張碩南

（悉尼大學 坎伯敦新南威爾士州 2006）

0 引言

高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中，提升抗震的性能是關鍵點，只有充分注重從超限設計方面加大力度，保障設計工作和實際要求相契合，才能保障建筑結(jié)構(gòu)抗震性能有效提升。要注重在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計中，相關設計人員能從多維度進行考慮，保障各細節(jié)的設計質(zhì)量，如此才能保障高層建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計目標以及要求

1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計目標

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計要能按照既定的目標執(zhí)行操作，使之設計能符合高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的性能要求。從性能的角度出發(fā)，對于高層建筑結(jié)構(gòu)的設計就要能從不同設防水平地震作用角度出發(fā)，按照抗震性能目標來設計相應性能水平的結(jié)構(gòu)。當前對于結(jié)構(gòu)性能水平劃分還沒有統(tǒng)一標準，圖1所示的基本性能目標，以及重要性能目標和安全臨界性能目標狀況內(nèi)容[1]。不同的數(shù)字代表不同的目標內(nèi)容，如1代表的是基本性能目標；2是代表重要性能目標；3是代表安全臨界性能目標。性能目標是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中的關鍵，是在發(fā)生地震中的預期性能，在建筑結(jié)構(gòu)的實際設計當中，就要能充分注重從不同的性能目標方面加強重視，保障結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量。

圖1 高層建筑結(jié)構(gòu)性能目標參考

1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計要求

保障高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計質(zhì)量，這就需要按照相應的要求，從以下幾點要加強重視：

（1）按照三水準標準。高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計的要求比較高，所以這就要求設計人員在具體設計時候能按照三水準檢查要求標準。抗震設計和建設后，小規(guī)模內(nèi)地震影響不影響建筑使用。中級地震后工程自身功能能有效維持，損壞也能采用修復進行恢復。大地震的時候建筑工程不會大規(guī)模坍塌。達到三水準的設計要求，才能真正有助于提升建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的質(zhì)量，保障建筑工程的整體質(zhì)量[2]。

（2）設計要具體化。由于高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震超限設計中面對的內(nèi)容比較多，這就需要在關鍵環(huán)節(jié)的設計方面能從多方面進行優(yōu)化，保障不同環(huán)節(jié)的設計要細化具體，從而才能提升整體建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的質(zhì)量。超限高層建筑實際設計當中，需要對建筑截面結(jié)構(gòu)詳細考慮，這是提升抗震設計質(zhì)量的重要因素。進行第二階段的設計中，需要對建筑的彈性設計質(zhì)量得以控制，避免地震時候發(fā)生嚴重坍塌的問題。

（3）遵循科學原則。建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計當中需要按照相適應的原則，才能有助于提升設計的整體質(zhì)量。設計中要依照強剪弱彎以及強柱弱梁的原則進行開展設計，這是保障建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的重要舉措，是提升結(jié)構(gòu)設計合理性的重點[3]。通過強化建筑結(jié)構(gòu)強度以及剛度，從整體上提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，才能真正有助于建筑的安全使用。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計要點及設計實例

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計要點

高層建筑結(jié)構(gòu)的設計，相關設計人員就要在抗震超限的設計方面進行積極優(yōu)化，保障各環(huán)節(jié)的設計質(zhì)量都能得到有效控制。以下幾點設計的要點要嚴格控制：

2.1.1 結(jié)構(gòu)設計的規(guī)則化要點

面對當前人們對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的要求不斷提高，設計人員就逃能從多方面進行考慮和優(yōu)化，充分注重在結(jié)構(gòu)的設計質(zhì)量控制方面加強重視，保障建筑結(jié)構(gòu)設計的規(guī)則化。只有在設計中工作人員能綜合考慮，和建筑應用需求相結(jié)合，將建筑功能以及規(guī)劃的合理性符合實際需要，最大化和建筑設計要求相滿足，才能提升設計的質(zhì)量。設計施工環(huán)節(jié)將建筑扭轉(zhuǎn)剛度的要求要能滿足，避免由于結(jié)構(gòu)因素對抗震性能以及結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利影響，設計時候要能按照對稱以及均勻的要求，布置剪力墻的時候就要能夠注重結(jié)構(gòu)薄弱點，避免由于在特殊狀況下對建筑物造成損壞影響以及坍塌風險發(fā)生[4]。高層建筑如果是出現(xiàn)意外坍塌，所造成的危害和損失是比較巨大的，為避免這一事故發(fā)生，這就需要相應設計人員自身要不斷提升專業(yè)水平，能夠在結(jié)構(gòu)抗震超限設計的質(zhì)量上得以有效控制，避免發(fā)生后期的安全事故。

