论述超高层结构抗震设计的相关问题

论述超高层结构抗震设计的相关问题

黄飞

华蓝设计（集团）有限公司530000

摘要：我国整体的地理环境比较复杂，很多地区都处在地震多发区，近几年的四川地震、台湾地震等灾害都造成了很大的生命财产损失，再加上近年来的超高层建筑工程项目数量也在增多。相关数据调查显示，现阶段我国的规划建设的以及建成的超高层建筑数量已经超过了几百座，高度多数都是300米以上。所以，做好超高层建筑结构的抗震设计就显得异常重要，要求相关建筑人员必须高度重视此项工作，同时改善抗震设计方法，减少地震损失。基于此，本文就从超高层结构抗震设计的相关问题展开分析论述，以供相关人士的参考。

关键词：超高层结构；抗震设计；相关问题

引言：

随着社会经济的不断进步和发展，近年来我国的整体城市化进程也在加快，城市人口的增加及土地资源紧张的现状，使得城市建设中的超高层建筑项目数量越来越多，因超高层建筑本身存在很多的特殊性，比如超高层建筑中的抗震设计问题就是一项很关键的问题。

1、超高层结构进行抗震设计的总体要求

平常所讲的“三水准、两阶段”的抗震设防要求，指的就是建筑设计抗震结构中的总体抗震设防要求。所谓的“三个水准指”的就是：第一水准—“小震不倒”：指的是在遇到小地震之后，就算建筑物受到较小程度的损伤，不需要进行任何的维修，仍然可以正常使用的情况，这种情况就是我们平常所说的“小震不倒”；第二水准—“中震不修”：指的是在该地区遇到的地震与我们该地区规定的抗震等级和防震强度相当时，该建筑受到一定程度的破坏，但是不危机人民的生命、财产安全，建筑设备、生产设备的安全，经过一般的修理或者是不经过任何的修理，仍然可以正常使用的情况，这就是我们平常所说的“中震不修”；第三水准—“大震不倒”：在该地区遇到的地震高于本地区抗震最高等级时，所建造建筑不会因此而倒塌，受到严重损伤，而危及人民财产、生命安全，这就是通常所讲的“大震不倒”的原则。但是针对于超高层的建筑来讲，其基本特点是：工程造价比较高，涉及的人员比较多，建筑的总面积比较大。对于这类建筑而言，在遇到地震之后产生的影响和破坏力是特别大的。所以，在超高结构的设计前期，我们必须根据当地实际的地理环境情况，综合性的考虑设计师、专家和业主的建议，进行该结构的定量、设计，还应该把握好该结构的安全性能和经济型平衡。

相关资料显示，超高结构的受力情况基本上是这样的，该结构边缘竖向的受力构件承担了该建筑的大部分倾覆弯矩力，其承受方式和形式为轴向受力。在使用中，遇到地震强度小于该地区的规定抗震等级和防震强度时，该建筑的边缘受力构件就会处于压弯、变形的状态；遇到的地震强度大于该地区的规定抗震等级和防震强度时，该建筑的边缘受力构件就会处于拉弯的状态，长期处于这种拉弯状态之下，会导致该结构的混凝土刚性及承载能力大大下降，从而导致该建筑整体的稳定性和安全性大大下降，影响正常使用。针对以上的结构来讲，必须对该结构的承重构件进行复核，检验。

2、超高层结构抗震设计中的相关问题

2.1结构体系选择问题

超高层结构抗震设计中首要应该解决的是结构体系的选择问题，在这个问题上重点应该强化结构侧向刚度，主要从以下几方面入手：第一，应该尽量选择结构空间性能比较好的结构体系，以此防止承担倾覆弯矩力的构件处在受拉受弯现状，最好的情况受使其处在轴压状态下。第二，在设置承担倾覆弯矩力的竖向构件时应该注意其设置的位置，尽量将其设置在结构外边缘上。第三，把竖向构件紧紧连接在一起，以此形成共同受力面，以防出现剪力滞后的问题。除此之外，还应该仔细分析并研究个结构体系的最佳应用范围，必要时可综合选择多种类型的结构体系，进而强化结构整体性能。

