超高層核心筒結構震后損傷優化方法研究的總結與展望

王俊然

(廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 511400)

超高層核心筒結構震后損傷優化方法研究的總結與展望

王俊然

(廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 511400)

核心筒是超高層結構里面重要的抗側力構件，當結構受到地震作用后，核心筒底部墻體在強震作用下易發生脆性剪切或壓潰破壞，造成災難性的破壞，危及生命財產安全，震后難以修復。因此，分析研究超高層核心筒損傷優化顯得尤為重要。本文從從強化控制、弱化控制、耗能技術控制、改變體系控制等方式回顧核心筒剪力墻的研究進展，總結優化核心筒損傷的概況，指出現今研究存在的不足。并指出對于體系方面的研究尚有較大的空缺，進一步進行體系的研究在高層建筑領域應用有著重要的意義。

超高層;筒結構;優化

一、引言

隨著城市的快速發展，超高層建筑越來越多，對于超高層結構抗震性能的關注度越來越高，而作為主要抗側力構件的核心筒剪力墻的損傷研究是非常重要的。目前超高層結構遭遇地震作用后核心筒部分損壞嚴重，為了減輕底部核心筒剪力墻損傷，許多學者從強化、弱化、耗能等方面進行研究。研究結果發現強化、弱化、耗能等方面的優化均能，但從體系方面的研究卻比較少。

二、強化控制

近年來許多學者通過強化剪力墻的方式來改善其抗震性能。從材料方面，有學者提出了在剪力墻中配置高強鋼筋、高強混凝土的方法，結果表明在高強混凝土中合理適當地配置高強鋼筋，可增強其變形能力。同時可以顯著提高結構的承載力，減小構件截面的尺寸和用鋼量，減輕結構的重量，從而減小結構的地震作用，節約建筑材料，降低工程造價。但由目前強化墻體的研究現狀可知，在地震作用下強化剪力墻體裂縫分布域廣且密而且裂縫寬度小，但是不能明顯減少裂縫的產生，無法有效減少強震作用下底部混凝土墻體的損傷。

三、弱化控制

為了控制剪力墻的損傷，有學者提出了帶豎縫剪力墻的概念，在墻中以一定間距設置多條豎向縫，并把墻嵌在框架中。帶豎縫剪力墻改變了剪力墻傳統受力模式，使剪力墻由受剪切為主轉變為墻肢受彎為主，目的是從根本上阻止剪切裂縫的發展，提高了剪力墻的延性。近年來更多的學者在此概念基礎上提出了帶不同數目豎縫的剪力墻、帶縫空心剪力墻、鋼框架內嵌帶豎縫剪力墻等各種形式的帶豎縫剪力墻，結果表明豎縫的設立使墻體高寬比增大，在地震作用下墻體的破壞由受剪切為主轉為受彎為主，具有良好的耗能性能，從而提高了剪力墻的延性且保證了墻體整體性。但是豎縫削弱了剪力墻的抗側剛度與強度，阻止了帶豎縫剪力墻的實際應用。

四、耗能控制

為了解決設置豎向縫對剪力墻帶來的抗側剛度與強度降低的問題，不少學者提出耗能剪力墻的概念，在剪力墻設置耗能裝置來消耗或吸收地震作用輸入結構中的能量。有學者通過在分縫剪力墻的豎縫間布置粘彈性材料元件、剪切連接鍵、軟鋼耗能器、金屬阻尼器等耗能構件，通過耗能裝置之間產生摩擦或彎曲、剪切、扭轉等彈塑性滯回變形來消耗或吸收由地震作用輸入結構中的能量。結果表明在地震作用下豎縫剪力墻中耗能元件能有效吸收能量。

五、體系控制

除了針對改善剪力墻構件抗震性能研究以外，近年來國內外不少學者通過改進結構體系，如通過平面布置形式的改變、增設支撐體系、建立可恢復結構體系等方法，通過改善整體結構的抗震性能，達到改善剪力墻 (尤其是底部剪力墻)的損傷。迪拜塔、俄羅斯塔都采用了扶壁支撐體系，利用鋼管混凝土柱支撐等抗側力構件將側向力轉化為軸向力，降低剪力墻的壓彎受力，減輕剪力墻的損傷。

由上述對于改變結構體系的研究現狀來看，從體系的角度去改善剪力墻抗震性能能更加直觀的觀察底部剪力墻在整體結構中的損傷情況，更加主動地減少剪力墻的不利受力。但由于體系的研究并不深入，大部分研究僅限于模擬多遇地震和設防地震的級別下結構的性能表現，在罕遇地震下改變后體系的表現與原體系的對比尚未有深入研究，且大部分研究局限在數值模擬，缺少實驗去驗證。

六、結論

綜上所述，目前改善剪力墻的方向主要有構件方面和體系方面。構件的角度去改善不可避免的出現不足之處，是一種被動的改善行為。而體系方面則是從整體結構的角度去研究，為的是改善整體結構受力，在保證結構剛度的前提下，改變結構布置或增設抗側力構件來主動減少剪力墻單元的不利受力，達到減少地震作用下剪力墻的損傷。并且從體系角度去研究，能避免了單一構件實驗與在體系中性能表現不同的差異，現實建筑的建立也證明了改變體系方法的可行性。但從研究現狀來看，體系的研究并不深入，大部分研究僅限于模擬多遇地震和設防地震的級別下結構的性能表現，在罕遇地震下改變后體系的表現與原體系的對比尚未有深入研究。而且國內改善體系方面的振動臺實驗研究尚見不多，對于體系方面的研究尚有較大的空缺，因此進一步進行體系的研究在高層建筑領域應用有著重要的意義。

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王俊然 (1993－)，男，廣東佛山，碩士，廣州大學，組合結構與混合結構。