高层超限建筑结构

高层超限建筑结构（精选九篇）

高层超限建筑结构 篇1

关键词：超限高层,结构设计,劲性框支梁,柱,抗震构造

超限高层建筑工程是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型的高层建筑工程, 体型特别不规则的高层建筑工程以及有关政府管理机构文件中规定应进行抗震专项审查的高层建筑工程。在超限高层建筑设计中, 除应遵守现有技术标准的要求外, 还有结构抗震计算分析和结构抗震构造措施等特殊要求。本文以某超限高层建筑为例, 探索此类结构的设计方法。

1. 工程概况

某工程总建筑面积约2.9万m2, 高度约81m, 是一幢集商、住为一体的综合性高层建筑。为满足建筑立面通透造型的要求, 采用立面大开洞的方式, 为人们活动居住提供良好的景观效果。本工程地下两层为车库和设备用房, 兼作六级人防地下室。地上十五层, 一至四层为商场, 五层以上为住宅。各层层高为:一、二层7m, 三层5m, 四层5.5m, 五至十五层均为5m。为充分利用空间, 各楼层局部均设有夹层, 因此实际结构计算层数为30层。左侧塔楼与右侧塔楼通过抗震缝分为两个部分, 左侧塔楼就成为普通的框架剪力墙结构, 而右侧塔楼由于建筑立面开大洞给结构设计带来了较为复杂的因素, 本文主要介绍右侧塔楼的结构设计。

本工程设计条件:使用年限为50年, 地面粗糙度为C类, 设计基本风压为0.95KN/m2, 抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度为0.15g, Ⅱ类场地, 场地特征周期0.35s。

2. 结构方案选择

本工程要解决的主要结构问题是:

(1) 由于大跨度开口, 跨度达到15.5m, 转换层在五层, 造成结构竖向构件 (框架柱) 不连续, 一至四层楼板不连续, 采用何种转换形式是本工程设计要考虑的首要问题;

(2) 立面收进, 收进比率大于25%, 带来侧向刚度突变;

(3) 由于平面局部设置夹层, 带来每隔一层中部纵向框架梁无法拉通, 对结构的抗侧刚度是否有影响, 在计算分析中要予以考虑;

(4) 剪力墙布置不均匀, 可能造成抗扭刚度较弱, 设计中如何结合建筑功能上的要求, 合理布置剪力墙以及框架梁柱截面的确定显得尤为重要。

针对上述问题以及建筑功能上的要求, 本工程采用框架剪力墙结构体系, 利用两个楼电梯间布置剪力墙核心筒, 并在适当部位布置一定数量的单片剪力墙, 以使结构整体刚度较为均匀。大跨度水平转换构件的形式一般有:钢筋混凝土转换大梁、焊接工字钢梁、钢桁架、钢筋混凝土空腹桁架、箱型钢筋混凝土转换层、型钢混凝土框架梁等。由于转换层以上为单元式住宅, 且每一单元平面内局部都设有夹层, 对结构构件的截面高度都有很严格的限制, 因此在结构布置时的出发点就是要把上部荷载全部传到转换构件上, 且转换构件要有足够的刚度, 避免其产生过大挠度而使上部结构产生附加内力。通过计算分析比较, 结合建筑专业对结构构件造型的要求, 最终选择型钢混凝土框架梁作为水平转换构件, 相应的框支柱采用型钢混凝土柱。

3. 结构抗震计算与分析

3.1 计算模型与分析程序

采用中国建研院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE和特殊多、高层建筑结构分析与设计软件PMSAP对结构整体内力位移进行分析。在建模中劲性梁、柱均直接输入, 以考虑其对整体结构刚度的贡献。局部夹层楼板采用弹性楼板假定。PMSAP程序能够分析由于转换构件的变形对上部结构的影响, 因此, 要重点查看转换构件的挠度变形以及上部框架梁的变形特征和内力情况。

3.2 主要计算结果

(1) 周期与振型

两种程序计算的周期值 (见表1) 。

(2) 层间位移角 (见表2)

