彭勝男

（南通理工學(xué)院 江蘇南通 226000）

引言

為了更好地優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，作為設(shè)計(jì)師必須充分意識(shí)到做好抗震設(shè)計(jì)工作的重要性，它是高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作之前，必須結(jié)合高層建筑工程的實(shí)際情況，把握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，將抗震技術(shù)更好地運(yùn)用到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的同時(shí)，確保建筑物的質(zhì)量。

1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

首先，根據(jù)近年來(lái)的高聰混凝土建筑在抗震設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的一些問(wèn)題，總結(jié)了現(xiàn)如今高層建筑的抗震性的現(xiàn)狀。雖然說(shuō)抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)相較于以前的建筑有了很好的改變，但是，仍然是存在一些比較致命的問(wèn)題。①有一些建筑物只追求了局部的建筑物高度，而忽視了相關(guān)性能的問(wèn)題，因?yàn)槲覈?guó)有明確的建筑法，如果是利用建筑物混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行施工，需要在考慮結(jié)構(gòu)和形式的基礎(chǔ)上，以一個(gè)規(guī)范內(nèi)的適宜高度進(jìn)行施工。這個(gè)適宜高度有一個(gè)規(guī)定，如果超過(guò)這個(gè)適宜的高度，一旦發(fā)生了一些外力，比如說(shuō)地震力等大的破壞力，就直接對(duì)其建筑物的抗震能力有消極的影響。不但是建筑物的穩(wěn)定性有影響，甚至于整體建筑物的安全性受到威脅甚至?xí)斐梢欢ǖ娜藛T傷亡。②在進(jìn)行高層建筑物基址的選擇過(guò)程中會(huì)有一些建筑工程在未經(jīng)過(guò)考察就直接進(jìn)行地基的安裝。因?yàn)楝F(xiàn)在城市空間越來(lái)越小了，建筑商在選擇合適的空間的時(shí)候往往只考慮到建筑物安排的商業(yè)空間，而沒(méi)有考慮地基選取位置會(huì)直接影響高層建筑物的抗震能力和穩(wěn)定性。除此之外，高層混凝土建筑物還要選擇合理的建筑材料，目前來(lái)看，我國(guó)常見(jiàn)的和最為標(biāo)準(zhǔn)的建筑結(jié)構(gòu)就是鋼框架，鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，其變形控制需要以混凝土結(jié)構(gòu)的一些位移限制值為基準(zhǔn)。

2 工程概況

某高層建筑分為地上結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)為1層，主要作為停車場(chǎng)及設(shè)備室，高度4.50m；地上結(jié)構(gòu)為30層，總高度99.00m，建筑面積14535.82m2，其中1～6層位商用層，7～30層位住宅層，轉(zhuǎn)換層設(shè)置于6層。因?yàn)檗D(zhuǎn)換層設(shè)置處于較高層，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[3]中的規(guī)定，本工程應(yīng)當(dāng)為帶高位轉(zhuǎn)換層的不規(guī)則項(xiàng)的超高層建筑結(jié)構(gòu)。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要素分析

3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)平面和豎向布局的抗震設(shè)計(jì)重點(diǎn)

墻體和柱子之間的平面位置與高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能有著直接的關(guān)系，因此，要科學(xué)合理地分布高層平面和豎向的位置，這是高層建筑抗震技術(shù)的首要設(shè)計(jì)方向。為了科學(xué)地分布平面和豎向的位置，需要在抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循以下兩個(gè)原則：①要使豎向和平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件保持整潔；②將剛度的重心與質(zhì)量的中心相結(jié)合。但在對(duì)豎向進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了達(dá)到豎向位置的平衡，需適度降低高層建筑的剛度重心，減少高層建筑豎向結(jié)構(gòu)的錯(cuò)向頻率，做好對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的豎向高度、剛度和強(qiáng)度的控制，確保其分配均勻，嚴(yán)格控制高出屋面的高度，才能有效地預(yù)防“鞭梢效應(yīng)”的出現(xiàn)。因此，在進(jìn)行高層建筑抗震設(shè)計(jì)工作之前，要制定科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方案，以避免后期設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置抗震縫對(duì)建筑進(jìn)行劃分，用抗震縫把建筑分割開(kāi)來(lái)，這樣既可以確保建筑物整體形狀的美觀，還能使其他功能得到發(fā)揮。

3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)

