关于建筑结构工程的超限设计可能性

  摘 要：随着社会不断进步，经济日益发展，我国建筑事业已步入到崭新的阶段。随着城市化进程日益加快，建筑物如雨后春笋般不断涌现，特别是高层建筑。为了最大限度地获取土地经济效益，建筑物能够充分利用已有的空间，建筑结构超限设计已成为一种普遍现象。但需要充分考虑主客观因素，使其能够满足相关要求，具有一定的可行性，能够更好地呈现建筑工程自身的功能，确保建筑整体质量。

  关键词：建筑结构工程；超限设计；可行性；分析

 

  随着经济日益发展，人们的生活水平不断提高，对建筑物已提出了新的更高要求。同时，在发展经济的过程中，生态环境严重被破坏，自然灾害频繁发生，特别是地震，需要不断优化设计建筑工程结构，提高建筑物的整体质量，更具其稳定性。同时，随着建筑不断增多，为了更好地利用建筑空间，提高土地资源的经济价值，很多建筑抗震结构都进行了超限设计，尤其是高层建筑、超高层建筑。为确保建筑抗震结构整体质量，能够抵抗地震灾害，需要全方位分析对应的超限设计，看其是否具有可行性。

  1 工程概况、基础设计

  南京某建筑项目包含了两个地块，大都是住宅，局部地区沿街设有商业、配套公建等。就该建筑项目结构来说，采用的是全现浇钢筋混凝土剪力墙，其抗震设防属于标准设防类型，设防烈度为 VI 度，建筑物地面粗度为 C 类。以《工程地质勘察规范》为例，从工程场地实际情况出发，进行全方位分析，该该地区工程地质条件比较复杂，属于中级，为二级场地，地基等级也为二级，岩土工程勘察为甲级。从地质勘察结果来看，该工程项目的结构基础核心持力层是其风化基岩层。该建筑的地基基础设计为甲级，在车库地下室周围都采用的是钢筋混凝土挡墙。

  2 结构设计

  就该建筑结构设计来说，需要从这几个方面入手。第一、建筑结构布置。该建筑的主体结构都采用的是剪力墙结构，具有较好的抗震性能。由于四角凸出部分都比较薄弱，建筑结构便设计在两边凸出的边缘地带，设置了较长的剪力墙，能够在一定程度上增强建筑结构的抗扭刚度。在考虑各方面因素，进行必要计算之后，发现在适当加长四角凸出部剪力墙长度之后，建筑结构扭转位移比明显减少，具有一定的稳定性。第二、性能化设计目标。就建筑结构抗震性能目标而言，需要客观、合理地考虑各方面因素，比如，工程项目建设的场地条件，工程项目结构的功能。在此基础上，需要全方位考虑重要的经济因素，充分利用概念设计中的相关基本理念进行设定，比如，“强剪弱弯”、“强柱弱梁”。第三、建筑结构超限设计思路。在设计过程中，需要对建筑细致结构进行对比分析，明确建筑结构存在的薄弱环节，甚至是薄弱的程度。在此基础上，制定可行的方案，采取有效的具有针对性的措施，进一步强化建筑对应位置具有的抗震性能，使建筑整体结构的抗震性能能够满足相关要求。比如，在超限设计过程中，以PKPM、MIOAS 软件为基点，客观地分析建筑结构的静力弹性，通过计算建筑结构相关方面，来分析其结果是否具有其有效性，比如，建筑基底的最大剪力。在此基础上，以计算结果为媒介，全方位分析建筑结构凸出位置楼板在地震作用下的具体应力分布情况，分析在侧向作用下建筑层间位移曲线分布情况，看其建筑结构凸出部位是否会对建筑整体结构产生不利影响，存在安全隐患。比如，以 EPDA 软件为媒介，分析建筑结构的中震、大震弹塑性，全面分析在对应设防烈度地震作用下，建筑结构被破坏的程度，在大震极限下，建筑结构是否会出

现毁灭性的坍塌。

  3 计算分析结论

  通过对建筑结构相关方面进行一系列计算，能够得出相关的结论。一是：建筑结构能力、需求曲线、抗坍塌验算。从中可以知道建筑结构的性能点需求层间的位移数值远远小于对应的限值，在地震作用下，该建筑结构具有很好的抗侧能力、抗坍塌性能，为实现预测的性能目标提供了有力的支撑力量。二是：位移荷载曲线。在进行相关计算后，发现随着建筑结构逐渐进入屈服状态，具有非常明显的延性特点。从而可以知道，在地震作用下，建筑结构具有一定的耗能性能。三是：建筑结构塑性状态分析。在承载作用力较小的时候，建筑连梁出现了铰耗能。但在荷载不断增加的情况下，建筑结构顶部、底部都将会成为对应的塑性区域。为此，需要把它作为关键设防区域，保证建筑结构较好的延性。

  4 超限设计对策

  在分析建筑结构超限设计的基础上，需要采取有效的措施进一步优化完善，不断提高建筑结构的整体性能，更好地发挥自身的作用。首先，以建筑结构凹凸不规则、扭转不规则为基点，客观、合理地分析建筑的整体结构，并计算建筑结构的双向地震作用、偶然偏心单向地震作用[2]。其次，需要严格控制建筑的框支柱、落地剪力墙之间的轴压比，确保框架支柱、落地剪力墙都具有一定的承载力，较好的延性。最后，需要控制好转换层上、下楼层对应的等效刚度比。需要满足上部结构位移客观要求的基础上，对上部结构的墙体进行减薄、开洞操作，可以在一定程度上削弱上部楼层的刚度，还要 适当增加建筑底部落地剪力墙自身的厚度，满足对应刚度比的客观要求。 
  5 结束语

  总而言之，在建筑结构设计中，对其超限设计进行全方位分析，看其是否具有其可行性是非常必要的。就该建筑项目而言，具有很好的抗震性能，对应的超限设计方案是可行的，不会影响建筑结构的整体性能。但在进行超限设计的基础上，还需要从不同角度出发，采取必要的抗震措施进一步优化完善，使建筑工程项目具有更好的经济效益、社会效益。

 

参考文献：

[1] 赵静 . 建筑结构工程超限设计可行性分析[J]. 广东科技 ,2013,06:175-176.

[2] 杨刚 . 超限高层建筑工程抗震结构设计可行性研究 [J]. 广东科技 ,2013,06:177-178.

邵政杰      中煤国际科工集团南京设计研究院有限公司