超高層結構抗震設計中若干問題的總結

黃毅

奧肯（廈門）工程咨詢有限公司（361000）

超高層結構抗震設計中若干問題的總結

黃毅

奧肯（廈門）工程咨詢有限公司（361000）

結合工程實例，基于性能目標進行抗震設計的基本思路，對超高層結構抗震設計中的若干關鍵問題進行分析，希望能夠從中總結出超高層建筑結構抗震設計中的一些注意事項以及具體方法。

超高層結構；抗震性能目標；剪力墻受拉

近年來，廈門市遭受的地震余波發生頻率不斷增加，超高層建筑整體剛度大,高度高,對建筑結構的穩定性與耐久性需要更嚴格的要求。抗震設計作為保證超高層建筑結構在地震作用力下穩定可靠的重要工作內容之一,早已引起各方人員的高度重視。

1 工程概況

項目位于廈門市蓮前東路龍山西南麓，北面為自然山體。5#樓處于本項目的最北側，屬于一類高層住宅。5#樓建筑面積為30 348.24 m2，建筑結構高度為127.8 m。地下有4層地下室，層高為4 m。地上1層為架空層，層高為4.8 m。2～42層為住宅，層高為3 m。主樓采用全部落地剪力墻結構。建筑結構安全等級為二級，設計使用年限為50年。

2 結構設計條件

該建筑為B級高度，風荷載W0=0.8 kN/m2(50年)，地面粗糙度B類，抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度為0.15 g，地震分組為第二組，特征周期為0.40 s，剪力墻抗震等級為一級。結構平面布置見圖1。

圖1 結構平面布置圖

3 超高層建筑抗震性能設計目標

近年來，超高層建筑工程抗震設防專項審查，提出了抗震性能目標問題。我們通常所說的“小震不壞，中震可修，大震不倒”，實際上這也是抗震設計性能目標。僅適用于普通的高層建筑。而對超高層建筑提出的抗震性能目標則是：中震不屈服，中震彈性和大震不壞。

該建筑超出A級高度上限7.8 m，落地剪力墻的底部加強區是重要的受力構件，故工程的抗震性能目標確定為“小震全樓彈性、中震底部加強區抗剪彈性、中震底部加強區抗彎不屈服”。

在設防地震的計算模型中，在超高層建筑的底部加強區，不僅水平地震影響系數最大值應采用相應設防烈度的中震值，部分次要構件在中震下進入塑性,結構阻尼比可適當提高。

在中震彈性或中震不屈服的抗震驗算中，對于出現偏心受拉或截面邊緣壓應力接近混凝土抗壓強度的鋼筋混凝土構件，按抗震等級為特一級的要求采用抗震構造措施。

4 剪力墻的受拉情況

高層建筑在水平作用較明顯的區域（高風壓區、地震高烈度區），在某些工況下剪力墻會出現受拉狀況。當剪力墻受拉出現裂縫時，剪力墻的抗剪能力被嚴重削弱，抗側剛度也嚴重退化。此時該墻肢已無法承擔水平剪力，剪力將全部轉移至其他墻肢從而導致其他墻肢抗剪承載力不足。因此，判斷剪力墻墻肢受拉，分析受拉工況下剪力墻的狀態及其危害大小、剪力墻出現受拉狀態后的處理辦法就變的極為重要。

瞬時最大風壓按100年一遇的基本風壓的1.5倍取值。通過計算發現，中震作用下的墻體受力明顯大于瞬時風壓作用下的墻體受力。在X向地震和Y向地震作用下，建筑在正角度及180°情況下的四種計算結果可以看，分別是墻體出現受拉在平面及豎向的分布情況。

圖2 剪力墻受拉示意圖

第一，剪力墻受拉是由于水平作用導致結構變形引起的，因此，剪力墻受拉區域多出現在結構四周外圍。圖2云線中的墻體為本工程在中震作用下受拉的墻肢。當外圍剪力墻在某一工況下處于受拉狀態，若此墻為一字墻，則結構布置不合理，應進行調整。若為雙肢墻，則應按《高層建筑混凝土結構技術規程》7.2.4條規定：“當任一墻肢為偏心受拉時，另一墻肢的彎矩設計值及剪力設計值應乘以增大系數1．25。”

第二，當剪力墻拉應力過大，大于該墻肢混凝土抗拉強度值時，認為剪力墻出現裂縫，該墻肢無法承擔水平剪力,其在水平荷載作用下退出工作。本工程剪力墻在底層受拉最大，二層以上的受拉明顯減小，四層墻肢就沒有出現受拉現象，且受拉的墻肢拉應力均小于混凝土軸心抗拉強度標準值。根據《超高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的要求，對出現受拉的墻體在底部加強區范圍內采用特一級構造。本工程墻肢受拉情況見下圖3：

圖3 墻肢受拉示意圖

5 結語

建筑抗震性能化設計是結構抗震設計方法的發展趨勢。采用性能化設計方法使結構抗震設計從宏觀定性的目標轉化為具體的多重目標，從而提高設計的可靠性。剪力墻受拉也僅僅是超高層建筑工程抗震專項審查的一部分。