基于抗震性能的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算要滿足如下要求：①在進(jìn)行彈性和非線性的分析計(jì)算中，要合理正確地選擇結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型，以及構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的計(jì)算參數(shù)。②在對(duì)具有水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算中，對(duì)不落地柱和墻體的轉(zhuǎn)換梁以及框支梁的相鄰層計(jì)算層數(shù)和層高要注意區(qū)分清楚，要正確劃分轉(zhuǎn)換厚板有限元的類型。③對(duì)剪力墻抗震設(shè)計(jì)計(jì)算，要正確選擇非線性分析中的計(jì)算模型和各種計(jì)算參數(shù)；對(duì)采用滑動(dòng)支座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震下的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算，采用的計(jì)算模型應(yīng)考慮支座兩側(cè)結(jié)構(gòu)的相互作用和影響；對(duì)平面尺寸凹凸不規(guī)則，以及平面內(nèi)局部開(kāi)設(shè)大洞口的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)開(kāi)設(shè)洞口大小、數(shù)量和分布位置以及抗側(cè)力構(gòu)件的布置形式等合理建立計(jì)算模型。④要正確合理選擇分片剛性樓蓋和整體非剛性樓蓋的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算模型，比如樓板在大震下不能處于基本彈性狀態(tài)時(shí)，要先研究出合理的計(jì)算模型后再進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算。⑤對(duì)于采用了消能減震措施的結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要合理選擇構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)的有效阻尼比，另外要注意節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件的計(jì)算參數(shù)對(duì)整體結(jié)構(gòu)計(jì)算的影響。⑥對(duì)于結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，難以準(zhǔn)確反映各構(gòu)件受力狀態(tài)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)采用各種不同的力學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后予以分析對(duì)比；另外，有時(shí)還需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)的模型試驗(yàn)來(lái)確定計(jì)算的可信程度。

3.3 地震作用下的結(jié)構(gòu)變形

《抗規(guī)》、《高規(guī)》都對(duì)高層建筑，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高層建筑變形情況進(jìn)行了規(guī)定，因?yàn)樵诘卣鹱饔孟氯绻Y(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形，極有可能造成結(jié)構(gòu)變形而失去承載力，進(jìn)而受損。《高規(guī)》中規(guī)定對(duì)于A級(jí)高度的高層建筑，樓層豎向構(gòu)件水平位移及層間位移不宜大于該樓層均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層均值的1.5倍。樓層層間最大位移與層高比值不大于1/1000。通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是X向還是在Y向地震作用下，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的樓層位移情況增速相對(duì)具備規(guī)律性，可以用近似的直線進(jìn)行表示，轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的樓層位移也具備規(guī)律性，但是在轉(zhuǎn)換層部分卻有一定程度的突變，轉(zhuǎn)換層下部過(guò)度到轉(zhuǎn)換層上部時(shí)，樓層位移曲線的斜率有明顯減小的趨勢(shì)。

3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能的技術(shù)要點(diǎn)分析

①地基是高層建筑抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在對(duì)地基進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要確保地基的穩(wěn)定性，要選用穩(wěn)定性能較強(qiáng)的地基，以防地基出現(xiàn)變形、下陷的情況，對(duì)一些相同結(jié)構(gòu)的單元，必須確保地基的統(tǒng)一性，才能充分發(fā)揮地基的抗震性能。②在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要確保建筑結(jié)構(gòu)分布的對(duì)稱性和均勻性，平均分布建筑的承受力，利用對(duì)稱性來(lái)降低地震帶來(lái)的影響，從而避免由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生的建筑坍塌或扭曲情況。在對(duì)高層建筑整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用多元化的設(shè)計(jì)方法來(lái)提升抗震性能，例如對(duì)容易發(fā)生坍塌的地方，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施，以降低出現(xiàn)危險(xiǎn)的幾率。③必須確保高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的牢固性，最大限度的減輕建筑物自重，從而降低對(duì)地基的壓力。如果發(fā)生地震，也能緩解地震對(duì)高層建筑造成的沖擊力，為人員的迅速撤離提供時(shí)間，這對(duì)于一般震級(jí)的地震抵抗效果非常明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了不錯(cuò)的進(jìn)步，雖然存在一定的問(wèn)題，但是，根據(jù)抗震防線的設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)，可以根據(jù)不同地區(qū)不同受力情況進(jìn)行合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡可能根據(jù)情況設(shè)計(jì)合理的抗震防線，保證高層建筑混凝土材料和結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件的安排符合高層穩(wěn)定性的抗震能力，以及減少安全隱患，保證高層混凝土建筑的質(zhì)量。