劉國(guó)榮摘　　要：由于超高層建筑科技含量高、設(shè)計(jì)與施工過(guò)程復(fù)雜，所以仍存在一些亟待解決的問(wèn)題，尤其是超高層建筑的抗震設(shè)計(jì)。本文論述了超高層建筑的含義及特點(diǎn)，重點(diǎn)從結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度控制、性能化設(shè)計(jì)及多道設(shè)防等方面探討了超高層建筑的抗震性設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：超高層建筑；抗震性；設(shè)計(jì)；側(cè)向剛度中圖分類號(hào)：TU31　　　　　　　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

試論超高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計(jì)

調(diào)查顯示，至今我國(guó)已落地建成和正處于建設(shè)或規(guī)劃期的超高層建筑超過(guò)百座以上，各樣式和各類型的超高層建筑紛紛涌現(xiàn)，不僅體現(xiàn)了人們的需求，也呈現(xiàn)出社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)和建筑設(shè)計(jì)類型的變化。本文在參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》的基礎(chǔ)上，充分考慮實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)環(huán)保性、抗側(cè)剛度需求、性能化設(shè)計(jì)及多道設(shè)防等方面展開(kāi)抗震設(shè)計(jì)的探討。

1　超高層建筑

超高層建筑高度要求與結(jié)構(gòu)類型和抗震烈度密不可分，超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要進(jìn)行兩種方法以上的抗震核算，并且進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。世界超高層建筑有迪拜哈利法塔，高828m；廣州塔，高600m、上海環(huán)球金融中心，高492m等。超高層建筑因其超高的高度而具有不同于普通建筑和高層建筑的特點(diǎn)。首先，對(duì)于超高層建筑，傳統(tǒng)的磚、石等材料已難以適用，其結(jié)構(gòu)類型也更具選擇多樣性，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、全鋼結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)等。其次，超高層建筑的垂直交通與消防，由于其超高的高度，較依賴于垂直交通，同時(shí)也給消防增加了困難，這就要求超高層建筑的每一層都需設(shè)置靈敏的煙霧報(bào)警器、自動(dòng)噴淋和適當(dāng)?shù)谋茈y所。最后，超高層建筑通過(guò)對(duì)風(fēng)作用效應(yīng)、重力荷載作用效應(yīng)、施工過(guò)程的影響、空間整體工作計(jì)算、結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力與位移、抗震性能等設(shè)計(jì)計(jì)算分析，進(jìn)而提高超高層的抗震性和安全性。

2　超高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度設(shè)計(jì)與控制

為了提高超高層建筑的抗震性，其足夠的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度必不可少。足夠的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度不僅可以保障建筑物的安全性、抗震性，還可在一定程度上有效抵抗建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不利受力情況及極限承載力下的安全穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)超高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震側(cè)向剛度，應(yīng)重點(diǎn)從其結(jié)構(gòu)體系和剛度需求進(jìn)行。

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)根據(jù)建筑高度和抗震烈度確定高度級(jí)別和防火級(jí)別。超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先滿足規(guī)范要求的高寬比限值和平面凹凸尺寸比值限值，其次控制扭轉(zhuǎn)不規(guī)則發(fā)生：在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，扭轉(zhuǎn)位移比不大于1.4；最大層間位移角不大于規(guī)范限值的0.4倍時(shí)，扭轉(zhuǎn)位移比不大于1.6；混凝土結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比不大于0.9，混合結(jié)構(gòu)及復(fù)雜結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比大于0.85。最后設(shè)計(jì)過(guò)程中嚴(yán)格控制偏心、樓板不連續(xù)、剛度突變、尺寸突變、承載力突變、剛度突變等現(xiàn)象。滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的同時(shí)，還應(yīng)考慮建筑師的設(shè)計(jì)意圖和功能需求，同時(shí)滿足設(shè)備專業(yè)設(shè)計(jì)要求。結(jié)構(gòu)平面的規(guī)整程度直接影響著抗震設(shè)計(jì)的強(qiáng)弱，盡量采用筒體結(jié)構(gòu)，以使得承受傾覆彎矩的結(jié)構(gòu)構(gòu)件呈現(xiàn)為軸壓狀態(tài)，且其中的豎向構(gòu)件應(yīng)最大程度的安置在建筑結(jié)構(gòu)的外側(cè)。各豎向構(gòu)件和連接構(gòu)件的受力合理、傳力明確，降低剪力滯后效應(yīng)，杜絕抗震薄弱層產(chǎn)生。