2.2结构设计中的侧向高度控制问题

在侧向高度控制中应该重点把握以下内容：

2.2.1最小地震剪力系数

相关规范中指出超高层结构的剪重比就是常说的最小地震剪力系数，而且在规范中还给出了明确的最小地震剪力系数的相关要求。结合规范中的相关内容可知，做出最小地震剪力系数要求，主要是因超高层建筑的服务周期一般都比较长，加速度反应谱下降速度比较快，一般由速度及位移控制，考虑到结构的稳定性和安全性，所以就提出了最小地震剪力系数要求。从概念角度看此做法是很合理的，因超高层结构能通过增强设计内力满足其安全需要。①最小地震剪力系数和阻尼之间的关系。按照新的《抗震规范》，设置最小地震剪力系数时不需要考虑阻尼比。在超高层建筑施工阶段，如果结构阻尼低，那结构本身就不能满足对应的最小地震剪力系数要求，后期应该做好消能设计，消能设计能减少结构地震效应，这样最小地震剪力系数就更难达到要求。所以可以说要求最小地震剪力系数就是为控制消能减震技术的使用，保障最小地震剪力系数符合相关设计要求。②最小地震剪力系数和结构高度之间的关系。在超高层建筑结构设计中，对低于四百米的高层建筑，如果使用的是轻质材料或适当提升抗侧刚度，最小地震剪力系数就能满足相关规范要求；但是如果是超过四百米，但是不到五百米的高层建筑，就难以满足要求，除非通过风荷载限制抗侧刚度，否则就必须加强对材料的投入，但是此时的造价水平就会变高；如果高度超过五百米，就应该使用抗侧刚度较强的体系，同时要使用更多的建筑材料。

2.2.2层间位移角的限制问题

在层间位移角的限值控制上，相关规范也给出了明确的要求，层间位移角的限值本质上就是强度和刚度指标。层间位移角的限制问题上要注意以下内容：①保障主体结构处在弹性状况，以此控制水平和竖向结构的开裂情况；②要保证非结构体系的完整性，还要保障电力系统管线及设备的正常运转。另外，超高层建筑能在地震作用下保障稳定性，主要就源于其层间位移角设计要求比较严格。

2.3超限设计问题

超限设计中应该重点掌握设计的方法，常见的主要有以下几种：①使用明确的抗侧力和竖向结构体系，满足多道设防和结构刚度要求；②制定对称设计和性能良好的结构设计方案，以此制约结构规则性和楼层突变情况，防止扭转太大，适当减少薄弱层；③提升抗震设计标准，严格按照设计要求进行；④掌握设计要求及结构性能目标，使用弹性分析法，确定薄弱环节；⑤协调处理多道防线间刚度比例，保障各体系作用；⑥局部加强，对薄弱部分使用高性能材料，提升其承载力。

结束语：

总之，超高层结构的抗震设计质量直接关系着人们的生命财产安全，一定程度上还影响着社会整体的的和谐稳定性，所以要求相关人员必须高度重视超高层结构的抗震设计的相关内容。本文首先阐述了超高层结构抗震设计的总体要求，然后对超高层结构抗震设计中的相关问题进行了总结和分析，希望以此能为类似设计人员提供一些的参考依据，进而推动超高层建筑行业的高效健康发展。

参考文献

[1]赵楠.基于菱形平面的超高层结构抗震设计[J].工程抗震与改造加固，2013.

[2]赵楠.超高层结构抗震设计中若干问题的探讨[J].工程抗震与加固改造，2014.

[3]宋国用，邵昆.超高层结构抗震设计中若干问题的探析[J].城市建设理论研究，2015.