超限高層建筑工程抗震設(shè)計中的若干問題

1、超限高層建筑工程抗震設(shè)計中的若干問題李自哲天津方標(biāo)世紀(jì)規(guī)劃建筑設(shè)計有限公司 天津300220摘要：當(dāng)今世界由于人口、資源的壓力，人們拓寬生存空間的思維逐漸從簡 單低層地面發(fā)展到超限高層，對于?；钤诖蟪鞘械娜硕?，高樓聳起，就明白超 限高層建筑工程開發(fā)的重要性。隨著人類對大城市住房需求不斷增加，未來的建 筑世界必定是一個“天空的世界”。超限高層建筑的施工不同于傳統(tǒng)的地上工程， 相比一般的地上工程其面臨的情況更為復(fù)雜，對于安全性而言，抗震是最需要考 慮的，還需要綜合考慮成木、地質(zhì)條件、方案選擇與評價標(biāo)準(zhǔn)等多個因素，地質(zhì) 條件的考慮尤為重要。因此超限高層建筑工程抗震設(shè)計的制定必須經(jīng)過一個嚴(yán)格 而復(fù)雜

2、的程序。木文分析了超限高層建筑工程抗震設(shè)計中的若干問題，并針對某 樓進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，供設(shè)計人員參考。關(guān)鍵詞：超限高層；建筑工程；抗震設(shè)計；超限高層建筑工程是指超出國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結(jié) 構(gòu)類型的高層建筑工程，體型特別不規(guī)則的高層建筑工程，以及有關(guān)政府管理機(jī) 構(gòu)文件中規(guī)定應(yīng)進(jìn)行抗震專項審查的高層建筑工程。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層 建筑的數(shù)量越來越多，各種體型復(fù)雜的不規(guī)則高層結(jié)構(gòu)時有出現(xiàn)。一、超限高層建筑工程抗震設(shè)計中的一些問題對于超限高層建筑的設(shè)計施工，會受到諸多因素的影響，而這都會對建筑物 的整體安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)牛影響。就抗震設(shè)計而言，在設(shè)計中會存在一些問題, 這主要體現(xiàn)

3、在一下幾個方面：1.資料的不足使得設(shè)計存在一定的缺陷。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中經(jīng)歷著經(jīng)濟(jì) 體制的轉(zhuǎn)變，而這反應(yīng)在房地產(chǎn)領(lǐng)域則會使得建筑施工等會有急功近利等現(xiàn)象存 在。在建筑中會有過于強(qiáng)調(diào)施工的工期而忽視設(shè)計和質(zhì)量等問題，會在沒有充分 完整的建筑物周邊資料的情況下進(jìn)行設(shè)計，或者在設(shè)計尚未完成或者優(yōu)化的情況 下變開工建設(shè)。這種情況下的施工，沒有關(guān)于建筑物施工地點地質(zhì)條件及相鄰建 筑物等的資料和數(shù)據(jù)支持的情況下進(jìn)行盲目的設(shè)計和施工，從而使得工程的安全 性降低，也便無法保證超限高層建筑物抗震性能的要求。2.超限高層建筑物的設(shè)計中其結(jié)構(gòu)的平面布置會對其抗震設(shè)計產(chǎn)生影響。對 于一些超限高層建筑物會存在形狀上的

4、不規(guī)則，而這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計會對施工帶來 一定的難度，平面上的不均衡多、長度長于設(shè)計等現(xiàn)象多有發(fā)生，而這些問題的 存在對于建筑物整體的安全帶來了較大的隱患。這體現(xiàn)在抗震的設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的 不規(guī)則使其抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工無法找到均衡點，對于一些薄弱環(huán)節(jié)考慮不足, 從而對整體的安全性產(chǎn)生影響。3受力體系影響著建筑物整體的設(shè)計。在超限高層建筑物設(shè)計方案中，由于 其負(fù)重結(jié)構(gòu)的不同會存在不同的受力體系，建筑物設(shè)計中充分考慮該種負(fù)重結(jié)構(gòu) 和受力體系吋，便會產(chǎn)生受力體系建設(shè)與抗震性能的矛盾。該種受力結(jié)構(gòu)的復(fù)雜 化會使得建筑物的抗震性能相對降低，從而影響整體的穩(wěn)定性和安全性。二、加強(qiáng)超限高層建筑工程抗震設(shè)計的對策針

5、對上述超限高層建筑工程抗震設(shè)計中存在的一些問題，我們可以釆取相應(yīng) 的措施來實現(xiàn)抗震設(shè)計的安全性，從而保證建筑物的整體安全。1保證超限高層建筑物設(shè)計前期工作的有效完成。該種前期工作包括建筑物 地質(zhì)條件、周圍環(huán)境等相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的搜集、整理和分析。當(dāng)我們對所有的影 響建筑物整體抗震性能和安全性因素充分合理分析的基礎(chǔ)上再進(jìn)行設(shè)計時，便能 夠有效的避免資料和數(shù)據(jù)缺陷所帶來的設(shè)計和施工中的一些誤差，從而保證建筑 物的安全。2注重設(shè)計方案的選擇和優(yōu)化。超限高層建筑工程因其自身特點其設(shè)計和施 工相對復(fù)雜、要求也相對較高，在這種情況下，我們進(jìn)行抗震設(shè)計吋便要充分考 慮多種影響因素不斷的優(yōu)化設(shè)計方案。在抗震設(shè)計

