（開封大學(xué)，河南開封475004）

1 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性首先表現(xiàn)在后期建筑物的長期應(yīng)用中。因?yàn)楦邔咏ㄖ锿婕按罅康氖褂萌藛T，如果在應(yīng)用過程中存在著明顯安全隱患，勢必會帶來較為惡劣的隱患，人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全得不到較好保護(hù)。所以，地震災(zāi)害作為不容忽視的一個(gè)危險(xiǎn)來源，需要引起高層建筑設(shè)計(jì)人員的高度重視，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮抗震設(shè)計(jì)需求，提升整體高層建筑物抗震性能。另外，對于未來我國高層混凝土建筑工程的發(fā)展而言，其結(jié)構(gòu)往往更為復(fù)雜多樣，這種創(chuàng)新性發(fā)展不僅僅需要得到技術(shù)層面的支持，往往還需要重點(diǎn)從設(shè)計(jì)層面予以適應(yīng)性調(diào)整，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案同樣也能夠緊跟整體高層建筑工程發(fā)展步伐?？拐鹪O(shè)計(jì)作為其中重要組成部分，同樣也應(yīng)該加大關(guān)注力度，以求較好推動整個(gè)高層混凝土建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，避免該方面形成阻礙因素。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震作用下的性能水準(zhǔn)

2.1 小震作用下性能水準(zhǔn)

這項(xiàng)性能水準(zhǔn)對建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)均提出了較高的要求，使周期比和位移比均滿足了建設(shè)規(guī)范，尤其是對于高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)產(chǎn)生了良好的控制。每個(gè)樓層的側(cè)向剛度都達(dá)到了一定的標(biāo)準(zhǔn)，與相鄰上部樓層的側(cè)向剛度相比可以達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)的70%，而與相鄰三層樓層的側(cè)向剛度相比則可以達(dá)到其平均值的80%左右。建筑結(jié)構(gòu)的各方向布置均符合規(guī)范規(guī)則，不存在薄弱層都有質(zhì)量缺陷的樓層；同時(shí)各樓層之間的位移角的大小達(dá)到了建筑工程標(biāo)準(zhǔn)，而高層結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的最大加速度限值也滿足了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，此外從整體上來看無論是樓層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度還是舒適度都在合適的范圍內(nèi)。當(dāng)剛重比大于1.4時(shí)高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性可以得到有效的保障；而當(dāng)剛重比大于2.7時(shí)，則不考慮重力二階效應(yīng)。對建筑結(jié)構(gòu)在該性能水準(zhǔn)下的計(jì)算結(jié)果都滿足《高規(guī)》的相關(guān)要求，同時(shí)振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析的結(jié)果具有相同的統(tǒng)計(jì)意義。在對高層建筑結(jié)構(gòu)緩解地震作用時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，按照工程要求已將結(jié)果取平均值，而對震型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果則取的是較大值。

2.2 中震作用下性能水準(zhǔn)

高層建筑物在該性能水準(zhǔn)要求下具有較高的抗地震作用能力，在設(shè)防烈度的地震作用下建筑結(jié)構(gòu)會進(jìn)入非彈性工作階段。同時(shí)，地震對高層建筑結(jié)構(gòu)體系的損壞程度不會進(jìn)入不可修復(fù)的范圍，對于重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如支柱，剪力墻底部加強(qiáng)部位等建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該始終保持不屈服的狀態(tài)，這樣在地震作用結(jié)束之后便可以通過對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的修復(fù)即可以繼續(xù)使用。一般情況下，中震的烈度比通常遇到的地震烈度約大1.55°，在進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)要將建筑結(jié)構(gòu)的水平地震影響系數(shù)調(diào)整到0.23，相較于小震下的0.08有所升高。此外，對于建筑材料的強(qiáng)度也會有所提高，例如抗震承載力調(diào)整系數(shù)取1.0等。

2.3 大震作用下性能水準(zhǔn)

通常建筑物在該性能水準(zhǔn)下具有較高的抵抗地震作用能力，在地震中結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的最大側(cè)向位移和水平位移限值均滿足規(guī)范要求，并且在局部樓層梁上會出現(xiàn)塑性鉸對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。此外，在地震作用下建筑周圍的型鋼混凝土柱絕大部分都不會進(jìn)入塑性階段，因此可以有效的確保底部的剪力墻始終保持著較好的承載能力。

