超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)中的若干問題

天津方標(biāo)世紀(jì)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司 天津 300220

摘要：當(dāng)今世界由于人口、資源的壓力，人們拓寬生存空間的思維逐漸從簡單低層地面發(fā)展到超限高層，對于生活在大城市的人而言，高樓聳起，就明白超限高層建筑工程開發(fā)的重要性。隨著人類對大城市住房需求不斷增加，未來的建筑世界必定是一個(gè)“天空的世界”。超限高層建筑的施工不同于傳統(tǒng)的地上工程，相比一般的地上工程其面臨的情況更為復(fù)雜，對于安全性而言，抗震是最需要考慮的，還需要綜合考慮成本、地質(zhì)條件、方案選擇與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)因素，地質(zhì)條件的考慮尤為重要。因此超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)的制定必須經(jīng)過一個(gè)嚴(yán)格而復(fù)雜的程序。本文分析了超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)中的若干問題，并針對某樓進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，供設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞：超限高層；建筑工程；抗震設(shè)計(jì)

超限高層建筑工程是指超出國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結(jié)構(gòu)類型的高層建筑工程，體型特別不規(guī)則的高層建筑工程，以及有關(guān)政府管理機(jī)構(gòu)文件中規(guī)定應(yīng)進(jìn)行抗震專項(xiàng)審查的高層建筑工程。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑的數(shù)量越來越多，各種體型復(fù)雜的不規(guī)則高層結(jié)構(gòu)時(shí)有出現(xiàn)。

一、超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)中的一些問題

對于超限高層建筑的設(shè)計(jì)施工，會(huì)受到諸多因素的影響，而這都會(huì)對建筑物的整體安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。就抗震設(shè)計(jì)而言，在設(shè)計(jì)中會(huì)存在一些問題，這主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：

1.資料的不足使得設(shè)計(jì)存在一定的缺陷。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中經(jīng)歷著經(jīng)濟(jì)體制的轉(zhuǎn)變，而這反應(yīng)在房地產(chǎn)領(lǐng)域則會(huì)使得建筑施工等會(huì)有急功近利等現(xiàn)象存在。在建筑中會(huì)有過于強(qiáng)調(diào)施工的工期而忽視設(shè)計(jì)和質(zhì)量等問題，會(huì)在沒有充分完整的建筑物周邊資料的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者在設(shè)計(jì)尚未完成或者優(yōu)化的情況下變開工建設(shè)。這種情況下的施工，沒有關(guān)于建筑物施工地點(diǎn)地質(zhì)條件及相鄰建筑物等的資料和數(shù)據(jù)支持的情況下進(jìn)行盲目的設(shè)計(jì)和施工，從而使得工程的安全性降低，也便無法保證超限高層建筑物抗震性能的要求。

2.超限高層建筑物的設(shè)計(jì)中其結(jié)構(gòu)的平面布置會(huì)對其抗震設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。對于一些超限高層建筑物會(huì)存在形狀上的不規(guī)則，而這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)對施工帶來一定的難度，平面上的不均衡多、長度長于設(shè)計(jì)等現(xiàn)象多有發(fā)生，而這些問題的存在對于建筑物整體的安全帶來了較大的隱患。這體現(xiàn)在抗震的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的不規(guī)則使其抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工無法找到均衡點(diǎn)，對于一些薄弱環(huán)節(jié)考慮不足，從而對整體的安全性產(chǎn)生影響。

3.受力體系影響著建筑物整體的設(shè)計(jì)。在超限高層建筑物設(shè)計(jì)方案中，由于其負(fù)重結(jié)構(gòu)的不同會(huì)存在不同的受力體系，建筑物設(shè)計(jì)中充分考慮該種負(fù)重結(jié)構(gòu)和受力體系時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生受力體系建設(shè)與抗震性能的矛盾。該種受力結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化會(huì)使得建筑物的抗震性能相對降低，從而影響整體的穩(wěn)定性和安全性。

二、加強(qiáng)超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)的對策

針對上述超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)中存在的一些問題，我們可以采取相應(yīng)的措施來實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)計(jì)的安全性，從而保證建筑物的整體安全。

1.保證超限高層建筑物設(shè)計(jì)前期工作的有效完成。該種前期工作包括建筑物地質(zhì)條件、周圍環(huán)境等相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的搜集、整理和分析。當(dāng)我們對所有的影響建筑物整體抗震性能和安全性因素充分合理分析的基礎(chǔ)上再進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，便能夠有效的避免資料和數(shù)據(jù)缺陷所帶來的設(shè)計(jì)和施工中的一些誤差，從而保證建筑物的安全。

2.注重設(shè)計(jì)方案的選擇和優(yōu)化。超限高層建筑工程因其自身特點(diǎn)其設(shè)計(jì)和施工相對復(fù)雜、要求也相對較高，在這種情況下，我們進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)便要充分考慮多種影響因素不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在抗震設(shè)計(jì)方案形成過程中，通過比較分析，確定相關(guān)的抗震指數(shù)和具體施工方式，并且針對不同的情況制定多種設(shè)計(jì)方案，并且通過方案見的比較選擇最優(yōu)方案。這種設(shè)計(jì)中的比較能夠使我們在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)一些安全隱患和問題，保證工程的安全性。

