超限高层建筑结构基于性能抗震设计的探讨

袁浩

摘要 ：近几年，随着我国经济社会的快速发展以及科技水平的不断提高，城市化进程不断加快，超限高层建筑也以极快的速度增加着。我国是一个幅员辽阔的大国，地质条件复杂多样，自然灾害频仍，特别是近几年，像汶川地震、雅安地震等特大地震屡屡发生，因此建筑的抗震性能成为人们关注的热点，由此超限高层建筑的抗震性能设计方法成为焦点，本文欲从超限高层建筑的发展、目标、判断标准等方面对超限高层建筑结构基于性能抗震设计进行探讨。

关键词 ：超限高层建筑 性能抗震设计

一、 我国超限高层建筑发展概况以及我国地震灾害现状

高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。由于生产力水平的限制，我国高层建筑的起步远远低于欧洲大陆国家，直到20世纪六七十年代才，高层建筑才逐渐出现在人们的视野当中。改革开放以来，我国国民经济持续快速发展，我国的高层建筑也得到了迅速发展，我国内地成为高层建筑发展的中心之一。上海及长三角地区、广州、深圳以及珠三角地区、京津地以及以重庆为代表的中西部地区都建造了大量的高层建筑。我国高层建筑的数量及建筑高度均在世界前列。

据报告显示，截至2009年初我国共有高层建筑近10万幢，其中100米以上的超高层建筑1154幢，而各地为争当“第一高楼”仍然暗战不休，这个数字还在不断被刷新。

我国是世界上陆地面积第三大的国家，地质条件复杂多样，自然灾害种类多样，反生频繁。中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。地震及其他自然灾害的严重性构成中国的基本国情之一。

中国的陆地地震占全球陆地地震的三分之一，而造成地震死亡的人数达到全球的1/2以上。当然这也有特殊原因，一是中国的人口密、人口多；中国的经济落后，房屋不坚固，容易倒塌，容易坏；第三与中国的地震活动强烈且频繁有密切关系。

由此，世界各国，特别是我国对超高层建筑的抗震设计进行研究，美国在经历过1989年和1994爆发的两次大地震之后逐渐建立了基于性能抗震设计的综合设计体系。我国也在基于性能抗震设计上进行了大量的研究并于2000年颁布了《建筑抗震设计规范》，对基于性能抗震设计的目标进行了统一的规范和指导，同年颁布的《高层建筑混凝土结构技术规程》则将基于性能的抗震设计思想同高层建筑相挂钩，要求在对高层建筑进行设计的同时可以将该思想融入其中进行指导和借鉴，由此可见基于性能抗震设计在我国的建筑界中处于一个十分重要的位置。

二、超限高层建筑基于性能抗震设计相关分析

（一）对超限的判别

10层以上的建筑被称为高层建筑。其中包括超限高层建筑。对高层建筑是否超限的判别是通过将其有关高度同相关规范规定的限额相比较来进行，这主要包括高宽比的超限、平面规则超限以及竖向规则超限三个方面。

（二）超限高层建筑基于性能抗震设计的思想内容

在当前的社会环境下，世界各国都将“小震不坏、中震可修、大震不倒”的思想作为其建筑抗震的标准，同时经过时间和实践的证明，该思想对地震灾害在处理结构上是目前人们能够想到的最为合理的方法。但是，该思想最大的不足之处就在于虽然能使建筑物在大震面前屹立不倒而保证人们的安全但是在地震中很容易导致建筑物结构功能的丧失，从而在另一方面对社会造成损失，而在我国的实践基础上，该思想已经导致了大量了经济损失，其不足之处也得以显现，因此，基于性能的抗震设计越来越重要。基于性能的建筑设计起初就以抗震为基础而贯穿于整个建筑过程的始终，主要对结构体系的布置、设计，施工期间对结构体系的使用、对其质量的把握等方面进行规范从而达到建筑结构体系在地震作用下也能实现其结构功能的目的。

（三）超限高层建筑抗震性能水准

按照当前有关规定，我国的超限高层建筑的抗震性能水准主要包括以下六个方面的标准：1、在地震之后能够保持建筑结构的完整，不需要对其进行修复就能再次使用；2、在地震之后能够保持建筑结构的完整，仅有一些轻微的裂缝，一般情况下不需要对其进行修复就能再次使用；3、在地震之后能够保持建筑重要结构的完整，其他部位虽有裂缝但在对其进行一般修复之后就能再次使用4、在地震之后建筑重要结构有轻微破损，其他非重要结构有中等程度的破损，建筑需要经过一定的修复才能再次使用；5、在地震之后建筑重要结构有中等程度的破损，其他非重要结构有中等程度以上的破损，建筑需要经过一定的修复和加固才能使用；6、在地震之后建筑重要结构有明显中等程度以上的破损，其他非重要结构严重破损，但未发生倒塌情况，建筑危及人们身体健康。

（四）我国超限高层建筑基于性能抗震设计的缺陷

由于历史条件的制约，我国的科学技术水平还未达到一定的水准，超限高层建筑基于性能抗震的设计并不能有效的解决现实中出现的一系列问题；同时伴随着社会的进步，超限高层建筑的设计越来越复杂，在对建筑进行可行性结构评估时，由于评估结果是依据相关试验得到，导致这在实践操作中很难得到有效实施；在当今日新月异的时代，每栋高层建筑都要求有所创新，这使得许多超限高层建筑的抗震性能水平难以得到准确的界定，同时由于超限高层建筑的复杂性，对其抗震性能水平的评估方法Pushover 分析方法在有些情况下也不能满足计算的需要，因此对其进行分析的计算方法也有待提升。综合以上所说，基于性能的抗震设计在超限高层建筑的设计中是最为合理的，但是由于建筑的特殊性和复杂性，具体该如何操作和设计还有待研究。

（五）对我国超限高层建筑基于性能抗震设计的建议

根据前文所述，我国超限高层建筑基于性能抗震设计的不足之处主要集中于对抗震性能水平的评估上，尤其是根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，其中对中震水平没有明确的规定，导致在对结构进行设计时往往不能达到“中震可修”的目的。因此，为了彌补规程中对地震作用水准规定的不足，可以在中震和小震之间再增加一个中小震的指标，将对中震的规定更加细化，并规定相应的性能指标，使得“中震可修”的目标更为具体化。再将前文提到的六大结构性能水准改成建筑物功能完好、轻微破损、较严重破损、严重破损和近乎倒塌的五个性能水准，简化相应的结构性能水准指标，使得建筑设计更加具有目的性和可操作性。

（六）抗震措施探讨

要使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力， 改善对混凝土的约束作用， 能够达到改善短柱抗震性能的目的。采用分体柱方法。提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比， 从而改善整个结构的抗震性能。

结论

对于超限高层建筑而言，基于性能的抗震设计方法是一个合理化的趋势，这种方法使得建筑在性能水准上更为具体，更加具有可操作性，对高层建筑的宽高度、相关规则以及新技术、新方法的使用并没有过多笼统的限制，这也使得超限高层建筑的设计者能够根据高层建筑的具体特点和价值目标来对建筑的整体性能水准、目标进行评估与论证，大大提高了设计的灵活性，近年来我国对超限高层建筑基于性能抗震的设计在实践上也取得了不俗的成果，大大促进了相关科学技术的发展，增强了超限高层建筑的可靠度。虽然基于性能的抗震设计方法还有有很多的问题和缺陷比如地震作用水准的评估以及建筑性能水准的计算等方面没有得到解决，但是随着未来我国社会科技的不断发展进步，研究的不断深入，该设计方法能够得到很好的完善和成熟。

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