高层建筑结构中抗震优化设计

傅爱华　孙旺

摘要：如何实现高层建筑的良好抗震性能是一项至关重要的问题。本文对如何实现城市高层建筑的最优抗震结构设计提出了自己的建议，并且以上海金融中心为例进行分析。

关键词：抗震优化；高层建筑结构设计

中图分类号：TU352.1 1 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2017）06—0085—02

引言

在高层建筑的施工过程中，如何实现其良好的抗震性能是一项至关重要的部分，同时也是每一位结构工程师所关注的问题。地震的产生会对人民的生命财产安全产生巨大的威胁，因此，实现高层建筑的抗震结构优化设计具有十分重要的意义。

1如何进行最优的城市高层结构的抗震设计

1.1合理选择结构体系。抗震结构体系通常都是由若干个延性比较好的分体系共同组成的，并且使每一个延性比较好的构件连接在一起进行协同工作。比如框架一剪力墙结构，就是由多肢或者双肢剪力墙体系、剪力墙以及延性框架组成。

1.2减小在地震过程中能量的输入并且装置消除能量的减震构件。在发生强烈的地震之后，一般都会伴随有多次的余震发生。如果只设置一道防线，那么在受到第一次的破坏之后，如果再遭受到余震的破坏，那么就会因为损伤的积累而发生倒塌。在抗震结构体系的建设过程中，应该设置最大可能数量的外部和内部的冗余度，并且专门建立屈服区。确保主要耗能部件的刚度以及延性能够满足抗震的需要，使其能够将地震所产生的能量耗散并且吸收掉，使得结构的抗震能力得到提升，防止在发生大地震时发生倒塌现象。

1.3对地震的扭转效应进行控制，限制层间位移。要使得建筑的刚度以及质量的变化尽量做到均匀。如果建筑的质量以及刚度分布的不对称，那么就极易在发生水平地震时产生扭转震动。因此，在设计的时候应该严格的控制其质量以及剛度的分布，实施必要的构造措施。

2实例剖析

地处浦东陆家嘴的上海环球金融中心，建筑为地下3层，地上101层，其主楼的建筑面积是252935平方米，裙房的面积是33370平方米，地下室的面积是63751平方米；是一座集多种功能于一身，智能先进的摩天大厦。建成后的高度为492米，对其的设计建造属于一个复杂的系统工程，特别是在结构设计方面。通过有效的结构体系的设计以及对模型设计的完善，增加了结构的抗震能力。

2.1庞大的基础。上海金融中心以桩筏为基础形式，在塔楼基础中使用了4.5米厚的底板，对将近240根桩的桩顶施加临时的钢柱。在对地下室进行逆作法施工的过程中会用到这些钢柱，在这些钢柱中有一些被包上混凝土作为永久柱。使用厚度在1米左右的地下连续墙作为地下室的外墙。原有设计的桩基施工在1997年到1998年之间已经完成了，新设计的大楼单位总质量跟原方案相似。因此，新大楼可以在现有的桩基上进行建设，因为现有桩基的制约，因此就需要在新的结构方案中使用由翼墙、交叉剪力墙以及周边剪力墙组成的传力体系，达到将由核心筒剪力墙所承受的荷载向主楼的四角传递的目的。

2.2巨型结构体系。巨型结构体系是由处于建筑物的各个角落中的巨型柱以及对巨型柱进行连接的巨型支撑所构成。其对于建筑物的重力荷载具有十分重要的承担作用。巨型柱属于钢骨混凝土的组合结构，在钢骨的截面处会使用焊接组合截面或者是热轧型钢。在建筑物的每一个角落中都会有巨型柱分布，他们能够对地震所产生的侧向荷载起到抵抗的作用。在巨型柱中埋置的钢结构，能够对巨型支撑所传来的荷载起到很好的承受作用，之后再将这些荷载向巨型柱中的钢筋混凝土部位扩散。这些巨型柱也能够承受带状桁架所传递过来的反力。同时，巨型柱还能够承担至少十层的带状桁架、组合楼面及钢结构的自重荷载。钢管混凝土是巨型斜撑的主要结构，由两块水平的连接腹板以及两块大型的竖向的翼缘板来组成箱形截面。在节点处的所有的设计荷载都将由翼缘板来承受，所以可以将所有需要连接到斜撑的构件连接到翼缘板上，这样连接节点的设计得到了简化。与此同时，箱形钢管混凝土增加了结构的阻尼以及刚度，因此减少了浇筑时模板的使用，并且对于薄钢板的弯曲也能够进行有效的预防。巨型斜撑不但能够抵御侧向的荷载，还能够承受由周围的柱子所传递过来的重力荷载。

2.3优化的抗震设计。在对环球中心进行结构设计的过程中，以中国规范以及部分的美国规范作为依据，以钢筋混凝土混合结构作为其结构主体，主要具有如下特点：使用三重结构体系来对抗水平荷载，该三重结构体系为带状桁架、巨型斜撑以及巨型柱组成的三维框架结构、伸臂钢桁架和核心筒结构。沿着结构高度的方向，核心筒不连续，并且在77到78层以及56到68层进行了核心筒的二次转换，在连接部位具有非常复杂的构造。在沿着结构高度的方向上设置的三道伸臂桁架都没有在核心筒当中贯通。在1到5层沿着建筑的四周设置了周边剪力墙，在第6层将周边剪力墙改为巨型柱。在结构高度上每12层就会设置一道一层高的带状桁架。在三维巨型框架当中，使用了单向斜撑。

根据我国的有关规定，当建筑物的总高度大于钢筋混凝土的简体结构的最大高度160米以及其最大的190米的限值的时候，这个结构在遇到7度中震地震的时候基本不会改变其结构的自振频率，基本上处于弹性阶段。当遇到8度大震的时候，就会发生局部的混凝土压碎或者是开裂的现象，但基本上还能够维持结构不倒塌。通过综合的研究表明，该结构能够满足大震不倒、中震可修、小震不坏的抗震需求。所以，上海的环球金融中心具有很强的抵抗地震的能力。

3总结

改变传统的设计理念，实现以变形和材料为主的设计思想转变。通过长期的不断的总结经验，不断完善对于高层建筑的抗震能力的提升。

本文由： 现代物业杂志社编辑部整理发布，如需转载，请注明来源。

现代物业杂志社

2019-12-24