2.2結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度控制。超高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)主要與結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的最大層間位移角和最小剪力限制相關(guān)。對(duì)于層間位移角限值，其是衡量建筑抗震性的剛度指標(biāo)之一，地震作用應(yīng)使得建筑主體結(jié)構(gòu)具有基本的彈性，保證結(jié)構(gòu)的豎向和水平構(gòu)件的開(kāi)裂不會(huì)過(guò)大。同時(shí)，因超高層建筑的底部樓層、伸臂加強(qiáng)層等特殊區(qū)域的彎曲變形難以起主導(dǎo)作用，所以應(yīng)采取剪切層間位移或有害層間位移對(duì)其變形進(jìn)行詳細(xì)的分析與判斷。對(duì)于最小地震剪力，其最重要的兩個(gè)影響因素是建筑結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量，當(dāng)超高層建筑難以達(dá)到最小地震剪力要求時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合具體情況適度的增加設(shè)計(jì)內(nèi)力，提高其抗震能力和穩(wěn)定性，然而，當(dāng)不能滿足最小地震剪力時(shí)，還需通過(guò)重新設(shè)計(jì)或調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的具體布置或提高剛度來(lái)提高建筑物在地震作用下的安全性，而非單純?cè)龈叩卣鹆Φ恼{(diào)整系數(shù)。

3　超高層建筑的性能化抗震設(shè)計(jì)

超高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)主要根據(jù)“三個(gè)水準(zhǔn)，兩個(gè)階段”，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。超高層建筑來(lái)說(shuō)，其建筑工程復(fù)雜、高度極高、面積大、成本高，一旦受到地震損害，其損失程度會(huì)更高，因此，必須充分考慮各方理論、實(shí)際情況和專家意見(jiàn)，兼顧經(jīng)濟(jì)、安全原則，定量化的展開(kāi)超高層建筑的性能化抗震設(shè)計(jì)。同時(shí)，相關(guān)文件雖針對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)的性能化設(shè)計(jì)制定了較具體且系統(tǒng)的指導(dǎo)理念，涉及宏觀與微觀兩個(gè)層面。但是，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)受到損壞，且損壞與整體形變情況的分析計(jì)算都

除了上述注意事項(xiàng)外，針對(duì)超高層建筑進(jìn)行抗震性設(shè)計(jì)時(shí)，還因注重設(shè)計(jì)多道的抗震防線。多道抗震防線是指一個(gè)由一些相對(duì)獨(dú)立的自成抗側(cè)力體系的部分共同組成的抗震結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，各部分相互協(xié)同、相互配合，一同工作。當(dāng)遭遇地震時(shí)，若第一道防線的抗側(cè)移構(gòu)件受到損害，其后的第二道和第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)件即會(huì)進(jìn)行內(nèi)力的重新調(diào)整和分布，以抵御余震，保護(hù)建筑物。

目前，我國(guó)超高層建筑主要依靠?jī)?nèi)筒和外框的協(xié)同工作來(lái)達(dá)到提供抗側(cè)剛度的目的，包含兩種受力狀態(tài)：首先，建筑的內(nèi)外結(jié)構(gòu)通過(guò)樓板和伸臂析架來(lái)協(xié)調(diào)作用，進(jìn)而使得外部結(jié)構(gòu)承受了較多的傾覆彎矩和較少的剪力，?而內(nèi)筒則承受了較大的剪力和一些傾覆彎矩，廣州東塔就是此受力方式的典型；其次，以交叉網(wǎng)格筒或巨型支撐框架為代表的建筑外部結(jié)構(gòu)，其十分強(qiáng)大，依靠樓板的面內(nèi)剛度，外部結(jié)構(gòu)即可同時(shí)承受較大的傾覆彎矩和剪力，如廣州西塔。需進(jìn)行專業(yè)的彈塑性靜力或動(dòng)力時(shí)程計(jì)算，而目前我國(guó)尚未形成相關(guān)的定量化的評(píng)價(jià)體系，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在積極參考ATC-40和FEMA273/274等規(guī)范。此外，對(duì)于彎曲變形為主導(dǎo)的建筑結(jié)構(gòu)，在大震作用后應(yīng)尤其注重構(gòu)件承載力的復(fù)核。

4　超高層建筑多道設(shè)防抗震設(shè)計(jì)

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超高層建筑的抗震性能不僅關(guān)乎著建筑工程的投資，還威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，設(shè)計(jì)單位和相關(guān)工作人員必須樹(shù)立正確的觀念，積極學(xué)習(xí)并引進(jìn)國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)理念和設(shè)計(jì)，不斷提升自身的設(shè)計(jì)水平，為促進(jìn)超高層建筑的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：劉國(guó)榮，男，1986年10月08日出生，畢業(yè)于呼倫貝爾學(xué)院，土木工程專業(yè)，現(xiàn)從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和土木工程施工工作。

劉國(guó)榮
摘要：由于超高層建筑科技含量高、設(shè)計(jì)與施工過(guò)程復(fù)雜，所以仍存在一些亟待解決的問(wèn)題，尤其是超高層建筑的抗震設(shè)計(jì)。本文論述了超高層建筑的含義及特點(diǎn)，重點(diǎn)從結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度控制、性能化設(shè)計(jì)及多道設(shè)防等方面探討了超高層建筑的抗震性設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：超高層建筑；抗震性；設(shè)計(jì)；側(cè)向剛度
中圖分類號(hào)：TU31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A