探究超高层建筑幕墙地震作用设计取值

王叶飞

摘要：随着经济的发展，我国建筑业也随之发展起来，建筑用地也越来越少，因此，高层建筑越来越成为建筑的主要方向，超高层建筑是高层建筑中的特殊形式，根据我国的幕墙工程技术规范的规定，对于幕墙的地震作用的设计取值与国外的标准是不同的。因此，有些不足，影响了幕墙的抗震效果，本文主要论述高层建筑幕墙地震作用的设计取值，使其取值更科学合理，从而提高超高层建筑幕墙抗震能力。

关键词：超高层建筑；幕墙；地震作用；设计

中图分类号：TS958文献标识码： A

现阶段，根据我国《玻璃幕墙工程技术规范》的规定，当幕墙构件承载力达到极限时，在设计过程中，关于地震设计，其效应组合首位主导可变荷载为风荷载，而地震只是作为次要荷载，而地震作用的组合值系数为0.5。但是这一系数却与我国的国家标准、行业标准和国外标准都有不同程度的区别。对于超高层建筑而言，其较一般的建筑有不同的特点，因此，对于幕墙的抗震作用，其取值忽略了其鞭梢效应的作用，使其取值并不科学。

一、幕墙地震作用设计的效应组合公式

因为我国不同规范中的幕墙的地震作用设计的取值区别性，因此，参考各个规范中合理的部分，进行分析，提出最合理的取值方式。

首先，我国现在主要运用的幕墙规范中规定，对于幕墙最大承载力达到极限，其地震设计的效应组合公式为S= 。其中S为设计取值；SGK是永久荷载值；SWK是风荷载值；SEK是地震作用值；γG是永久荷载分项系数；γW是风荷载分项系数；γE是地震租用分项系数；Ψw是风荷载的组合值系数；ΨE是地震作用的组合系数。

其次，根据国家标准和行业标准的相关规定，荷载和地震作用的效应组合公式为。SGE是重力荷载值；SEhk是水平地震作用值；SEvk是竖向地震作用值；γEh是水平地震作用分项系数；γEv是竖向地震作用的分项系数。

最后，根据国外的标准中要求，其效应组合公式为。其中，SEd是地震作用设计值；Qk，i是第i可变作用值；Ψ2，i是第i可变作用的组合值系数。

因为地震发生的偶然性，其概率也是很低的，因此，如果产生地震作用，把它作为首要可变荷载作用是最科学的。而且，地震作用通过震动波的方式起作用，停留时间就有十几秒，建筑结构受到地震作用的影响也会小于一秒。所以，地震作用达到极限值，产生风荷载的概率不高，因此，在幕墙地震作用设计时，风荷载可以可以忽略不计或取0.2的组合系数值。因此，比较合理的效应组合公式为：。

二、超高层建筑幕墙地震作用设计取值

（一）我国现阶段实施的规范中的动力放大系数取值

根据我国现阶段的幕墙规范，与幕墙平面垂直的水平地震作用的运算公式为；。其中，qEk是水平地震作用值，βE是动力放大系数，其科学取值为5.0；αmax是地震影响最大系数；Gk是重力荷载值；A是幕墙面积；γ是非结构构件作用系数，其科学取值应为1.4；η是非结构构件分类系数，其科学取值应为0.9；ξ1是构件状态系数，其科学取值为2.0；ξ2是构件位置系数，其中底部取值为1.0，顶部取值为2.0，而中间部分为2.0。地震作用最大系数与非结构水平地震作用的运算公式是相统一的，因此，动力放大系数的取值应为5.0。

（二）非结构构件位置系数的取值计算

非结构构件位置系数是在建筑物上部中，处于不同位置对于其底部来说，加速度的扩大状况，也就是加速度的放大值。根据其规范，其应取值为2，这只是相对于一般的建筑物而言，而对于超高层建筑，会受到鞭梢效应作用，位置系数会变大，因此，要做适当的调整。其调整方法是振动台测试或时程分析法。根据中国建筑科学研究院的振动测试，对其建筑顶部的加速度扩大状况进行了测试，得出放大系数，从中可以分析出相对高度和放大系数之间的关系，首先，超高层建筑的中下部的放大系数改变的情况不是很大，即使达到最大，也在2到2.5之间。在进行幕墙地震作用取值时，高度和总高度的比值是0.8的位置，加速度放大系数的值应为2.5。其次，对于超高层建筑的上部，放大系数变化会很大，鞭梢效应作用效果明显，其系数一般为4到8之间，有时甚至会达到12。当高度和总高度的比值是0.9的位置，弹性时程法是其计算的方法，如果没有结果，那么可以取值为8，而且要随着结构的变化而相应增大。高度和总高度在0.8和0.9之间时，要取插值。

（三）状态系数的计算方法

依据抗震设计规范，要根据建筑物非结构和建筑物结构自振的周期来确实状态系数。如果非结构不计算周期，就会有两种情况产生，其一是建筑整体刚度比较大，而结构自振周期就会小于0.06秒，这是状态系数合理取值为1。其二是除了第一种情况其取值都为2。而针对超高层建筑的结构来说，自振的周期会比较长，会在3秒和9秒之间，但是一般幕墙结构面板自振周期是在0.04秒和0.1秒中间，而对于幕墙的横梁和柱子，其自振周期一般为最小0.01，最大为0.3。因此其动态系数一般取值为1.1。

（四）动力放大系数的计算方法

幕墙地震作用设计，构件类型系数要保持的数值为0.9，幕墙功能系数要保持的数值为1.4，状态系数的数值要为1.1，其动力放大系数的取值为：当高度和总高度比值在0.8以下时，其动力放大系数应为3.5；当比值在0.8到0.9时，动力放大系数取插值；当比值为0.9时，动力放大系数为11。特别注意的是，如果超高层建筑结构上部有所削弱，那么就要就要利用振动台测试，适当地增大系数值。

三、幕墙抗震与非抗震的取值比较

幕墙非抗震的取值，因为有风荷载在发挥作用，因此，取值公式为；而幕墙抗震的取值公式为：。当抗震值大于非抗震值时，。因为超高层建筑周围的建筑比较密集，其地震作用设计取值要根据该区域的风压和高度来计算，用1.12wk来表示。抗震设防烈度和玻璃幕墙板厚度不同时，高度与总高度比值在0.9以上的位置，面板和横梁地震作用用1.3qEk来表示。通过比较分析，当抗震设防烈度为7度时，在进行设计面板承载力时，1.3qEk最大值都要比1.12wk最小值都要小。当设防烈度为8度时，在进行设计面板承载力时，抗震效果几乎没有作用，要根据非抗震设计取值，而在设计幕墙支承结构时，一般情况下，抗震设计组合也不会起到关键作用，而也有起到作用的时候，那就需要较大的地震作用、较小的风压作用、较厚的面板。

结语：

由于幕墙规范中针对超高层建筑没有单独的说明，因此有很多不适合超高层建筑抗震计算，根据国家、行业和国外标准，对幕墙地震规范中的幕墙地震作用设计取值的不合理部分进行合理调整，因为超高层建筑与一般建筑物不一样的特点，运用地震振动台测试，进行位置系数、动态系数和动力放大系数的计算，得出科学合理的取值，保证超高层建筑的抗震作用，保证建筑的质量，促进我国建筑抵抗地震的损害和人们的安全。

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