魯微偉

（大慶油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部外圍物業(yè)管理公司杏南供熱分公司 黑龍江 大慶 163000）

0 引言

隨著近代工程建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)形式不斷變化更新，向高層建筑及復(fù)雜的方向發(fā)展的勢頭迅速，高層建筑越來越多。因此施工中面臨的難點(diǎn)、疑點(diǎn)等問題也不斷的增多。高層建筑重心高，在風(fēng)和地震水平荷載作用下會(huì)產(chǎn)生巨大的傾覆力矩，故其對(duì)基礎(chǔ)的承載力、穩(wěn)定性和差異沉降要求很高。而針對(duì)超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作的需要來看，對(duì)一些問題還需要深入的研究。工程現(xiàn)場實(shí)測和模型試驗(yàn)均已證明結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的地基反力，既不是直線型分布，也不符合彈性地基理論的計(jì)算結(jié)果。為此有必要開展對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)研究。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的分析

1.1 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用現(xiàn)狀

“基礎(chǔ)決定上層建筑”，針對(duì)高層建筑樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)和要求。應(yīng)用最廣的是在豎向荷載作用下的樁，豎向荷載作用下的樁土相互作用問題對(duì)樁基的設(shè)計(jì)和施工影響很大，結(jié)合工程實(shí)際，很多樁基工程試樁設(shè)計(jì)與靜載試驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)師通過調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，修改加密樁基設(shè)計(jì)圖予以補(bǔ)救，這樣靜載試驗(yàn)結(jié)果超過設(shè)計(jì)要求太多，雖然安全性更易得到保證，但太保守的設(shè)計(jì)降低了經(jīng)濟(jì)效益。在建筑業(yè)這種情況是要進(jìn)行優(yōu)化的，超過設(shè)計(jì)太多需要進(jìn)行二次試樁，項(xiàng)目建設(shè)周期也隨之延長。如果設(shè)計(jì)師等靜載試驗(yàn)結(jié)果出來再進(jìn)行樁基施工圖的設(shè)計(jì)，既影響計(jì)劃進(jìn)度，也滿足不了建設(shè)的需要。解決單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果與試樁設(shè)計(jì)偏差過大的問題，也就是怎樣使試樁設(shè)計(jì)盡量接近單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果，又簡便又精確地對(duì)單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)估計(jì)是值得研究的。

1.2 樁基礎(chǔ)簡化設(shè)計(jì)分析

高層建筑結(jié)構(gòu)作用在基礎(chǔ)上的荷載大，基礎(chǔ)埋置深，一般設(shè)置地下室并常常有作為人防工程或地下停車庫等要求，因此，基礎(chǔ)工程的材料用量多、施工復(fù)雜且施工周期長，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)建筑總造價(jià)有很大影響。高層建筑的基礎(chǔ)除極少數(shù)可直接建于堅(jiān)硬的巖石上以外，一般采用鋼筋混凝土片筏式基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，而樁基礎(chǔ)是高層建筑最常用的基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)具有承載力大、穩(wěn)定性好、沉降量小且均勻等優(yōu)點(diǎn)，還能承受一定的水平力和上拔力，承受動(dòng)荷載的性能也較好。

就高層建筑物的上下部相互作用問題來講，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論所采用的許多假定使其在不同程度上回避了樁-土-結(jié)構(gòu)間相互作用的全面分析。如：地基反力系數(shù)法把土體對(duì)樁的反力作用等復(fù)雜因素通過Winker假定，簡化成單純的反力系數(shù)作用于樁上，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算理論本質(zhì)上都未徹底解決樁-土相互作用力學(xué)機(jī)制的分析問題。對(duì)于高層建筑物的相互作用分析，必須將結(jié)構(gòu)-樁-土體系作為一個(gè)整體來考慮。顯然用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論來更貼切地分析這一實(shí)際問題還是有些困難的。就目前的分析手段來講，有限元法是個(gè)前景較好的方法，除了有限元數(shù)值模型能夠充分地考慮諸如：土體材料性質(zhì)的空間差異性、力學(xué)響應(yīng)的非線性，復(fù)雜的幾何邊界條件等，而且還能夠通過適當(dāng)?shù)臄?shù)值技術(shù)模擬工程施工過程，以及由此而帶來的一些施工力學(xué)問題等各類復(fù)雜的耦合因素外，其思想和實(shí)現(xiàn)過程也都較為簡單和統(tǒng)一，因此適于編程和電算，極大的簡化了樁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的計(jì)算設(shè)計(jì)工作量。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性動(dòng)力分析

2.1 抗震設(shè)計(jì)措施

在抗震設(shè)計(jì)中，從概念設(shè)計(jì)，抗震驗(yàn)算及構(gòu)造措施等三方面入手，在將抗震與消震(結(jié)構(gòu)延性)結(jié)合的基礎(chǔ)上，建立設(shè)計(jì)地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計(jì)指標(biāo)和方法，直至進(jìn)一步通過一些結(jié)構(gòu)措施(隔震措施，消能減震措施)來減震，即減小結(jié)構(gòu)上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經(jīng)濟(jì)的抗震性能是當(dāng)代抗震設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)展的方向。而且，強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用已得到普遍的認(rèn)可。

2.2 抗震設(shè)計(jì)理念

我國《建筑抗震規(guī)范》(GB50011-2001)對(duì)建筑的抗震設(shè)防提出“三水準(zhǔn)、兩階段”的要求，“三水準(zhǔn)”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當(dāng)遭遇第一設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態(tài)。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度地震即相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時(shí)，結(jié)構(gòu)屈服進(jìn)入非彈性變形階段，建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞。當(dāng)遭遇第三設(shè)防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)雖然破壞較重，但結(jié)構(gòu)的非彈性變形離結(jié)構(gòu)的倒塌尚有一段距離。

三個(gè)水準(zhǔn)烈度的地震作用水平，按三個(gè)不同超越概率(或重現(xiàn)期)來區(qū)分的:多遇地震:50年超越概率63.2%，重現(xiàn)期50年；設(shè)防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%，重現(xiàn)期475年；罕遇地震:50年超越概率2%-3%，重現(xiàn)期1641-2475年，平均約為2000年。

對(duì)建筑抗震的三個(gè)水準(zhǔn)設(shè)防要求，是通過“兩階段”設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，其方法步驟如下:第一階段:第一步采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)，先計(jì)算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，滿足強(qiáng)度要求；第二步是采用同一地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算出結(jié)構(gòu)的層間位移角，使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值，從而自動(dòng)滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。第二階段:采用與第三水準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)，計(jì)算出結(jié)構(gòu)(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規(guī)范的限值。并采用必要的抗震構(gòu)造措施，從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。

2.3 抗震設(shè)計(jì)方法

我國的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)對(duì)各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算應(yīng)采用的方法作了以下規(guī)定:高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法等簡化方法；除1款外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜方法；特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和限制高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。

3 結(jié)語

對(duì)于高層建筑，其樁基礎(chǔ)與抗震效能的分析一直是國內(nèi)外建筑抗震設(shè)計(jì)分析的研究熱點(diǎn)，而最直接最有效的抗震措施就是在建筑設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，只有從高層建筑物內(nèi)部實(shí)施結(jié)構(gòu)抗震，才能夠從根本上提高高層建筑的抗震效能。本文從高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行了抗震分析，對(duì)于具體的高層建筑抗震設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)和借鑒意義。