3 結(jié)合工程實(shí)例的高層建筑抗震設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

某超高層酒店總建筑面積約3.7萬m2，主樓地上31層，地下2層，地上部分1-2層為商業(yè)裙房，3-31層為酒店，地下室為兩層車庫。建筑高度為139.6m，屋頂構(gòu)架結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高達(dá)到151.5m，地上部分各層層高均為4.5m，地下室兩層層高分別為5.2m、3.5m，基礎(chǔ)埋深約為9.0m。本工程結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑安全等級為二級，建筑抗震設(shè)防分類為丙類，抗震設(shè)防烈度為6類度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地別為II類，設(shè)計(jì)基本加速度值為0.05g，場地特征周期為0.35s，框架及剪力墻抗震等級均為二級，整體計(jì)算嵌固端為地下室頂板。本工程地上平面呈內(nèi)角為115度的L形，典型平面柱網(wǎng)為4.8mX6.7m及7.0mX7.9m，。其中二層平面L形拐角處因酒店大堂要求通高大空間而導(dǎo)致大范圍樓板開洞且無框架梁拉結(jié)；標(biāo)準(zhǔn)層因酒店房間功能單一，故除開拐角處、兩個(gè)核心筒、兩側(cè)山墻面布置有剪力墻外，其余均為框架+整跨樓板。

3.2 結(jié)構(gòu)超限分析判斷

本超高層酒店采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其抗側(cè)力體系主要由剪力墻形成第一道防線，混凝土柱形成第二道防線，水平設(shè)置連梁和框架梁形成主要耗能體系。酒店標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸為（41.5m+35.0m）x17.5m，結(jié)構(gòu)高寬比約為5.46（按最不利等效寬度25.57m計(jì)算），結(jié)構(gòu)高度139.6m大于130m，即超過規(guī)范規(guī)定的鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)的A級高度限值，屬于B級高度高層。

根據(jù)YJK2.0.3模型計(jì)算結(jié)果，結(jié)合建質(zhì)[2015]67號《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》中的條文規(guī)定，結(jié)構(gòu)考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比為1.39＞1.2；L形的平面形狀導(dǎo)致偏心率大于0.15、平面凹凸尺寸大于相應(yīng)邊長的30%；二層拐角處的門廳大堂開洞和電梯井洞太近，導(dǎo)致拐角處樓板有效寬度小于50%；同時(shí)二層的門廳大堂開洞也產(chǎn)生了局部的穿層柱。

綜上所述，本結(jié)構(gòu)存在：1a扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、1b偏心布置、2a凹凸不規(guī)則、3樓板不連續(xù)以及7局部穿層柱的問題，同時(shí)具有I類超限分類表中四項(xiàng)不規(guī)則，屬于B級高度超限高層結(jié)構(gòu)。

4 抗震加強(qiáng)措施

針對本工程的超限情況以及結(jié)構(gòu)布置，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，采取了多項(xiàng)加強(qiáng)措施以提高重要構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)等的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 針對二道防線的措施

本工程剪力墻作為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的第一道防線，第二道防線為鋼筋混凝土柱與外框鋼筋混凝土梁組成的鋼筋混凝土框架，為保證第二道防線的可靠性，采取如下措施：（1）在盡可能控制經(jīng)濟(jì)性能并不影響建筑功能的前提下，采取控制柱軸壓比、增大柱截面與加大外框梁截面的方式以提高外框架的抗側(cè)剛度，增加外框架的剪力分擔(dān)比。（2）通過框架剪力按0.2V0與1.5Vf，max調(diào)整的方式，提高外框柱強(qiáng)度儲備，保證二道防線安全。

4.2 針對剪力墻的加強(qiáng)措施

為增強(qiáng)剪力墻的受力性能，改善剪力墻的延性，采取如下措施：（1）嚴(yán)格控制加強(qiáng)區(qū)墻體在重力荷載代表值下的軸壓比在0.6以下，對樓板洞口周邊的剪力墻適當(dāng)加厚。（2）在較長墻肢中設(shè)置結(jié)構(gòu)洞口，以減小單片墻肢的長度和剛度。（3）底部加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)，提高角部墻體的約束邊緣構(gòu)件配筋率，提高加強(qiáng)區(qū)墻體的承載力和延性。（4）嚴(yán)格控制剪力墻截面的剪應(yīng)力水平，適當(dāng)提高底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻水平鋼筋的配筋率，以提高剪力墻的抗剪承載力。（5）底部樓板洞口周邊剪力墻加強(qiáng)平面外墻肢約束，以提高其墻體穩(wěn)定能力。（6）在不影響建筑功能的情況下，剪力墻設(shè)置邊框柱，并安規(guī)范要求設(shè)置暗梁。