(3) 剪重比 (见表3)

恒载产生的总质量 (t) :48496.434

结构的总质量 (t) :52469.688

(4) 楼层刚度比

a、SATWE与PMSAP楼层刚度计算结果均在第六层与第八层X向出现薄弱层, 地震力均进行了1.15的放大。

b、转换层上下刚度比为:

X方向刚度比=0.2959

Y方向刚度比=0.3712

转换层下部刚度比上部刚度大, 对抗震有利。

注:表中X为X向振动;Y为Y向振动;T为扭转振动

注:[]内为楼层号

注:活载产生的总质量 (t) :3973.255

3.3 计算结果分析及处理措施

(1) 第一振型为Y向振型, 第二振型为X向振型, 第三振型为扭转振型, 且T3/T1=0.66<0.9, 立面大开洞没有引起局部构件的振动, 表明结构布置合理, 具有较好的抗扭能力。

(2) 从SATWE与PMSAP两种程序计算比较来看, 周期、层间位移和地震力等指标均较接近, 未发现异常情况, 说明计算结果可靠, 可作为设计依据。

(3) 从PMSAP计算的位移结果看, 最大位移比达到1.63, 且发生在第九层, 经查看计算简图, 最大位移节点在平面角点上, 层间位移角为1/2832, 而在相同楼层SATWE计算结果的层间位移角比则为1.11, 第九层正好为结构转换所在层, 因此设计中应对该层的抗侧力构件进行加强。其他楼层的位移比均满足规范的要求, 从整体结构布置上看是能满足规范要求的。

(4) 经查阅转换构件内力计算结果, 沿转换梁方向框支柱顶出现极大弯矩与剪力, 为提高柱子抗弯能力, 与转换梁相邻跨的框架梁截面及配筋均采取了加强措施, 框支柱、转换梁均采用劲性柱、劲性梁的方式以提高其承载力。为检验洞口两边主体结构是否满足整体刚度的要求, 转换层以下还采用多塔模型进行了分析计算, 经查阅计算结果空间振型图中没有出现转换层以下两塔分别振动的情况, 周期值也体现出整体作用的效果, 表明洞口两边具有足够的抗侧刚度, 同时转换层以上连接构件的刚度、强度均足以使本工程结构为一个整体起到抵抗地震、风荷载的作用。

4. 抗震构造措施

本工程因立面大开洞、平面使用功能的变化等原因形成了洞口两侧结构的体型、平面、层数和刚度相差悬殊, 同时带有高位转换构件, 且立面收进水平尺寸大于相邻下层25%的侧向刚度不规则等, 属于超限高层, 在设计阶段应特别注意几下几点:

(1) 提高结构抗震等级:框支梁、框支柱为特一级, 底部加强部位的剪力墙、框架为一级, 框支框架按中震弹性设计, 并加强与框支柱相连的斜向框架抗震措施。

(2) 剪力墙布置应尽量均匀, 应保证偶然偏心下的扭转位移比不大于1.4。

(3) 应特别加强转换层及以上一层楼层抗震设计与构造措施。

(4) 转换层以下框支柱应满足《高规》的要求, 即每根框支柱所受的剪力不小于基底剪力的3%。

(5) 为解决10层 (计算层9-20) 处纵向高位体型内收所引起的刚度突变的不利影响, 在构造上将Y7轴柱的底部加强区延伸至11层顶。并加强Y7轴柱和屋面连接节点处柱的构造。

5. 转换构件设计

本工程采用梁式转换, 上部框架柱直接落在转换梁上, 由于上部框架的截面尺寸较小, 柱子微小的垂直位移就可能产生较大的附加应力, 因此必须严格控制转换梁的挠度, 同时应提高转换框架的抗震承载力以及抗震等级, 根据抗震专项审查专家意见, 框支柱及转换梁强度设计采用中震下仍保持弹性受力状态, 抗震等级采用特一级, 其截面中均设置劲性钢骨 (如下图) 。

