超限高層建筑結構基于性能抗震設計的探討

袁浩

摘要 ：近幾年，隨著我國經濟社會的快速發展以及科技水平的不斷提高，城市化進程不斷加快，超限高層建筑也以極快的速度增加著。我國是一個幅員遼闊的大國，地質條件復雜多樣，自然災害頻仍，特別是近幾年，像汶川地震、雅安地震等特大地震屢屢發生，因此建筑的抗震性能成為人們關注的熱點，由此超限高層建筑的抗震性能設計方法成為焦點，本文欲從超限高層建筑的發展、目標、判斷標準等方面對超限高層建筑結構基于性能抗震設計進行探討。

關鍵詞 ：超限高層建筑 性能抗震設計

一、 我國超限高層建筑發展概況以及我國地震災害現狀

高層建筑是社會生產的需要和人類生活需求的產物，是現代工業化、商業化和城市化的必然結果。由于生產力水平的限制，我國高層建筑的起步遠遠低于歐洲大陸國家，直到20世紀六七十年代才，高層建筑才逐漸出現在人們的視野當中。改革開放以來，我國國民經濟持續快速發展，我國的高層建筑也得到了迅速發展，我國內地成為高層建筑發展的中心之一。上海及長三角地區、廣州、深圳以及珠三角地區、京津地以及以重慶為代表的中西部地區都建造了大量的高層建筑。我國高層建筑的數量及建筑高度均在世界前列。

據報告顯示，截至2009年初我國共有高層建筑近10萬幢，其中100米以上的超高層建筑1154幢，而各地為爭當“第一高樓”仍然暗戰不休，這個數字還在不斷被刷新。

我國是世界上陸地面積第三大的國家，地質條件復雜多樣，自然災害種類多樣，反生頻繁。中國地震活動頻度高、強度大、震源淺，分布廣，是一個震災嚴重的國家。1949年以來，100多次破壞性地震襲擊了22個?。ㄗ灾螀^、直轄市），其中涉及東部地區14個省份，造成27萬余人喪生，占全國各類災害死亡人數的54%，地震成災面積達30多萬平方公里，房屋倒塌達700萬間。地震及其他自然災害的嚴重性構成中國的基本國情之一。

中國的陸地地震占全球陸地地震的三分之一，而造成地震死亡的人數達到全球的1/2以上。當然這也有特殊原因，一是中國的人口密、人口多；中國的經濟落后，房屋不堅固，容易倒塌，容易壞；第三與中國的地震活動強烈且頻繁有密切關系。

由此，世界各國，特別是我國對超高層建筑的抗震設計進行研究，美國在經歷過1989年和1994爆發的兩次大地震之后逐漸建立了基于性能抗震設計的綜合設計體系。我國也在基于性能抗震設計上進行了大量的研究并于2000年頒布了《建筑抗震設計規范》，對基于性能抗震設計的目標進行了統一的規范和指導，同年頒布的《高層建筑混凝土結構技術規程》則將基于性能的抗震設計思想同高層建筑相掛鉤，要求在對高層建筑進行設計的同時可以將該思想融入其中進行指導和借鑒，由此可見基于性能抗震設計在我國的建筑界中處于一個十分重要的位置。

二、超限高層建筑基于性能抗震設計相關分析

（一）對超限的判別

10層以上的建筑被稱為高層建筑。其中包括超限高層建筑。對高層建筑是否超限的判別是通過將其有關高度同相關規范規定的限額相比較來進行，這主要包括高寬比的超限、平面規則超限以及豎向規則超限三個方面。

（二）超限高層建筑基于性能抗震設計的思想內容

在當前的社會環境下，世界各國都將“小震不壞、中震可修、大震不倒”的思想作為其建筑抗震的標準，同時經過時間和實踐的證明，該思想對地震災害在處理結構上是目前人們能夠想到的最為合理的方法。但是，該思想最大的不足之處就在于雖然能使建筑物在大震面前屹立不倒而保證人們的安全但是在地震中很容易導致建筑物結構功能的喪失，從而在另一方面對社會造成損失，而在我國的實踐基礎上，該思想已經導致了大量了經濟損失，其不足之處也得以顯現，因此，基于性能的抗震設計越來越重要?；谛阅艿慕ㄖO計起初就以抗震為基礎而貫穿于整個建筑過程的始終，主要對結構體系的布置、設計，施工期間對結構體系的使用、對其質量的把握等方面進行規范從而達到建筑結構體系在地震作用下也能實現其結構功能的目的。

