超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)的研究

胡永峰

摘要 ：由于受土地資源的影響，高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代城市的重要元素。但近年來(lái)由于受到地震的影響，關(guān)于超限高層建筑抗震性的問(wèn)題已經(jīng)受到高度重視。超限高層建筑結(jié)構(gòu)中關(guān)于抗震的設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此必須對(duì)超限高層建筑結(jié)構(gòu)性能抗震的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究與分析。為此本文主要圍繞 超限高層建筑結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：超限高層建筑；抗震設(shè)計(jì)；抗震性能

引言

城市化進(jìn)程的快速發(fā)展使超限高層建筑的數(shù)量與規(guī)模越來(lái)越大。我國(guó)的國(guó)土雖然遼闊，但是地質(zhì)條件卻相當(dāng)?shù)膹?fù)雜而且經(jīng)常會(huì)發(fā)生自然災(zāi)害，例如汶川地震、雅安地震等，所以建筑的抗震性能已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注。起提高超限高層建筑抗震性能設(shè)計(jì)的水平必須從超限高層建筑發(fā)展的目標(biāo)和判斷標(biāo)準(zhǔn)方面入手，并根據(jù)建筑物的實(shí)際情況，采取有效的設(shè)計(jì)策略。

1. 分析超限高層建筑基于性能抗震的設(shè)計(jì)

1.1超限的定義

按照有關(guān)規(guī)定高層建筑是指10層以上的建筑，也包括超限高層的建筑。判斷是否屬于超限高層建筑的依據(jù)是根據(jù)其的高度和相關(guān)規(guī)定的限額來(lái)進(jìn)行比較。比較的內(nèi)容有高寬的超限比、豎向規(guī)則和平面規(guī)則的超限等三個(gè)方面。

1.2分析超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計(jì)的思想內(nèi)容

一直以來(lái)，世界各國(guó)指導(dǎo)高層建筑的抗震思想標(biāo)準(zhǔn)是“小型地震不會(huì)壞、中型地震可以修、大型地震不會(huì)倒”。經(jīng)過(guò)時(shí)間和事實(shí)的證明，這種指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)是最為合理的。但是，該思想只重視建筑物不倒的抗震性能，而忽視了大震對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)功能帶來(lái)的影響，所以這也會(huì)造成嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，因此，在超限高層建筑基于性能抗震的設(shè)計(jì)必須要重視。那么清楚基于性能建筑設(shè)計(jì)的原理是十分重要的，基于性能的建筑設(shè)計(jì)主要是以抗震為基礎(chǔ)來(lái)指導(dǎo)整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的，因此為了保證即使在地震作用下建筑結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)功能也不會(huì)發(fā)生改變，就需要規(guī)范好結(jié)構(gòu)體系的布置設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)體系的使用和質(zhì)量的把握幾方面的內(nèi)容。

1.3關(guān)于超限高層建筑抗震性能的水準(zhǔn)

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)定，關(guān)于超限高層建筑抗震性能的水準(zhǔn)有以下幾方面的內(nèi)容：一是，建筑結(jié)構(gòu)的完整性在地震過(guò)后依然可以保持而且是不需要進(jìn)行任何的修復(fù)就可以繼續(xù)使用的；二是，建筑結(jié)構(gòu)的完整性得到了保證，但是發(fā)生了輕微的裂縫，這種裂縫不會(huì)影響建筑物的安全使用，因此可以不用修復(fù)就可以繼續(xù)使用；三是，保持了建筑重要結(jié)構(gòu)的完整性，只需修復(fù)其他部位的裂縫就能再次使用；四是，建筑的重要結(jié)構(gòu)發(fā)生了輕微的破損，而其他結(jié)構(gòu)的破損程度達(dá)到了中等的程度，所以建筑物只需要少許的修復(fù)就可以再次使用；五是，建筑重要結(jié)構(gòu)的破損達(dá)到了中等的程度，而其他結(jié)構(gòu)的破損也達(dá)到了中等或以上的程度，建筑物必須要進(jìn)行加固修復(fù)才能使用；六是，建筑重要結(jié)構(gòu)的破損達(dá)到了中等或以上的程度，而其他結(jié)構(gòu)的破損度非常嚴(yán)重，隨未倒塌但是嚴(yán)重威脅人們的人身安全。

