我国超高层建筑结构抗震等级的思考

我国超高层建筑结构抗震等级的思考

作为城市的主要建筑，尤其是高层建筑，其抗疲劳设计的重要性尤为突出。本文就超限高层建筑工程抗震设防、建筑结构抗震等级的一般规定等做一些初步探讨。一、加强社会各单位的执行力度,强化抗震设计改革开放以来,我国建筑业发展势头迅猛,许多设计新颖、造型奇特的超限高层建筑拔地而起,其中很多出自国外设计师之手,但许多境外建筑师忽视了抗震设计,有些建筑方案超过了现行设计规范。当前,我国建筑高度越来越高,许多超限高层建筑建在地震烈度六度以上的地区,建筑体型也日趋复杂,超过了现行设计规范的要求。针对超限高层建筑抗震安全问题必须引起建筑师们的高度重视,及时采取有效措施,防患于未然。建设部于1998年成立了全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会,先后做了大量工作,使我国的超限高层抗震设防工作有了长足的发展,取得了明显成效。2004年,超限高层建筑工程抗震设防审批被列入国家行政许可范围,进一步规范了超限高层抗震设防审查工作;全国专家委员会受各地建设主管部门的委托,平均每年审查十几至几十项工程项目,同时还参与各省、市、自治区的专项审查工作,全国大多数省市都能够很好地开展超限审查工作,已审查了近千栋高度100m以上的超限高层建筑工程。为了更好的开展超限建筑的设计和建造,强化抗震设计,就要改变传统的结构体系,采用轻质、高强、高延性的材料,优化设计方案,采用隔震和消能减震新技术,并在施工建造中采用新工艺、新技术。工程设计规范是科学试验和工程实践的总结,抗震设计规范吸取了大量历史地震震害的经验,但由于规范跟不上试验研究和工程建设实践的快速发展,因此需要不断修订、改进。超限审查已为《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》等规范标准的修订和改进积累了许多经验。但至今仍有很多工程由于业主和设计单位对超限高层抗震设防审查政策不了解,造成漏报漏审。因此要加大政策宣传力度,促进建设、勘察、设计、审图等单位充分了解超限审查在保证结构抗震安全和兼顾经济合理等方面的重要作用。同时,要进一步加强超限审查的监管,把超限高层的抗震设防作为工程质量监督和执法检查的重要内容,加大对违法违规行为的查处力度。要加强对施工图审查机构的监管,只有具备超限高层建筑施工图审查资质的施工图审查机构,才能承接超限高层的施工图审查任务;超限高层建筑工程没有在初步设计阶段进行抗震设防专项审查的,施工图审查机构不得进行施工图审查。二、门与抗震等级的概念震级是表示地震强度所划分的等级,我国地震划分为六级:小地震3级,有感地震3～4.5级,中强地震4.5～6级,强烈地震6～7级,大地震7～8级,大于8级的为巨大地震。地震烈度是国家主管部门根据地理、地质和历史资料,经科学勘查和验证,对我国主要城市和地区进行的抗震设防与地震分组的经验数值,是地域概念。抗震设防类别分为甲、乙、丁类建筑,全国大部分地区的房屋抗震设防烈度一般为8度(抗6级地震)。抗震等级是设计部门依据国家有关规定,按“建筑物重要性分类与设防标准”,根据烈度、结构类型和房屋高度等,而采用不同抗震等级进行的具体设计。以钢筋混凝土框架结构为例,抗震等级划分为四级,以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别。建筑结构根据其使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁类四个抗震设防类别。各抗震设防类别的高层建筑结构,其抗震措施应符合下列要求:1、震区内的震度当本地区的抗震设防烈度为6～8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求;当本地区的设防烈度为9度时,应符合比9度抗震设防更高的要求。当建筑场地为Ⅰ类时,应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施;2、丙类建筑应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为Ⅰ类时,除6度外,应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震措施。3、抗疲劳设计多高层建筑钢筋混凝土结构构件应根据设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和措施要求。4、抗震措施的要求对设计基本地震加速度为0.15G和0.30G的地区,宜分别按抗震设防烈度8度(0.20G)和9度(0.40G)时各类建筑的要求采取抗震措施。5、根据情况采用三级、四级抗震等级当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同,地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级,地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外,不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍;地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部分,其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。9度抗震设计时,地下室结构的抗震等级不应低于二级。6、抗疲劳设计与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级;主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。7、这个家庭很高柱距较大而柱中轴力较大时,宜采用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱,或采用高强度混凝土柱。三、结构内品牌小在高层特别是超高层建筑结构设计中,柱子的截面往往比较大,在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。按抗震设计要求,应当尽量提高短柱的承载力,减小短柱的截面尺寸,采取各种有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。1、弯承载力的要求高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的,柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱,只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求,是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此,使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力,改善对砼的约束作用,能够达到改善短柱抗震性能的目的。2、分体柱的工作性态由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多,在地震作用下往往是因剪坏而失效,其抗弯强度不能完全发挥。因此,可人为地削弱短柱的抗弯强度,使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度,这样,在地震作用下,柱子将首先达到抗弯强度,从而呈现出延性的破坏状态。人为削弱抗弯强度的方法,可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱,分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键,以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般,连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。对分体柱工作性态的理论分析和试验研究表明:采用分体柱的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变,抗弯承载力稍有降低,但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高,其破坏形态由剪切型转化为弯曲型,从而实现了短柱变“长柱”的设想,有效地改善了短柱尤其是剪跨比λ≤1.5的超短柱的抗震性能。分体柱方法已在实际工程中得到应用。3、外包清洗钢骨,提高了钢的延性及能耗钢骨砼柱由钢骨和外包砼组成。钢骨通常采用由钢板焊接拼制或直接轧制而成的工字形、口字形、十字形截面。与钢结构相比,钢骨砼柱的外包砼可以防止钢构件的局部屈曲,提高柱的整体刚度,显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨砼结构,一般可比钢结构节约钢材达50%以上。此外,外包砼增加了结构的耐久性和耐火性。与钢筋砼结构相比,由于配置了钢骨,使柱子的承载力大大提高,从而有效地减小了柱截面尺寸;钢骨翼缘与