3.優(yōu)化建筑物的結(jié)構(gòu)及受力體系建設(shè)。超限高層建筑工程在滿足一定外觀要求的同時(shí)也應(yīng)該考慮其結(jié)構(gòu)和安全的因素，在抗震設(shè)計(jì)中，綜合分析該種結(jié)構(gòu)下的受力體系，通過力學(xué)分析尋得一個(gè)平衡的，并在此基礎(chǔ)上科學(xué)設(shè)計(jì)抗震防線及其合理布局，使其能夠滿足建筑工程抗震要求，保證其整體的安全性。

三、實(shí)例分析

1.工程概況。本工程商務(wù)辦公樓，地上42 層，地下4層。其中負(fù)4 層為平戰(zhàn)結(jié)合的六級人防工程；負(fù)1-3層為停車場及設(shè)備房；1-5層為裙樓作商業(yè)用途；6層為架空層；7-8層及 10-24層為辦公樓；26層以上均為客房。建筑高度為（165.34+0.3）=165.64m，屬B級高度的高層建筑，采用框架- 筒體結(jié)構(gòu)，樓面為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

2.本工程高寬比取首層計(jì)算，H=165.64，B=43.2，H B=3.83；取 6 層計(jì)算，H=165.64，B=30.8，H B=5.38；核心筒高寬比 H=165.64，B=12.35，L=15.89，H B=13.4，H L=10.4。本工程為一類高層建筑，耐火等級為一級，按七度抗震設(shè)計(jì)。

3.超限處理措施

（1）本工程屬 B 級高度的高層建筑，采用以下構(gòu)造加強(qiáng)措施：第一，增大底部加強(qiáng)部位的剪力墻厚度；第二，連梁采用交叉暗撐的配筋形式；第三，底部加強(qiáng)部位采用型鋼混凝土柱并加大其配箍特征值；第四，通過構(gòu)造措施加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)和加強(qiáng)錨固；第五，嚴(yán)格控制框支柱的軸壓比。

（2）在結(jié)構(gòu)平面和豎向布置方面，盡量減少扭轉(zhuǎn)的影響，并使側(cè)向剛度盡可能逐漸均勻變化。通過反復(fù)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置進(jìn)行調(diào)整和計(jì)算，使其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不大于該樓層平均值的 1.4 倍，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第 1 自振周期Tt與平動(dòng)為主的第 1自振周期 T1之比不大于 0.85；轉(zhuǎn)換層側(cè)向剛度不小于相鄰上部樓層剛度的 70%，其受剪承載力大于上層受剪承載力的 80%。

（3）針對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)采取了以下措施：第一，增大落地剪力墻的厚度；第二，調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使轉(zhuǎn)換層上、下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比符合規(guī)范要求；第三，加強(qiáng)型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁的配筋及相應(yīng)節(jié)點(diǎn)；第四，加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層相高剪力墻的配筋，底部加強(qiáng)部位取 0.5%；第五，嚴(yán)格控制框支柱的軸壓比，采用型鋼混凝土柱并加大柱的配箍特征值，為平緩過渡，將型鋼柱由轉(zhuǎn)換層向上延伸2層。

（4）針對 34 層、41 層立面內(nèi)收采取了如下措施：由于 34 層的柱內(nèi)收過大及 41 層的立面內(nèi)收柱轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)整體計(jì)算表明，相應(yīng)位置的樓層反應(yīng)曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，因此在變化樓層及上下樓層擬適當(dāng)加大樓板厚度，采用雙層雙向配筋和適當(dāng)提高上下層柱的配箍率，以確保結(jié)構(gòu)的安全性，降低高振型對上部結(jié)構(gòu)的影響。

（5）計(jì)算時(shí)考慮了重力二階效應(yīng)，底部加強(qiáng)部位配筋計(jì)算時(shí)考慮雙向地震的影響，該部位的柱考慮雙偏壓計(jì)算配筋。

4.專項(xiàng)審查意見及相應(yīng)修改

（1）由于微風(fēng)化基巖埋藏較深，可考慮將部分樁持力層設(shè)于中風(fēng)化層，并適當(dāng)提高樁端持力層承載力特征值的取值，裙樓部分可考慮采用天然地基上的淺基礎(chǔ)。修改內(nèi)容：提高樁端持力層承載力特征值的取值，按位置鉆孔取值。

（2）34 層柱退縮處應(yīng)設(shè)框梁以平衡柱底的彎矩。修改內(nèi)容：設(shè)框架扁梁平衡柱底的彎矩。

（3）建議首層車道處換梁做成連續(xù)梁。修改內(nèi)容：首層車道處的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)改為斜柱轉(zhuǎn)換。

超限高層建筑設(shè)計(jì)要有可行性論證，明確超限的類型和程度，提出理論分析或試驗(yàn)研究等技術(shù)依據(jù)，采取有效的抗震設(shè)計(jì)措施。超限高層建筑的抗震審查是十分必要的，不僅可以確定工程的抗震薄弱部位和程度，還可以確保結(jié)構(gòu)達(dá)到抗震設(shè)防要求。

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