由于转换梁上荷载很大, 中部转换梁上柱底恒载作用下轴力达到了7215KN, 转换梁跨中和支座最大组合弯矩分别达到了48132KN/M和41001KN/M, 梁柱节点的承载力必须加强, 同时加强相邻跨框架梁的刚度和强度从而提高平衡转换梁支座弯矩的能力。

6. 小结

高层超限建筑结构 篇2

关键词超限高层建筑；结构抗震；抗震计算分析；结构设计

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)021-0144-01

1高层结构超限情况的抗震设计

1）高宽比超限程度的控制以及抗震计算分析要求。在近几年的高层结构超限现象调查分析研究发现，目前大多数高层结构的超限现象以高宽比超限居多，这主要原因是由于建设面积局限而建筑高度不断增加所导致的。因此，研究高宽比超限问题是相当重要。

对于计算高层结构的高宽比，高层规范已经明确高宽比计算所选取的高度H一般是从地面算至檐口，但对于宽度的选取规范则没有明确规定，宽度B的选取主要是设计人员根据《高层建筑混凝土结构技术规程》图2.2.3建筑平面中的宽度选取。通过笔者参阅相关文献以及对高层结构设计经验，分析出计算高宽比所选取的宽度B应分为三种情况分析选取：①对于比较规则的高层结构来说，适宜取该建筑的最大宽度Bmax来计算高宽比；②对于建筑平面为圆形的高层结构来说，可以该圆的直径来作为宽度B去计算高宽比；而对于建筑平面为椭圆形的高层结构，适宜选取椭圆的短轴直径作为宽度B去计算高宽比；③对于存在超限的高层结构或者体型复杂结构，则应采用折算宽度去计算高宽比，这时折算宽度的计算是根据结构平面面积与惯性矩相同的原则进行。

对于存在高宽比超限的高层结构进行抗震计算分析时，应采用两个或以上的计算模型进行结构的内力以及变形计算。在抗震计算时，振型数个数的选取相当关键，一般情况下结构层数越多所选取的振型越多，而且所选取的振型数必须确保其振型有效质量要大于90%。另外，对于高宽比超限的高层结构，由于其结构高度较大，而基底的面积较小，在较大水平作用下较容易导致结构出现不稳定性现象，因此必须验算这种高层结构的抗倾覆稳定性，同时还须验算结构的基础底面是否出现受拉。

2）平立面规则性超限程度的控制以及抗震计算分析要求。由于建筑平面的复杂性决定了平立面不规则性高层结构十分常见。在近几年的平立面不规则超限高层结构的调查发现，其平立面不规则性的超限现象主要体现在这几方面：①楼层建筑平面的凹进或突出幅度超限规范允许范围；②建筑竖向立面收进幅度超出规范限值；③某些楼层的楼板存在较大开洞情况；④高层结构带有高位转换层。

对于平立面不规则性条件，高层规范对其相当明确，结构设计人员关键是要对带有不规则性的高层结构，在抗震计算分析时应采取何种合理的措施取进行结构的模拟。笔者对其进行了分析研究。对于楼板开大洞情况来说，由于大洞口对楼板的整体性以及楼板刚度产生有较大的影响，这时采用楼板自身平面无限刚度的假定已经不再适用，这时大洞口所处楼层的楼板存在着明显的弹性变形，因此在结构计算分析时应考虑楼板的弹性变形影响。

同时由于结构的平立面不规则性超限，结构的扭转效应必然是十分明显，笔者认为对于平立面超限的高层结构来说，其扭转效应必须要严格控制，如果结构平立面中只存在一个超限项目，则位移角比值控制在1.4以内，如果存在两项或多于两项超限则位移角比值必须控制在1.3以内。

另外，带高位转换的高层结构已经逐渐增多，但是带有转换层的结构，由于上部竖向受力构件不能向下连续贯通，必然会导致高层结构竖向刚度突变，因此对于带转换层的高层结构来说，其转换层在7度区时适宜为第2层，超过第二层则为超限现象，但转换层位置最高不宜超过第5层。