6、方案形成過程中，通過比較分 析，確定相關(guān)的抗震指數(shù)和具體施工方式，并且針對不同的情況制定多種設(shè)計方 案，并且通過方案見的比較選擇最優(yōu)方案。這種設(shè)計中的比較能夠使我們在設(shè)計 階段發(fā)現(xiàn)一些安全隱患和問題，保證工程的安全性。3優(yōu)化建筑物的結(jié)構(gòu)及受力體系建設(shè)。超限高層建筑工程在滿足一定外觀要 求的同時也應(yīng)該考慮其結(jié)構(gòu)和安全的因素，在抗震設(shè)計中，綜合分析該種結(jié)構(gòu)下 的受力體系，通過力學(xué)分析尋得一個平衡的，并在此基礎(chǔ)上科學(xué)設(shè)計抗震防線及 其合理布局，使其能夠滿足建筑工程抗震要求，保證其整體的安全性。三、實例分析1 工程概況。本工程商務(wù)辦公樓，地上42層，地下4層。其中負(fù)4層為平 戰(zhàn)結(jié)合的六級人防工程；負(fù)1

7、-3層為停車場及設(shè)備房；1-5層為裙樓作商業(yè)用途； 6層為架空層；78層及10-24層為辦公樓；26層以上均為客房。建筑高度為 (165.34+0.3)=165.64m,屬b級高度的高層建筑，采用框架筒體結(jié)構(gòu)，樓面為鋼 筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。2本工程高寬比取首層計h=165.64/ b=43.2,h b=3.83；取6層計算,h二 165.64, b二30.8, h b二5.38；核心筒高寬比 h=165.64? b=12.35? l=15.89, h b=13.4,h l=10.4o本工程為一-類高層建筑，耐火等級為一級，按七度抗震設(shè)計。3 超限處理措施(1) 本工程屬b級高度

8、的高層建筑，采用以下構(gòu)造加強(qiáng)措施：第一，增大 底部加強(qiáng)部位的剪力墻厚度；第二，連梁采用交叉暗撐的配筋形式；第三，底部 加強(qiáng)部位采用型鋼混凝土柱并加大其配箍特征值；第四，通過構(gòu)造措施加強(qiáng)節(jié)點 和加強(qiáng)錨固；第五，嚴(yán)格控制框支柱的軸壓比。(2) 在結(jié)構(gòu)平面和豎向布置方面，盡量減少扭轉(zhuǎn)的影響，并使側(cè)向剛度盡可 能逐漸均勻變化。通過反復(fù)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置進(jìn)行調(diào)整和計算，使其在考慮偶然偏 心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不大于該樓層 平均值的1.4倍，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第1自振周期tt與平動為主的第1自振周期 t1之比不大于0.85；轉(zhuǎn)換層側(cè)向剛度不小于相鄰上部樓層剛度的70%,其受剪 承

9、載力大于上層受剪承載力的80%o(3) 針對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)采取了以下措施：第一，增大落地剪力墻的厚度； 第二，調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使轉(zhuǎn)換層上、下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比符合規(guī)范要求；第三， 加強(qiáng)型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁的配筋及相應(yīng)節(jié)點；第四，加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層相高剪力墻的配筋, 底部加強(qiáng)部位取0.5%；第五，嚴(yán)格控制框支柱的軸壓比，采用型鋼混凝土柱并 加大柱的配箍特征值，為平緩過渡，將型鋼柱由轉(zhuǎn)換層向上延伸2層。(4) 針對34層、41層立面內(nèi)收采取了如下措施:由于34層的柱內(nèi)收過 大及41層的立面內(nèi)收柱轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)整體計算表明，相應(yīng)位置的樓層反應(yīng)曲線出 現(xiàn)拐點，因此在變化樓層及上下樓層擬適當(dāng)加人樓板厚度，采用雙層雙向配筋

10、和 適當(dāng)提高上下層柱的配箍率，以確保結(jié)構(gòu)的安全性，降低高振型對上部結(jié)構(gòu)的影 響。(5) 計算時考慮了重力二階效應(yīng)，底部加強(qiáng)部位配筋計算吋考慮雙向地震 的影響，該部位的柱考慮雙偏壓計算配筋。4 專項審查意見及相應(yīng)修改(1) 由于微風(fēng)化基巖埋藏較深，可考慮將部分樁持力層設(shè)于中風(fēng)化層，并適 當(dāng)提高樁端持力層承載力特征值的取值，裙樓部分可考慮采用天然地基上的淺 基礎(chǔ)。修改內(nèi)容：提高樁端持力層承載力特征值的取值，按位置鉆孔取值。(2) 34層柱退縮處應(yīng)設(shè)框梁以平衡柱底的彎矩。修改內(nèi)容：設(shè)框架扁梁平 衡柱底的彎矩。(3) 建議首層車道處換梁做成連續(xù)梁。修改內(nèi)容：首層車道處的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) 改為斜柱轉(zhuǎn)換。超限高層建筑設(shè)計要有可行性論證，明確超限的類型和程度，提出理論分析 或試驗研究等技術(shù)依據(jù)，采取有效的抗震設(shè)計措施。超限高層建筑的抗震審查是 十分必要的，不僅可以確定工程的抗震薄弱部位和程度，還可以