高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震設(shè)計的相關(guān)研究

藍(lán)天

廈門紫金工程設(shè)計有限公司（361000）

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震設(shè)計的相關(guān)研究

藍(lán)天

廈門紫金工程設(shè)計有限公司（361000）

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，地震活動頻繁。地震發(fā)生時對建筑造成侵害，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。本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計與常規(guī)抗震設(shè)計進(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。

高層建筑；抗震設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計

0 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，震源對高層建筑結(jié)構(gòu)會產(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)計一直是社會關(guān)注的重點(diǎn)，抗震設(shè)計的好壞直接關(guān)系到高層建筑的質(zhì)量。因此高層建筑抗震設(shè)計的時候要根據(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)計與常規(guī)抗震設(shè)計的比較

1.1 基于性能的抗震設(shè)計的概念

概念設(shè)計是目前一種比較先進(jìn)的設(shè)計理念，與傳統(tǒng)建筑設(shè)計相比，概念設(shè)計不需要精準(zhǔn)的計算或參考建筑設(shè)計規(guī)范相關(guān)的目錄，而是設(shè)計者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗，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。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計思想無法滿足人們對建筑結(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。基于性能的抗震設(shè)計是20世紀(jì)90年代美國建筑設(shè)計師提出來的一個全新的設(shè)計理念。它的主要核心是將抗震設(shè)計從保護(hù)居民生命財產(chǎn)安全為基本目標(biāo)轉(zhuǎn)移到不同風(fēng)險水平地震作用力下滿足人們對建筑的性能要求，通過多層次、多目標(biāo)的抗震安全設(shè)計，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，滿足人們對建筑的個性需求。

1.2 我國常規(guī)抗震設(shè)計方法

當(dāng)前大部分國家的抗震設(shè)計規(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)計方法滿足工業(yè)建筑和民用建筑實(shí)現(xiàn)以上三個原則的抗震要求，并在這個基礎(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)計方法如下：第一階段是對建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行驗算，也就是小震的地震洞參數(shù)，通過彈性模量計算建筑結(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。第二階段則是驗算建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性，也就是對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，處理好建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，以免地震發(fā)生時首先沖擊建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，影響到整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

1.3 常規(guī)抗震設(shè)計方法與基于性能抗震設(shè)計方法的比較

基于常規(guī)抗震設(shè)計方法與基于性能抗震設(shè)計方法在設(shè)防目標(biāo)、設(shè)計實(shí)施方法和檢驗方法、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)計方法是未來建筑抗震設(shè)計的發(fā)展方向，它適應(yīng)了社會新技術(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168.9 m，結(jié)構(gòu)計算高度為176 m，建筑結(jié)構(gòu)為B類鋼筋混凝土高層建筑。建筑場地類別為III類，建筑抗震等級為二級。

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)計目標(biāo)概念進(jìn)行設(shè)計。按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》給出的抗震性能設(shè)計方法以及 《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，確定該酒店的性能水準(zhǔn)為C類，具體控制目標(biāo)如下：

表1 對比表

表2 某酒店的抗震性能水準(zhǔn)

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)計缺乏相應(yīng)的參考依據(jù)。基于性能目標(biāo)設(shè)計方法在設(shè)計的時候，需要綜合考慮到建筑場地實(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)于在該層各個長短柱等要求。這其實(shí)是將過去常規(guī)抗震設(shè)計中的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)計原則進(jìn)行量化和細(xì)化。比如將A級性能目標(biāo)設(shè)計要求建筑結(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)計方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)下建筑設(shè)計的要求，基于建筑結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計理念對抗震結(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。

[1]石偉亮,李娟.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震設(shè)計的分析[J].建材與裝飾,2013(26)：109-110.