（三）超限高層建筑抗震性能水準

按照當前有關規定，我國的超限高層建筑的抗震性能水準主要包括以下六個方面的標準：1、在地震之后能夠保持建筑結構的完整，不需要對其進行修復就能再次使用；2、在地震之后能夠保持建筑結構的完整，僅有一些輕微的裂縫，一般情況下不需要對其進行修復就能再次使用；3、在地震之后能夠保持建筑重要結構的完整，其他部位雖有裂縫但在對其進行一般修復之后就能再次使用4、在地震之后建筑重要結構有輕微破損，其他非重要結構有中等程度的破損，建筑需要經過一定的修復才能再次使用；5、在地震之后建筑重要結構有中等程度的破損，其他非重要結構有中等程度以上的破損，建筑需要經過一定的修復和加固才能使用；6、在地震之后建筑重要結構有明顯中等程度以上的破損，其他非重要結構嚴重破損，但未發生倒塌情況，建筑危及人們身體健康。

（四）我國超限高層建筑基于性能抗震設計的缺陷

由于歷史條件的制約，我國的科學技術水平還未達到一定的水準，超限高層建筑基于性能抗震的設計并不能有效的解決現實中出現的一系列問題；同時伴隨著社會的進步，超限高層建筑的設計越來越復雜，在對建筑進行可行性結構評估時，由于評估結果是依據相關試驗得到，導致這在實踐操作中很難得到有效實施；在當今日新月異的時代，每棟高層建筑都要求有所創新，這使得許多超限高層建筑的抗震性能水平難以得到準確的界定，同時由于超限高層建筑的復雜性，對其抗震性能水平的評估方法Pushover 分析方法在有些情況下也不能滿足計算的需要，因此對其進行分析的計算方法也有待提升。綜合以上所說，基于性能的抗震設計在超限高層建筑的設計中是最為合理的，但是由于建筑的特殊性和復雜性，具體該如何操作和設計還有待研究。

（五）對我國超限高層建筑基于性能抗震設計的建議

根據前文所述，我國超限高層建筑基于性能抗震設計的不足之處主要集中于對抗震性能水平的評估上，尤其是根據《高層建筑混凝土結構技術規程》，其中對中震水平沒有明確的規定，導致在對結構進行設計時往往不能達到“中震可修”的目的。因此，為了彌補規程中對地震作用水準規定的不足，可以在中震和小震之間再增加一個中小震的指標，將對中震的規定更加細化，并規定相應的性能指標，使得“中震可修”的目標更為具體化。再將前文提到的六大結構性能水準改成建筑物功能完好、輕微破損、較嚴重破損、嚴重破損和近乎倒塌的五個性能水準，簡化相應的結構性能水準指標，使得建筑設計更加具有目的性和可操作性。

（六）抗震措施探討

要使用復合螺旋箍筋來提高柱子的抗剪承載力， 改善對混凝土的約束作用， 能夠達到改善短柱抗震性能的目的。采用分體柱方法。提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比， 從而改善整個結構的抗震性能。

結論

對于超限高層建筑而言，基于性能的抗震設計方法是一個合理化的趨勢，這種方法使得建筑在性能水準上更為具體，更加具有可操作性，對高層建筑的寬高度、相關規則以及新技術、新方法的使用并沒有過多籠統的限制，這也使得超限高層建筑的設計者能夠根據高層建筑的具體特點和價值目標來對建筑的整體性能水準、目標進行評估與論證，大大提高了設計的靈活性，近年來我國對超限高層建筑基于性能抗震的設計在實踐上也取得了不俗的成果，大大促進了相關科學技術的發展，增強了超限高層建筑的可靠度。雖然基于性能的抗震設計方法還有有很多的問題和缺陷比如地震作用水準的評估以及建筑性能水準的計算等方面沒有得到解決，但是隨著未來我國社會科技的不斷發展進步，研究的不斷深入，該設計方法能夠得到很好的完善和成熟。

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