4.3 針對外框柱的加強(qiáng)措施

（1）在盡可能控制經(jīng)濟(jì)性能并不影響建筑功能的前提下，適當(dāng)加大柱的截面，特別是樓板開洞周邊的框架柱，嚴(yán)格控制抗剪截面控制條件。（2）嚴(yán)格控制柱在地震作用下的軸壓比，同時(shí)控制框架柱截面的剪應(yīng)力水平。（3）底部加強(qiáng)區(qū)的框架柱適當(dāng)提高縱向鋼筋的截面面積（不小于柱截面面積的1.0%），增加框架柱剛度。（4）越層柱全部采用加芯柱的鋼筋混凝土柱，適當(dāng)提高芯柱的配筋率，并嚴(yán)格控制其重力荷載代表值下的軸壓比，適當(dāng)提高越層柱箍筋的配筋率，對箍筋全高加密處理。

4.4 針對樓板的加強(qiáng)措施

（1）適當(dāng)增加中庭大堂洞口周邊相關(guān)區(qū)域及相鄰層樓板厚度和配筋率，并采用雙層雙向配筋加強(qiáng)、增設(shè)放射筋及角筋等加強(qiáng)措施。（2）對電梯井前室、拐角部位樓板適當(dāng)加厚，并采用現(xiàn)澆混凝土和雙層雙向配筋加強(qiáng)。（3）地下室頂板作為嵌固端，板厚不小于180mm，配筋雙層雙向且配筋率不小于0.25%。（4）中間拐角部位樓板厚度和配筋適當(dāng)加強(qiáng)，特別是在L形平面內(nèi)凹角部位增設(shè)結(jié)構(gòu)板，并加強(qiáng)構(gòu)造處理。

4.5 針對框架梁的加強(qiáng)措施

（1）二層中庭洞口外邊框梁在大震下可能存在全截面受拉，故采取增大截面尺寸、梁全長通長配筋、箍筋全長加密的措施。（2）標(biāo)準(zhǔn)層外框梁受扭嚴(yán)重，采取箍筋全長加密和設(shè)置抗扭腰筋的措施增強(qiáng)其抗扭能力。（3）屋頂構(gòu)架層高度較高，且無樓板拉結(jié)，鞭梢效應(yīng)較大，采用增強(qiáng)框架配筋率、鋼筋采用機(jī)械連接的措施。

4.6 針對偏心布置的加強(qiáng)措施

主樓平面不規(guī)則，中部剪力墻主要集中在樓梯與電梯間一側(cè)，層偏心率大于0.15，采取如下加強(qiáng)措施：（1）計(jì)算計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響，嚴(yán)格控制在規(guī)定的水平力及偶然偏心作用下樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）的最大值與其平均值的比值大于1.5。（2）適當(dāng)增加外框梁剛度和少墻側(cè)框架柱截面及配筋。

5 結(jié)論

從上述對本工程的超限判定和抗震加強(qiáng)措施中，我們不難發(fā)現(xiàn)一些共性的問題和解決方法：（1）對總高較高（如B級高度）的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強(qiáng)區(qū)豎向構(gòu)件的承載力及延性至關(guān)重要，一般都需要嚴(yán)控軸壓比、適當(dāng)加大配筋等方式來加強(qiáng)處理；同時(shí)還要通過長墻開洞及加大柱剛度等方式來合理調(diào)節(jié)墻與柱的剪力分擔(dān)，確保第一道防線的同時(shí)加強(qiáng)第二道防線。（2）對平面呈L形的異形結(jié)構(gòu)，往往都存在偏心布置及凹凸不規(guī)則的問題，計(jì)算過程中周期及位移等指標(biāo)也較難算過，此時(shí)可在L形兩端設(shè)剪力墻、加強(qiáng)拐角處樓板以及適當(dāng)提高外框架剛度。（3）對于樓板不連續(xù)及樓板開大洞的位置，則可通過加強(qiáng)洞口周邊所有構(gòu)件剛度、加大相鄰樓層相同位置的板厚及配筋等方式來處理。