超高层结构抗震设计中若干问题的总结

黄毅

奥肯（厦门）工程咨询有限公司（361000）

超高层结构抗震设计中若干问题的总结

黄毅

奥肯（厦门）工程咨询有限公司（361000）

结合工程实例，基于性能目标进行抗震设计的基本思路，对超高层结构抗震设计中的若干关键问题进行分析，希望能够从中总结出超高层建筑结构抗震设计中的一些注意事项以及具体方法。

超高层结构；抗震性能目标；剪力墙受拉

近年来，厦门市遭受的地震余波发生频率不断增加，超高层建筑整体刚度大,高度高,对建筑结构的稳定性与耐久性需要更严格的要求。抗震设计作为保证超高层建筑结构在地震作用力下稳定可靠的重要工作内容之一,早已引起各方人员的高度重视。

1 工程概况

项目位于厦门市莲前东路龙山西南麓，北面为自然山体。5#楼处于本项目的最北侧，属于一类高层住宅。5#楼建筑面积为30 348.24 m2，建筑结构高度为127.8 m。地下有4层地下室，层高为4 m。地上1层为架空层，层高为4.8 m。2～42层为住宅，层高为3 m。主楼采用全部落地剪力墙结构。建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。

2 结构设计条件

该建筑为B级高度，风荷载W0=0.8 kN/m2(50年)，地面粗糙度B类，抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.15 g，地震分组为第二组，特征周期为0.40 s，剪力墙抗震等级为一级。结构平面布置见图1。

图1 结构平面布置图

3 超高层建筑抗震性能设计目标

近年来，超高层建筑工程抗震设防专项审查，提出了抗震性能目标问题。我们通常所说的“小震不坏，中震可修，大震不倒”，实际上这也是抗震设计性能目标。仅适用于普通的高层建筑。而对超高层建筑提出的抗震性能目标则是：中震不屈服，中震弹性和大震不坏。

该建筑超出A级高度上限7.8 m，落地剪力墙的底部加强区是重要的受力构件，故工程的抗震性能目标确定为“小震全楼弹性、中震底部加强区抗剪弹性、中震底部加强区抗弯不屈服”。

在设防地震的计算模型中，在超高层建筑的底部加强区，不仅水平地震影响系数最大值应采用相应设防烈度的中震值，部分次要构件在中震下进入塑性,结构阻尼比可适当提高。

在中震弹性或中震不屈服的抗震验算中，对于出现偏心受拉或截面边缘压应力接近混凝土抗压强度的钢筋混凝土构件，按抗震等级为特一级的要求采用抗震构造措施。

4 剪力墙的受拉情况

高层建筑在水平作用较明显的区域（高风压区、地震高烈度区），在某些工况下剪力墙会出现受拉状况。当剪力墙受拉出现裂缝时，剪力墙的抗剪能力被严重削弱，抗侧刚度也严重退化。此时该墙肢已无法承担水平剪力，剪力将全部转移至其他墙肢从而导致其他墙肢抗剪承载力不足。因此，判断剪力墙墙肢受拉，分析受拉工况下剪力墙的状态及其危害大小、剪力墙出现受拉状态后的处理办法就变的极为重要。

瞬时最大风压按100年一遇的基本风压的1.5倍取值。通过计算发现，中震作用下的墙体受力明显大于瞬时风压作用下的墙体受力。在X向地震和Y向地震作用下，建筑在正角度及180°情况下的四种计算结果可以看，分别是墙体出现受拉在平面及竖向的分布情况。

图2 剪力墙受拉示意图

第一，剪力墙受拉是由于水平作用导致结构变形引起的，因此，剪力墙受拉区域多出现在结构四周外围。图2云线中的墙体为本工程在中震作用下受拉的墙肢。当外围剪力墙在某一工况下处于受拉状态，若此墙为一字墙，则结构布置不合理，应进行调整。若为双肢墙，则应按《高层建筑混凝土结构技术规程》7.2.4条规定：“当任一墙肢为偏心受拉时，另一墙肢的弯矩设计值及剪力设计值应乘以增大系数1．25。”

第二，当剪力墙拉应力过大，大于该墙肢混凝土抗拉强度值时，认为剪力墙出现裂缝，该墙肢无法承担水平剪力,其在水平荷载作用下退出工作。本工程剪力墙在底层受拉最大，二层以上的受拉明显减小，四层墙肢就没有出现受拉现象，且受拉的墙肢拉应力均小于混凝土轴心抗拉强度标准值。根据《超高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的要求，对出现受拉的墙体在底部加强区范围内采用特一级构造。本工程墙肢受拉情况见下图3：

图3 墙肢受拉示意图

5 结语

建筑抗震性能化设计是结构抗震设计方法的发展趋势。采用性能化设计方法使结构抗震设计从宏观定性的目标转化为具体的多重目标，从而提高设计的可靠性。剪力墙受拉也仅仅是超高层建筑工程抗震专项审查的一部分。