2.分析我國(guó)超限高層建筑基于性能抗震設(shè)計(jì)的缺陷

經(jīng)濟(jì)水平在一定程度上決定了國(guó)家科學(xué)技術(shù)的水平。在我國(guó)，受到經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，在實(shí)際的建筑過(guò)程中，超限高層建筑基于性能抗震的設(shè)計(jì)還不能解決存在于建筑過(guò)程中的問(wèn)題；而且，由于人們對(duì)建筑物功能的不同需求復(fù)雜化了超限高層建筑的設(shè)計(jì)，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行可行性評(píng)估時(shí)是根據(jù)相關(guān)的試驗(yàn)來(lái)獲取評(píng)估結(jié)果的，這樣就會(huì)在實(shí)踐操作中難以實(shí)施；由于時(shí)代的發(fā)展需要對(duì)每棟高層的建筑進(jìn)行創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，這就增加了界定超限高層建筑抗震性能水平的難度，而且由于各種的原因，需要提高超限高層建筑的分析計(jì)算方法。所以，在超限高層建筑的設(shè)計(jì)中，基于性能的抗震設(shè)計(jì)是最為合理的。

3.基于性能抗震設(shè)計(jì)的方法

在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)用基于性能抗震的設(shè)計(jì)有兩種方法：基于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和接基于位移進(jìn)行設(shè)計(jì)。第一種方法在目前的建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛，設(shè)計(jì)人員也比較熟悉。這種方法的設(shè)防指導(dǎo)原則是：小震不壞、中震可修、大震不倒。而設(shè)計(jì)的方法主要有：設(shè)計(jì)要根據(jù)處方形式或指令性的規(guī)定來(lái)進(jìn)行；小震的彈性設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)和對(duì)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震變形的驗(yàn)算等。但是這種方法有明確的規(guī)則性和適用高度限制，存在較大的局限性，有時(shí)不能適應(yīng)對(duì)新技術(shù)、新資料以及新結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展的適應(yīng)性比較差。第二種方法雖然比較少用而且設(shè)計(jì)人員也沒(méi)有完全掌握，但是就提供了可行的方法給實(shí)現(xiàn)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這對(duì)有技術(shù)的進(jìn)步創(chuàng)新大有好處。這種方法的設(shè)防指導(dǎo)原則是：干預(yù)期的性能目標(biāo)的提出要根據(jù)受震影響度和使用功能的類別來(lái)進(jìn)行的，包括各種如結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)的以及設(shè)施的具體性能；具體工程預(yù)期目標(biāo)的最終選擇是由業(yè)主來(lái)決定的。相比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，由于該設(shè)計(jì)方法采用的結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)是結(jié)構(gòu)位移，因此整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程完完全全地被改變了，設(shè)計(jì)的變量直接選擇了目標(biāo)位移，此位移的結(jié)構(gòu)有效周期是通過(guò)設(shè)計(jì)位移來(lái)計(jì)算出來(lái)的，結(jié)構(gòu)的有效剛度也是根據(jù)此依據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，這樣就可以計(jì)算出此時(shí)結(jié)構(gòu)基底的剪力，然后再來(lái)分析結(jié)構(gòu)使配筋的設(shè)計(jì)更加具體化。

基于性能的抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有：可以具體量化三水準(zhǔn)設(shè)防要求的性能目標(biāo)及水準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)中，對(duì)性能水準(zhǔn)判別的準(zhǔn)則和性能目標(biāo)的選用的實(shí)施要特別強(qiáng)調(diào)并要進(jìn)行更加深入的論證分析。然而基于性能抗震的設(shè)計(jì)需要研究解決的問(wèn)題仍比較多，尤其是在地震大小的確定性和計(jì)算模型及參數(shù)的正確性的問(wèn)題。但是，值得肯定的是，由于技術(shù)的進(jìn)步和深入的研究必定會(huì)提高高層建筑的抗震性能的，那么超限高層建筑的安全性就得到有效的提高。

4.結(jié)論

由此可見(jiàn)，基于性能抗震設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用于超限高層建筑中是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。在高層建筑的寬高度的有關(guān)規(guī)則中，限制性比較少，提高了超限高層建筑的設(shè)計(jì)的靈活性。因此，在今后較長(zhǎng)的時(shí)期里，超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)都是高層結(jié)構(gòu)抗震研究發(fā)展的方向。

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