復雜超限高層建筑抗震設計問題探討

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摘要：文中以實際工程為案例，分析了復雜超限高層建筑抗震設計方面的若干問題及相應對策。

關鍵詞：復雜超限高層建筑；地震波；抗震設計

0引言

擬建萬科廣場（2012JP05地塊）05子地塊項目，位于廈門市集美區后溪鎮廈門北站東南側。本工程項目總建筑面積88802.22m2，其中地上總建筑面積65571.12m2，地下總建筑面積23230.80m2。地上由一棟高層辦公樓（左右分縫分別為25層109.9m和33層145.9m），一棟功能為商業和配電室的兩層裙房及三層地下室組成。本次超限審查的項目為6#右樓一棟超高層辦公樓。6#右樓超高層辦公樓建筑面積約為4.0萬m2，總層數為33層，一層層高5.3m，十二層及二十三層為避難層，層高3.0m，其余各層層高均為4.5m，出屋面構架5.2m，房屋高度為145.9m。設有三層地下室。一至二層為商業層，二層及以上均為辦公樓。

1抗震設計基本參數

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）的規定，本工程抗震設防烈度按7度考慮，設計地震分組為第三組（設計基本地震加速度值為0.15g）。本工程場地土類型為III類，特征周期為0.65s。設防地震及罕遇地震特征周期根據規范取值。地震動參數取值詳見表1。結構抗震計算采用振型分解反應譜法，靜力彈塑性分析及彈性動力時程分析法計算，同時計及扭轉和雙向地震對結構的影響，結構阻尼比在多遇地震（小震）作用下的彈性分析時取0.05。

2建筑結構的主要問題以及應對措施

2.1高度超限

高度超限是本項目的主要問題：超過A級高度限值120m。針對高度超限，本項目采取以下應對措施：其一，進行性能化設計，底部加強區豎向構件正截面承載力按不屈服復核，斜截面承載力按彈性復核。其二，約束邊緣構件與構造邊緣構件之間設置2層過渡層，過渡層邊緣構件按規范中約束邊緣構件要求配筋。其三，中震出現小偏心受拉的豎向構件采用特一級，中震時，雙向水平地震下墻肢全截面由軸向產生的平均名義拉應力超過混凝土抗拉強度標準值時，設置型鋼承擔拉力。型鋼作用后的平均名義拉應力不超過兩倍混凝土抗拉強度標準值。

2.2扭轉不規則

加強建筑外圈構件剛度，控制位移比在1.4以內。

3復雜超限高層建筑抗震設計中的若干問題

3.1未選擇抗震性較好的材料

在抗震設計中，選用的建筑材料如果不能滿足抗震要求，其表現為強度不夠，材質不夠均勻。在眾多的建筑材料中，鋼結構材料具有很好的抗震性，其次是型鋼混凝土結構，混凝土—鋼混合結構也具有很好的抗震性?，F澆鋼筋混凝土結構的抗震性能最差。如果在設計階段就沒有做好材料準備工作，將無法獲得良好的抗震效果［1］。

3.2設計方案缺乏創新性

從目前的建筑抗震措施來看，包括建筑主體加固措施、地基與主體隔震設置等，在高層建筑抗震設計時，往往沒有綜合考慮到高層建筑工程施工要點，不能科學地選擇合理的抗震技術措施，導致建筑抗震不符合相關標準要求。

3.3結構件受力不合理

在超高層建筑抗震設計中，設計人員在設計階段沒有全面分析設計方案，特別是沒有分析建筑結構的構件強度以及剛度，導致建筑物的抗震結構不符合標準。

4復雜超限高層建筑抗震設計中若干問題的應對策略

4.1選擇抗震性較好的材料，提升建筑的抗震性能

復雜超限高層建筑抗震設計中，考慮到地震要持續很長時間，構件受到周期性往復水平荷載作用會產生裂縫，構件的荷載也因此減小，此時在塑性鉸區會出現反向斜裂縫，擠碎混凝土，就會有剪切滑移產生，而且是永久性的。復雜超限高層建筑如果設計為預應力混凝土結構，當沒有出現開裂問題的時候，結構破壞不會很嚴重，彈性變形會超過鋼筋混凝土，但是結構的滯回曲線狹窄，滯后能量的耗散量要少。如果壓碎混凝土，建筑結構的承載能力就會快速下降，所以需要提高延性，才能有效地使用預應力混凝土結構。如果復雜超限高層建筑設計為裝配式鋼筋混凝土結構，由于整個建筑結構缺乏連續性，整體性不是很強，預制構件的連接處的強度不夠，接頭處的變形能力不高，比構件本身還要低。在裝配預制構件的時候，會有次應力產生，所以，這類結構不適合在高烈度地區采用，如果使用整體裝配式結構，這種情況就會有所改善［2］。

4.2完善設計方案，達到較好抗震效果

在復雜超限高層建筑的設計中，需要對設計方案不斷完善，才能使建筑結構具有良好的抗震效果。在設計中，需要對地震波進行分析，采用彈性時程分析方法。在對建筑結構的地震反應進行計算的過程中，對施工場地特性所能夠反映的地震加速度，要做好記錄，所記錄的內容要超過4條，其中的一條是當地歷史上產生地震的時候，通過實際測量所獲得的地震波。但在通常的工程結構設計中，會詳細記錄天然地震波記錄，至少3條，記錄的人工合成地震波至少1條。此外，還要分析單向地震作用下所產生的位移情況，將最大層間位移角詳細記錄下來，超出規范限值可以忽略。當處于單向地震作用下，需要分析樓層剪力，根據分析獲得樓層側向變形圖。通過多條時程曲線，將結構底部剪力的平均值計算出來，再與振型分解反應譜法的計算結果相比較，要達到80%。在計算每條時程曲線的時候，所獲得的結構底部剪力要達到振型分解反應譜法計算所獲得的結果的65%，但是要控制在135%以內。采用單向時程分析方法，樓層剪力的平均值以及分布接近于振型分解反應譜，并按照時程分析所獲得的平均值予以放大處理。

4.3規劃好結構和受力，控制好層間的位移

在復雜超限高層建筑的設計中，需要明確結構性能化目標。由于超高層建筑的商業裙房面積普遍較大，可以將裙房部分的抗震設防級別提高，將其設定為重點設防類。根據樓房部分的抗震具體情況，加強其抗震性能。如果建筑結構的抗震性能目標是C級，一些不規則項已經超出了適用范圍，就需要明確結構抗震性能水準，分別設定為小震地震作用、中震地震作用和大震地震作用［3］。

5結語

綜上所述，復雜超限高層建筑抗震設計的難度是非常大的，這就需要采取有效的應對策略，完善方案設計，選擇抗震性良好的材料，合理設計建筑受力結構，以獲得良好的抗震效果。

參考文獻

［1］王紅軍等.某超限高層辦公樓彈塑性時程分析與抗震性能化設計［J］，武漢理工大學學報，2018（8）：58-59.

［2］丁傳平，高層建筑結構抗震性能設計優化分析［J］，建筑技術開發，2017（11）：42-43；

［3］藍天，高層建筑結構抗震性能和抗震設計的相關研究［J］，河南建材，2017（4）：58-59.

作者:劉淵 單位:廈門上城建筑設計有限公司