探究超高層建筑幕墻地震作用設計取值

王葉飛

摘要：隨著經濟的發展，我國建筑業也隨之發展起來，建筑用地也越來越少，因此，高層建筑越來越成為建筑的主要方向，超高層建筑是高層建筑中的特殊形式，根據我國的幕墻工程技術規范的規定，對于幕墻的地震作用的設計取值與國外的標準是不同的。因此，有些不足，影響了幕墻的抗震效果，本文主要論述高層建筑幕墻地震作用的設計取值，使其取值更科學合理，從而提高超高層建筑幕墻抗震能力。

關鍵詞：超高層建筑；幕墻；地震作用；設計

中圖分類號：TS958文獻標識碼： A

現階段，根據我國《玻璃幕墻工程技術規范》的規定，當幕墻構件承載力達到極限時，在設計過程中，關于地震設計，其效應組合首位主導可變荷載為風荷載，而地震只是作為次要荷載，而地震作用的組合值系數為0.5。但是這一系數卻與我國的國家標準、行業標準和國外標準都有不同程度的區別。對于超高層建筑而言，其較一般的建筑有不同的特點，因此，對于幕墻的抗震作用，其取值忽略了其鞭梢效應的作用，使其取值并不科學。

一、幕墻地震作用設計的效應組合公式

因為我國不同規范中的幕墻的地震作用設計的取值區別性，因此，參考各個規范中合理的部分，進行分析，提出最合理的取值方式。

首先，我國現在主要運用的幕墻規范中規定，對于幕墻最大承載力達到極限，其地震設計的效應組合公式為S= 。其中S為設計取值；SGK是永久荷載值；SWK是風荷載值；SEK是地震作用值；γG是永久荷載分項系數；γW是風荷載分項系數；γE是地震租用分項系數；Ψw是風荷載的組合值系數；ΨE是地震作用的組合系數。

其次，根據國家標準和行業標準的相關規定，荷載和地震作用的效應組合公式為。SGE是重力荷載值；SEhk是水平地震作用值；SEvk是豎向地震作用值；γEh是水平地震作用分項系數；γEv是豎向地震作用的分項系數。

最后，根據國外的標準中要求，其效應組合公式為。其中，SEd是地震作用設計值；Qk，i是第i可變作用值；Ψ2，i是第i可變作用的組合值系數。

因為地震發生的偶然性，其概率也是很低的，因此，如果產生地震作用，把它作為首要可變荷載作用是最科學的。而且，地震作用通過震動波的方式起作用，停留時間就有十幾秒，建筑結構受到地震作用的影響也會小于一秒。所以，地震作用達到極限值，產生風荷載的概率不高，因此，在幕墻地震作用設計時，風荷載可以可以忽略不計或取0.2的組合系數值。因此，比較合理的效應組合公式為：。

二、超高層建筑幕墻地震作用設計取值

（一）我國現階段實施的規范中的動力放大系數取值

根據我國現階段的幕墻規范，與幕墻平面垂直的水平地震作用的運算公式為；。其中，qEk是水平地震作用值，βE是動力放大系數，其科學取值為5.0；αmax是地震影響最大系數；Gk是重力荷載值；A是幕墻面積；γ是非結構構件作用系數，其科學取值應為1.4；η是非結構構件分類系數，其科學取值應為0.9；ξ1是構件狀態系數，其科學取值為2.0；ξ2是構件位置系數，其中底部取值為1.0，頂部取值為2.0，而中間部分為2.0。地震作用最大系數與非結構水平地震作用的運算公式是相統一的，因此，動力放大系數的取值應為5.0。

（二）非結構構件位置系數的取值計算

非結構構件位置系數是在建筑物上部中，處于不同位置對于其底部來說，加速度的擴大狀況，也就是加速度的放大值。根據其規范，其應取值為2，這只是相對于一般的建筑物而言，而對于超高層建筑，會受到鞭梢效應作用，位置系數會變大，因此，要做適當的調整。其調整方法是振動臺測試或時程分析法。根據中國建筑科學研究院的振動測試，對其建筑頂部的加速度擴大狀況進行了測試，得出放大系數，從中可以分析出相對高度和放大系數之間的關系，首先，超高層建筑的中下部的放大系數改變的情況不是很大，即使達到最大，也在2到2.5之間。在進行幕墻地震作用取值時，高度和總高度的比值是0.8的位置，加速度放大系數的值應為2.5。其次，對于超高層建筑的上部，放大系數變化會很大，鞭梢效應作用效果明顯，其系數一般為4到8之間，有時甚至會達到12。當高度和總高度的比值是0.9的位置，彈性時程法是其計算的方法，如果沒有結果，那么可以取值為8，而且要隨著結構的變化而相應增大。高度和總高度在0.8和0.9之間時，要取插值。

（三）狀態系數的計算方法

依據抗震設計規范，要根據建筑物非結構和建筑物結構自振的周期來確實狀態系數。如果非結構不計算周期，就會有兩種情況產生，其一是建筑整體剛度比較大，而結構自振周期就會小于0.06秒，這是狀態系數合理取值為1。其二是除了第一種情況其取值都為2。而針對超高層建筑的結構來說，自振的周期會比較長，會在3秒和9秒之間，但是一般幕墻結構面板自振周期是在0.04秒和0.1秒中間，而對于幕墻的橫梁和柱子，其自振周期一般為最小0.01，最大為0.3。因此其動態系數一般取值為1.1。

（四）動力放大系數的計算方法

幕墻地震作用設計，構件類型系數要保持的數值為0.9，幕墻功能系數要保持的數值為1.4，狀態系數的數值要為1.1，其動力放大系數的取值為：當高度和總高度比值在0.8以下時，其動力放大系數應為3.5；當比值在0.8到0.9時，動力放大系數取插值；當比值為0.9時，動力放大系數為11。特別注意的是，如果超高層建筑結構上部有所削弱，那么就要就要利用振動臺測試，適當地增大系數值。

三、幕墻抗震與非抗震的取值比較

幕墻非抗震的取值，因為有風荷載在發揮作用，因此，取值公式為；而幕墻抗震的取值公式為：。當抗震值大于非抗震值時，。因為超高層建筑周圍的建筑比較密集，其地震作用設計取值要根據該區域的風壓和高度來計算，用1.12wk來表示?？拐鹪O防烈度和玻璃幕墻板厚度不同時，高度與總高度比值在0.9以上的位置，面板和橫梁地震作用用1.3qEk來表示。通過比較分析，當抗震設防烈度為7度時，在進行設計面板承載力時，1.3qEk最大值都要比1.12wk最小值都要小。當設防烈度為8度時，在進行設計面板承載力時，抗震效果幾乎沒有作用，要根據非抗震設計取值，而在設計幕墻支承結構時，一般情況下，抗震設計組合也不會起到關鍵作用，而也有起到作用的時候，那就需要較大的地震作用、較小的風壓作用、較厚的面板。

結語：

由于幕墻規范中針對超高層建筑沒有單獨的說明，因此有很多不適合超高層建筑抗震計算，根據國家、行業和國外標準，對幕墻地震規范中的幕墻地震作用設計取值的不合理部分進行合理調整，因為超高層建筑與一般建筑物不一樣的特點，運用地震振動臺測試，進行位置系數、動態系數和動力放大系數的計算，得出科學合理的取值，保證超高層建筑的抗震作用，保證建筑的質量，促進我國建筑抵抗地震的損害和人們的安全。

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