黃毅

奧肯（廈門）工程咨詢有限公司（361000）

超高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中若干問題的總結(jié)

黃毅

奧肯（廈門）工程咨詢有限公司（361000）

結(jié)合工程實例，基于性能目標(biāo)進(jìn)行抗震設(shè)計的基本思路，對超高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行分析，希望能夠從中總結(jié)出超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的一些注意事項以及具體方法。

超高層結(jié)構(gòu)；抗震性能目標(biāo)；剪力墻受拉

近年來，廈門市遭受的地震余波發(fā)生頻率不斷增加，超高層建筑整體剛度大,高度高,對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性需要更嚴(yán)格的要求?？拐鹪O(shè)計作為保證超高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用力下穩(wěn)定可靠的重要工作內(nèi)容之一,早已引起各方人員的高度重視。

1 工程概況

項目位于廈門市蓮前東路龍山西南麓，北面為自然山體。5#樓處于本項目的最北側(cè)，屬于一類高層住宅。5#樓建筑面積為30 348.24 m2，建筑結(jié)構(gòu)高度為127.8 m。地下有4層地下室，層高為4 m。地上1層為架空層，層高為4.8 m。2～42層為住宅，層高為3 m。主樓采用全部落地剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計條件

該建筑為B級高度，風(fēng)荷載W0=0.8 kN/m2(50年)，地面粗糙度B類，抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計基本地震加速度為0.15 g，地震分組為第二組，特征周期為0.40 s，剪力墻抗震等級為一級。結(jié)構(gòu)平面布置見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖

3 超高層建筑抗震性能設(shè)計目標(biāo)

近年來，超高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查，提出了抗震性能目標(biāo)問題。我們通常所說的“小震不壞，中震可修，大震不倒”，實際上這也是抗震設(shè)計性能目標(biāo)。僅適用于普通的高層建筑。而對超高層建筑提出的抗震性能目標(biāo)則是：中震不屈服，中震彈性和大震不壞。

該建筑超出A級高度上限7.8 m，落地剪力墻的底部加強(qiáng)區(qū)是重要的受力構(gòu)件，故工程的抗震性能目標(biāo)確定為“小震全樓彈性、中震底部加強(qiáng)區(qū)抗剪彈性、中震底部加強(qiáng)區(qū)抗彎不屈服”。

在設(shè)防地震的計算模型中，在超高層建筑的底部加強(qiáng)區(qū)，不僅水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)采用相應(yīng)設(shè)防烈度的中震值，部分次要構(gòu)件在中震下進(jìn)入塑性,結(jié)構(gòu)阻尼比可適當(dāng)提高。

在中震彈性或中震不屈服的抗震驗算中，對于出現(xiàn)偏心受拉或截面邊緣壓應(yīng)力接近混凝土抗壓強(qiáng)度的鋼筋混凝土構(gòu)件，按抗震等級為特一級的要求采用抗震構(gòu)造措施。

4 剪力墻的受拉情況

高層建筑在水平作用較明顯的區(qū)域（高風(fēng)壓區(qū)、地震高烈度區(qū)），在某些工況下剪力墻會出現(xiàn)受拉狀況。當(dāng)剪力墻受拉出現(xiàn)裂縫時，剪力墻的抗剪能力被嚴(yán)重削弱，抗側(cè)剛度也嚴(yán)重退化。此時該墻肢已無法承擔(dān)水平剪力，剪力將全部轉(zhuǎn)移至其他墻肢從而導(dǎo)致其他墻肢抗剪承載力不足。因此，判斷剪力墻墻肢受拉，分析受拉工況下剪力墻的狀態(tài)及其危害大小、剪力墻出現(xiàn)受拉狀態(tài)后的處理辦法就變的極為重要。

瞬時最大風(fēng)壓按100年一遇的基本風(fēng)壓的1.5倍取值。通過計算發(fā)現(xiàn)，中震作用下的墻體受力明顯大于瞬時風(fēng)壓作用下的墻體受力。在X向地震和Y向地震作用下，建筑在正角度及180°情況下的四種計算結(jié)果可以看，分別是墻體出現(xiàn)受拉在平面及豎向的分布情況。

圖2 剪力墻受拉示意圖

第一，剪力墻受拉是由于水平作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形引起的，因此，剪力墻受拉區(qū)域多出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)四周外圍。圖2云線中的墻體為本工程在中震作用下受拉的墻肢。當(dāng)外圍剪力墻在某一工況下處于受拉狀態(tài)，若此墻為一字墻，則結(jié)構(gòu)布置不合理，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。若為雙肢墻，則應(yīng)按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》7.2.4條規(guī)定：“當(dāng)任一墻肢為偏心受拉時，另一墻肢的彎矩設(shè)計值及剪力設(shè)計值應(yīng)乘以增大系數(shù)1．25?！?/p>

第二，當(dāng)剪力墻拉應(yīng)力過大，大于該墻肢混凝土抗拉強(qiáng)度值時，認(rèn)為剪力墻出現(xiàn)裂縫，該墻肢無法承擔(dān)水平剪力,其在水平荷載作用下退出工作。本工程剪力墻在底層受拉最大，二層以上的受拉明顯減小，四層墻肢就沒有出現(xiàn)受拉現(xiàn)象，且受拉的墻肢拉應(yīng)力均小于混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)《超高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》的要求，對出現(xiàn)受拉的墻體在底部加強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)采用特一級構(gòu)造。本工程墻肢受拉情況見下圖3：

圖3 墻肢受拉示意圖

5 結(jié)語

建筑抗震性能化設(shè)計是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的發(fā)展趨勢。采用性能化設(shè)計方法使結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計從宏觀定性的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為具體的多重目標(biāo)，從而提高設(shè)計的可靠性。剪力墻受拉也僅僅是超高層建筑工程抗震專項審查的一部分。