu)抗震性能的規(guī)定從2011年就開始進(jìn)入實(shí)施階段，內(nèi)容囊括了結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計(jì)，其中包含了四個(gè)等級(jí)的結(jié)構(gòu)抗震目標(biāo)的劃分以及五個(gè)結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)設(shè)定。新規(guī)定克服了舊有規(guī)范在抗震設(shè)計(jì)思想中的種種不足，引進(jìn)了新結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)方法以及材料的應(yīng)用，使得超限高層建筑的構(gòu)件的承載力和變形等要求有了更加合理的參照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范［2］。如對(duì)于超限高層結(jié)構(gòu)的抗震性能水準(zhǔn)的規(guī)定包括:在地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持基本完好，人員不會(huì)受到傷害;結(jié)構(gòu)的個(gè)別構(gòu)件如果發(fā)生損傷，可以經(jīng)過修復(fù)后繼續(xù)使用;結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)和部位能夠保持完好，如果個(gè)別部位發(fā)生微裂縫等問題，則通過修復(fù)可以恢復(fù)使用;在強(qiáng)震作用下，構(gòu)件發(fā)生中等程度以上的損壞后，結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的損傷，但是不能對(duì)人造成傷害，不允許局部和整體發(fā)生倒塌。
2工程案例
重慶市某超高層建筑(見圖1)，占地面積11346m2。分為地下5層和地上48層，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。該建筑所處地段頻臨江邊，地理位置優(yōu)越，沿江部分采用斜向45°的剪力墻作為轉(zhuǎn)換層的正交布置。標(biāo)準(zhǔn)層和轉(zhuǎn)換層的平面布置嚴(yán)格按照高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求施工。該設(shè)計(jì)理念使結(jié)構(gòu)的布置不規(guī)范，轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)包含了主次梁的轉(zhuǎn)換，整個(gè)工程屬于較為復(fù)雜的超限高層的建筑，具有豎向凹凸不規(guī)則、樓板局部不均勻、豎向不連續(xù)等超限問題［3］。根據(jù)該工程的特點(diǎn)，應(yīng)業(yè)主要求，在施工中針對(duì)不同水平的地震作用進(jìn)行了預(yù)估計(jì)，對(duì)地震作用下的性能指標(biāo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在地震作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈性的設(shè)計(jì)，按照行業(yè)規(guī)則，首先對(duì)荷載組合中最不利的部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括了承載力的要求、構(gòu)件的系數(shù)調(diào)整、內(nèi)力的增大等。見表1。除了樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力之外，根據(jù)建筑中抗震性能的類型進(jìn)行了相關(guān)荷載組合的設(shè)計(jì)，考慮的因素主要包括構(gòu)件內(nèi)力的增大、系數(shù)的調(diào)整等。對(duì)于罕見強(qiáng)震的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的豎向、轉(zhuǎn)換構(gòu)件以及首層以及轉(zhuǎn)換層的薄弱部分、地基承載力的荷載等的設(shè)計(jì)［4］。見表2。1)地震作用下的設(shè)計(jì)參數(shù)分析。該工程在抗震防烈度上被設(shè)計(jì)為6級(jí)，按照地震的加速度值進(jìn)行了分組，場(chǎng)地類別為II級(jí)。在對(duì)地震波的分析中，采用了阻尼比的分析方法。見表3。對(duì)于地震作用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該工程采用了中科院的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算的內(nèi)容包括地震周期、作用、折減系數(shù)、剛度影響等。經(jīng)過計(jì)算，結(jié)合實(shí)際，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合地震作用下的抗震規(guī)范要求，能夠使得剪力的平均值小于震型分解反應(yīng)中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力要求，就可以保證建筑結(jié)構(gòu)對(duì)抗地震的破壞。2)建筑結(jié)構(gòu)在遇到罕遇地震的結(jié)構(gòu)分析。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性靜力分析，建筑結(jié)構(gòu)的非線性可以按照彈塑性動(dòng)力時(shí)程的原理進(jìn)行計(jì)算。例如本工程中的自由度高柔體系為5S，那么彈塑性靜力推覆可能需要的周圍不能大于2S，因此，根據(jù)有關(guān)結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析的規(guī)定，結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力和變形、位移等，需要采用彈塑性動(dòng)力分析的方法對(duì)震波進(jìn)行研究。將地震波最終計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)的平均值作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，按照彈塑性實(shí)程的方法，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程中結(jié)構(gòu)平面的45°斜向正交布置的結(jié)構(gòu)方法，使得彈塑性時(shí)程分析要對(duì)結(jié)構(gòu)地震相應(yīng)地進(jìn)行地震波的分析、補(bǔ)充驗(yàn)算。得到的結(jié)論是，當(dāng)結(jié)構(gòu)在45°的地震作用下，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)度應(yīng)保持在0°和90°為最佳設(shè)計(jì)思路［5］。因此，根據(jù)計(jì)算的分析，工程選用了兩種度數(shù)作為主要分析的方法，將最大層間的位移角和轉(zhuǎn)換層的層間位移角的抗震性能以及目標(biāo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，針對(duì)罕遇地震作用的剪力和傾覆彎矩的設(shè)計(jì)能夠?qū)勾笮偷牡卣穑沟媒Y(jié)構(gòu)進(jìn)入了彈塑性極端。3)工程的主要構(gòu)件的抗震性能的分析。樓板的抗震性能通過地震增大系數(shù)法，對(duì)于地震作用下的樓板應(yīng)力進(jìn)行了分析。首先是得出在彈性大地震作用下的轉(zhuǎn)換層樓板的應(yīng)力計(jì)算圖，得到轉(zhuǎn)換層在地震作用下不屈服的性能指標(biāo)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層薄弱部分的截面法的分析結(jié)果，得到樓板的合成剪力、轉(zhuǎn)換層對(duì)框、支柱、加強(qiáng)區(qū)的剪力墻等部位的內(nèi)力分析結(jié)果。見表4。
3結(jié)語
關(guān)于超限高層建筑的抗震設(shè)計(jì)思路，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以實(shí)際震害為背景的抗震設(shè)計(jì)，而且隨著國際研究領(lǐng)域的重視程度的提高，在充分把握結(jié)構(gòu)、變形、受力等特征的基礎(chǔ)上，不斷注重結(jié)構(gòu)整體抗震性能的設(shè)計(jì)目標(biāo)的整體分析和優(yōu)化［6］。當(dāng)今的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)在結(jié)構(gòu)彈性分析和彈塑性分析的基礎(chǔ)上，能夠整體確立結(jié)構(gòu)的基本特征，布置結(jié)構(gòu)平立面，驗(yàn)算出結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震反應(yīng)下的性能目標(biāo)，給予設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)，同時(shí)經(jīng)過振動(dòng)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)給予論證，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路還將不斷得到擴(kuò)展。
作者：呂楊 單位：重慶雅凱斯凱建筑設(shè)計(jì)有限公司
