复杂超限高层建筑抗震设计问题探讨

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摘要：文中以实际工程为案例，分析了复杂超限高层建筑抗震设计方面的若干问题及相应对策。

关键词：复杂超限高层建筑；地震波；抗震设计

0引言

拟建万科广场（2012JP05地块）05子地块项目，位于厦门市集美区后溪镇厦门北站东南侧。本工程项目总建筑面积88802.22m2，其中地上总建筑面积65571.12m2，地下总建筑面积23230.80m2。地上由一栋高层办公楼（左右分缝分别为25层109.9m和33层145.9m），一栋功能为商业和配电室的两层裙房及三层地下室组成。本次超限审查的项目为6#右楼一栋超高层办公楼。6#右楼超高层办公楼建筑面积约为4.0万m2，总层数为33层，一层层高5.3m，十二层及二十三层为避难层，层高3.0m，其余各层层高均为4.5m，出屋面构架5.2m，房屋高度为145.9m。设有三层地下室。一至二层为商业层，二层及以上均为办公楼。

1抗震设计基本参数

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的规定，本工程抗震设防烈度按7度考虑，设计地震分组为第三组（设计基本地震加速度值为0.15g）。本工程场地土类型为III类，特征周期为0.65s。设防地震及罕遇地震特征周期根据规范取值。地震动参数取值详见表1。结构抗震计算采用振型分解反应谱法，静力弹塑性分析及弹性动力时程分析法计算，同时计及扭转和双向地震对结构的影响，结构阻尼比在多遇地震（小震）作用下的弹性分析时取0.05。

2建筑结构的主要问题以及应对措施

2.1高度超限

高度超限是本项目的主要问题：超过A级高度限值120m。针对高度超限，本项目采取以下应对措施：其一，进行性能化设计，底部加强区竖向构件正截面承载力按不屈服复核，斜截面承载力按弹性复核。其二，约束边缘构件与构造边缘构件之间设置2层过渡层，过渡层边缘构件按规范中约束边缘构件要求配筋。其三，中震出现小偏心受拉的竖向构件采用特一级，中震时，双向水平地震下墙肢全截面由轴向产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时，设置型钢承担拉力。型钢作用后的平均名义拉应力不超过两倍混凝土抗拉强度标准值。

2.2扭转不规则

加强建筑外圈构件刚度，控制位移比在1.4以内。

3复杂超限高层建筑抗震设计中的若干问题

3.1未选择抗震性较好的材料

在抗震设计中，选用的建筑材料如果不能满足抗震要求，其表现为强度不够，材质不够均匀。在众多的建筑材料中，钢结构材料具有很好的抗震性，其次是型钢混凝土结构，混凝土—钢混合结构也具有很好的抗震性。现浇钢筋混凝土结构的抗震性能最差。如果在设计阶段就没有做好材料准备工作，将无法获得良好的抗震效果［1］。

3.2设计方案缺乏创新性

从目前的建筑抗震措施来看，包括建筑主体加固措施、地基与主体隔震设置等，在高层建筑抗震设计时，往往没有综合考虑到高层建筑工程施工要点，不能科学地选择合理的抗震技术措施，导致建筑抗震不符合相关标准要求。

3.3结构件受力不合理

在超高层建筑抗震设计中，设计人员在设计阶段没有全面分析设计方案，特别是没有分析建筑结构的构件强度以及刚度，导致建筑物的抗震结构不符合标准。

4复杂超限高层建筑抗震设计中若干问题的应对策略

4.1选择抗震性较好的材料，提升建筑的抗震性能

复杂超限高层建筑抗震设计中，考虑到地震要持续很长时间，构件受到周期性往复水平荷载作用会产生裂缝，构件的荷载也因此减小，此时在塑性铰区会出现反向斜裂缝，挤碎混凝土，就会有剪切滑移产生，而且是永久性的。复杂超限高层建筑如果设计为预应力混凝土结构，当没有出现开裂问题的时候，结构破坏不会很严重，弹性变形会超过钢筋混凝土，但是结构的滞回曲线狭窄，滞后能量的耗散量要少。如果压碎混凝土，建筑结构的承载能力就会快速下降，所以需要提高延性，才能有效地使用预应力混凝土结构。如果复杂超限高层建筑设计为装配式钢筋混凝土结构，由于整个建筑结构缺乏连续性，整体性不是很强，预制构件的连接处的强度不够，接头处的变形能力不高，比构件本身还要低。在装配预制构件的时候，会有次应力产生，所以，这类结构不适合在高烈度地区采用，如果使用整体装配式结构，这种情况就会有所改善［2］。

4.2完善设计方案，达到较好抗震效果

在复杂超限高层建筑的设计中，需要对设计方案不断完善，才能使建筑结构具有良好的抗震效果。在设计中，需要对地震波进行分析，采用弹性时程分析方法。在对建筑结构的地震反应进行计算的过程中，对施工场地特性所能够反映的地震加速度，要做好记录，所记录的内容要超过4条，其中的一条是当地历史上产生地震的时候，通过实际测量所获得的地震波。但在通常的工程结构设计中，会详细记录天然地震波记录，至少3条，记录的人工合成地震波至少1条。此外，还要分析单向地震作用下所产生的位移情况，将最大层间位移角详细记录下来，超出规范限值可以忽略。当处于单向地震作用下，需要分析楼层剪力，根据分析获得楼层侧向变形图。通过多条时程曲线，将结构底部剪力的平均值计算出来，再与振型分解反应谱法的计算结果相比较，要达到80%。在计算每条时程曲线的时候，所获得的结构底部剪力要达到振型分解反应谱法计算所获得的结果的65%，但是要控制在135%以内。采用单向时程分析方法，楼层剪力的平均值以及分布接近于振型分解反应谱，并按照时程分析所获得的平均值予以放大处理。

4.3规划好结构和受力，控制好层间的位移

在复杂超限高层建筑的设计中，需要明确结构性能化目标。由于超高层建筑的商业裙房面积普遍较大，可以将裙房部分的抗震设防级别提高，将其设定为重点设防类。根据楼房部分的抗震具体情况，加强其抗震性能。如果建筑结构的抗震性能目标是C级，一些不规则项已经超出了适用范围，就需要明确结构抗震性能水准，分别设定为小震地震作用、中震地震作用和大震地震作用［3］。

5结语

综上所述，复杂超限高层建筑抗震设计的难度是非常大的，这就需要采取有效的应对策略，完善方案设计，选择抗震性良好的材料，合理设计建筑受力结构，以获得良好的抗震效果。

参考文献

［1］王红军等.某超限高层办公楼弹塑性时程分析与抗震性能化设计［J］，武汉理工大学学报，2018（8）：58-59.

［2］丁传平，高层建筑结构抗震性能设计优化分析［J］，建筑技术开发，2017（11）：42-43；

［3］蓝天，高层建筑结构抗震性能和抗震设计的相关研究［J］，河南建材，2017（4）：58-59.

作者:刘渊 单位:厦门上城建筑设计有限公司