2.1.2 結(jié)構(gòu)層間位移設計要點

為能保障結(jié)構(gòu)的抗震性能，相關設計工作的實施中，就要從層間位移的控制環(huán)節(jié)加強重視，高層建筑結(jié)構(gòu)超限設計方面完成全方位探討是比較必要的，如在工程價格系統(tǒng)以及材料選擇方面是比較重要的，高度比和側(cè)向荷載等因素也是比較重要的考慮因素，從這一工作方面得到了強化，就能有助于提升結(jié)構(gòu)設計的整體質(zhì)量。設計中和具體高層建筑工程的設計要求相契合，保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提升結(jié)構(gòu)抗震性能，將結(jié)構(gòu)抗震性能的作用得以良好發(fā)揮。

2.1.3 平面規(guī)則結(jié)構(gòu)超限設計要點

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計要能針對不同的狀況采取相適應的設計方法加以靈活運用，對于平面規(guī)則超限結(jié)構(gòu)的設計中，設計人員就要注重運用彈性樓蓋模型，依照分塊剛性樓板和局部彈性板計算，對扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應也要能充分考慮[5]。對于凹凸不規(guī)則以及樓板局部沒有連續(xù)的狀況，運用和樓板平面內(nèi)剛度變化彈性樓板計算模型，這就能有助于提升計算的精確度。對于樓板應力集中的部位以及弱連接樓板，就要通過增大樓板厚度以及增加板內(nèi)配筋等方式進行強化，這是提升結(jié)構(gòu)靠枕性能的重要舉措。設計中對于平面不規(guī)則的，以及樓板的聯(lián)系比較薄弱的時候，就能通過變形縫來把結(jié)構(gòu)分成諸多子結(jié)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應明顯的建筑使用抗側(cè)力構(gòu)件在平面布置中對稱，這樣能強化外圍豎向構(gòu)件抗側(cè)剛度強度提升。

2.1.4 結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法

為能保障高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計的質(zhì)量，從設計的方法優(yōu)化層面加強重視就顯得格外重要。對于超限高層建筑結(jié)構(gòu)設計需要在設計人員對同種結(jié)構(gòu)單元性質(zhì)和地基性質(zhì)保持一致，結(jié)構(gòu)的形式要能相同。設計中和位移結(jié)構(gòu)抗震法相結(jié)合，保障結(jié)構(gòu)變形能力和設計固定中形變要求相符合，制定科學有效的減震方案，在結(jié)構(gòu)承受力方面進行驗證。除此之外，控制建筑剛度也是比較重要的，結(jié)構(gòu)計算表格當中剛度呈現(xiàn)周期性規(guī)律，這對主體結(jié)構(gòu)位移會產(chǎn)生影響，設計中就要注重就剪力墻結(jié)構(gòu)開動以及建筑截面等尺寸大小進行優(yōu)化調(diào)整，保障達到抗震的設計目標。

2.1.5 豎向規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)超限設計要點

就不同的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計，就要能采用相適應的設計方法，從整體上提升設計的質(zhì)量。豎向規(guī)則超限建筑的設計當中，需要從幾個要點上加強重視，如在立面收進引起的超限方面，運用臺階形多次內(nèi)收立面，就要保障結(jié)構(gòu)位移沿著豎向不發(fā)生突變的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應要能得以有效控制[6]。對于收進部分豎向構(gòu)件和樓板要注重強化，收進出現(xiàn)了偏心的問題，底部結(jié)構(gòu)會受到扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生內(nèi)力，驗證抗震的性能是比較必要的。立面開大洞的建筑就要注重洞口四角和洞邊的質(zhì)量控制，從這一層面得到了強化，就能有助于提升設計的綜合質(zhì)量。

2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計實例

某地一高層的酒店建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設計當中，建筑是兩幢高層建筑，一號是地上15層，高度達到60m，2號建筑是地上20層，高度達到70m。建筑由于是處在地震發(fā)生區(qū)域內(nèi)，所以設計中轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系超過技術(shù)規(guī)程，在設計中對建筑落地剪力墻以及框支柱軸壓比進行了控制，保障落地剪力墻軸壓比的極限值達到0.4，而框支柱軸壓比的限值是0.5，設計成特一級。整體結(jié)構(gòu)的設計分析過程中，對單向地震作用雙向地震作用計算分析[7]?？拐鹪O計當中對于結(jié)構(gòu)不規(guī)則的特征分析，保障結(jié)構(gòu)鋼心和質(zhì)心的重合，提升抗震的性能。

3 結(jié)語

綜上而言，高層建筑結(jié)構(gòu)的實際設計當中，通過超限高層建筑結(jié)構(gòu)的良好設計，這就能為建筑工程的整體質(zhì)量控制打下堅實基礎。結(jié)構(gòu)抗震設計涉及到的內(nèi)容比較多樣，需要設計人員從不同的角度進行考慮。從而保障各設計環(huán)節(jié)的質(zhì)量，從整體上提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性能。