摘 要 按我國的最大適用高度，從室外地面算起，凡超過了B級高度建筑180m的最大適用高度均被稱為高層超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文針對建筑高層超限設(shè)計(jì)進(jìn)行具體分析以及提出相應(yīng)的措施與大家共同探討。

關(guān)鍵詞 高層建筑 結(jié)構(gòu) 超限設(shè)計(jì) 措施

一、高層建筑超限設(shè)計(jì)分析的主體因素

（一）基于性能的抗震設(shè)計(jì)能否滿足抗震性能目標(biāo)

小震作用一般采用規(guī)范規(guī)定的振型分解反應(yīng)譜法或者彈性動力時(shí)程法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，中震一般采用彈性計(jì)算并采用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屈服判斷分析法進(jìn)行判斷控制，大震采用靜力彈塑性的Pushover推覆分析及動力彈塑性分析分別進(jìn)行計(jì)算，以判斷結(jié)構(gòu)是否達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”各階段相應(yīng)的抗震目標(biāo)。

（二）考慮可能的風(fēng)載作用控制并驗(yàn)算風(fēng)作用下舒適度

雖然風(fēng)荷載作用并不屬于抗震超限審查的必須項(xiàng)目，但基于高層超限結(jié)構(gòu)工程的經(jīng)驗(yàn)來看，由于高度較大的超高層周期較大，往往由風(fēng)而不是地震起控制作用，故根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)周期的特點(diǎn)建議對超限設(shè)計(jì)分析時(shí)，加入風(fēng)載的分析內(nèi)容。具體分析指標(biāo)時(shí)要分析其它一些受相鄰超高層建筑物風(fēng)擾影響的超高層建筑的風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果，如根據(jù)超限結(jié)構(gòu)工程可能會發(fā)生橫風(fēng)作用大于順風(fēng)而起控制的情況，應(yīng)結(jié)合工程超限結(jié)構(gòu)及體型特點(diǎn)，預(yù)估即使由橫向風(fēng)作用控制，比對應(yīng)方向順風(fēng)作用的增大值會不會超出，在超限計(jì)算中，應(yīng)對兩個(gè)方向的風(fēng)壓值分別乘以1.3的放大系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的位移和強(qiáng)度計(jì)算，以此來考慮可能起控制的橫向風(fēng)作用和最佳舒適度。

（三）根據(jù)高層超限結(jié)構(gòu)構(gòu)件和剛度需求分析溫差效應(yīng)

由于高層豎向構(gòu)件筒體、柱截面和剛度較大，不可避免要對現(xiàn)澆混凝土樓蓋梁板沿水平方向的溫差變形產(chǎn)生較大的約束，從而各自產(chǎn)生相應(yīng)的約束內(nèi)力，稱為水平溫差效應(yīng)。實(shí)際設(shè)計(jì)中主要考慮由樓屋蓋中面在施工和使用時(shí)與混凝土終凝時(shí)溫度的差值對結(jié)構(gòu)所引起的附加內(nèi)力。

（四）針對超限分析要考慮混凝土徐變收縮對結(jié)構(gòu)的影響

徐變收縮是混凝土固有的特性，鋼結(jié)構(gòu)則不存在徐變收縮問題，混凝土隨著作用在其上的壓應(yīng)力時(shí)間持續(xù)，將持續(xù)發(fā)生變形－徐變變形。一般來看。超限高層建筑由于豎向構(gòu)件高度大，其徐變變形累計(jì)大，并通常伴隨著收縮變形同時(shí)發(fā)生，這樣兩種變形的疊加，將使整個(gè)超高層建筑豎向構(gòu)件后期非荷載直接引起的塑性變形達(dá)到一個(gè)量級，會接近甚至超過荷載直接引起的彈性變形而不容忽視，可能會對部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成較大的不利影響，因此實(shí)踐工程設(shè)計(jì)時(shí)要對混凝土徐變收縮的影響進(jìn)行量化分析，評估其不利影響的程度，以判斷是否需采取相應(yīng)對策，以為建筑結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件提供可靠的質(zhì)量保證。

二、高層結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)中主體問題的解決措施

采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，對結(jié)構(gòu)是否達(dá)到小、中、大三個(gè)階段的抗震性能目標(biāo)進(jìn)行量化分析判斷，在考慮豎向荷載、風(fēng)和小震的作用時(shí)，采用規(guī)范方法進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，構(gòu)件基本不超筋，則可基本保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性階段，實(shí)現(xiàn)小震作用時(shí)結(jié)構(gòu)“處于彈性，結(jié)構(gòu)完好、無損傷”的第一階段抗震性能水準(zhǔn)。

對中震作用，采用彈性計(jì)算，選用中震的地震反應(yīng)譜曲線，計(jì)算中荷載及材料的分項(xiàng)系數(shù)、抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1.0，不考慮地震作用的內(nèi)力放大調(diào)整，并取材料的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)這時(shí)構(gòu)件的地震作用組合效應(yīng)不大于按強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的抗震承載力，則可判斷構(gòu)件為中震不屈服。

豎向構(gòu)件及與外框柱及內(nèi)筒剪力墻面內(nèi)相交的主要框架梁均不出現(xiàn)屈服，梁均不出現(xiàn)受剪屈服，在小震及屈服判別地震作用1時(shí)，所有梁不出現(xiàn)受彎屈服；在判別地震作用2及中震時(shí)，核心筒連梁僅出現(xiàn)程度較輕的屈服（主要表現(xiàn)為面筋配筋率略>2.5%），可判斷為輕微的損傷；另，右側(cè)的邊框架梁在中震下也出現(xiàn)輕微屈服，經(jīng)將梁寬度適當(dāng)加大后，即可滿足該梁中震不屈服。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，將按小震和中震兩者的較大值對構(gòu)件進(jìn)行配筋，這樣則能實(shí)現(xiàn)中震作用下結(jié)構(gòu)“重要構(gòu)件不屈服，其它構(gòu)件部分允許受彎屈服，可修復(fù)使用”的第二階段抗震性能水準(zhǔn)。

對大震作用，則可以采用相應(yīng)軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性分析（Pushover）及用接口程序BEPTA進(jìn)行模型的前處理和準(zhǔn)備工作后通過分析軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力彈塑性分析。按彈塑性程序計(jì)算所反映的塑性發(fā)展程度來對構(gòu)件以至整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的性能評價(jià)。

針對高層超限建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對工程進(jìn)行超限設(shè)計(jì)時(shí)，除超限審查本身所要求的抗震方面的內(nèi)容外，還應(yīng)對風(fēng)載作用、溫差效應(yīng)、混凝土徐變收縮的影響、解決鋼管柱與混凝土內(nèi)筒間豎向壓縮變形差對框架梁產(chǎn)生過大附加內(nèi)力的對應(yīng)措施等進(jìn)行分析，雖然這些因素并非抗震超限審查的必須內(nèi)容，但確都屬于高層超限結(jié)構(gòu)能否真正實(shí)施所必須分析和解決的問題。

三、總結(jié)

當(dāng)進(jìn)行采用軟件在施工模擬進(jìn)行分析中，應(yīng)綜合考慮在施工階段由主體結(jié)構(gòu)去承受后加的恒載、活載、風(fēng)載及地震等作用，計(jì)算中同時(shí)考慮混凝土與鋼管混凝土徐變收縮的等影響的諸多因素，才能確保滿足高層超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

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