2工程概况

本超限高层结构地上层数为13层，地下为2层，地下主要用于停车库。所处地区的抗震设防烈度为7度，场地类别为II类。场地土不考虑饱和粉（砂）土液化影响，基础采用采用桩承台加设地梁。嵌固部位设置在地下室顶板，地下室顶板板厚为200m，底板板厚为600mm。平面形状基本为矩形，竖向构件基本连续；在结构第九层位置存在高位转换结构；在第五层楼面开始，有大跨度悬挑结构，悬挑最大跨度为6.9米。本高层结构的超限情况主要是：①大跨度悬挑；②楼板大开洞；③高位大跨度转换。

3超限高层结构设计与分析

1）结构设计要点。对于超限高层结构来说，在进行其结构设计时必须对其采取有效合理的设计方法，这样才能使超限高层结构满足承载力以及使用要求。笔者对这方面进行了研究，研究结果表明：①对于平面不规则、楼板联系过弱的高层结构来说，可以采取变形缝措施来把整体结构分成若干个子结构，然后再分别对子结构进行设计分析的，但对子结构之间的连接是十分重要；②对于扭转效应影响较大的超限高层结构，采取对称布置抗侧力构件措施来减小扭转效应对结构的影响程度；③对于存在大悬挑以及大跨度转换部位构件，采取提高大跨度悬挑和大跨度转换部位构件的混凝土强度等级措施；④减少立面凹凸、收进部位对其相连的两板式楼的影响；⑤对于大悬挑超限结构来说，可通过增加大跨度悬挑梁部位刚度，悬挑梁主筋伸进剪力墙内一跨；⑥楼板应力集中部位，应采用加大楼板厚度，或通过增加板配筋方法加强楼板刚度；⑦对于带转换层的结构来说，应采取加强转换层楼面刚度的措施，例如本超限结构中转换层楼板厚度取为150mm，配置了双层双向钢筋Φ10@150。

2）计算分析要点。对于超限高层结构来说，由于存在超限现象导致其计算模型与其他高层结构计算模型存在区别，必须对其计算模型进行合理修改以符合实际情况，同时其计算分析应更为严格。对于凹凸不规则或者楼板大开洞的超限高层结构，应采取符合楼板平面内实际刚度变化的弹性楼板计算模型来进行结构计算分析。确保结构有效振型数，以及适宜采用两个及以上计算模型进行校核验证。

4计算结果分析

采用结构空间有限元分析软件对本超限高层结构进行计算分析，采取合理的设计方法后，该超限高层结构在风荷载、地震荷载作用下的最大层间位移角均小于1/800，均满足高规要求；而且最大扭转位移比均不大于1.5，均满足高规要求。同时，有关计算结果还表明该高层结构的抗倾覆稳定验算满足要求。另外，结构的X方向和Y方向的刚重比均大于10，说明结构整体稳定性验算满足要求，计算结果X，Y方向刚重比均大于20，由此可知该结构可不考虑重力二阶效应的影响。

5结语

本文结合某超限高层结构实例，深入探讨高层建筑中高宽比以及平立面不规则性等超限情况的设计要点以及抗震分析要求，对该超限高层结构进行计算分析，分析结果表明，本超限高层结构所采取的抗震设计要点对于解决高层结构超限问题相当有效，可为实现高层结构超限提供指导。

参考文献

[1]吕西林,李学平.超限高层建筑工程抗震设计中的若干问题[J].建筑结构学报,2002,23(02):13-18.

[2]徐培福,王亚勇,戴国莹.关于超限高层建筑抗震设防审查的若干讨论[J].土木工程学报,2004,37(01):1-6.

某超限高层建筑的结构分析设计 篇3

本工程位于上海市卢湾区, 地下一层连为一体, 地上以抗震缝 (缝宽200mm) 分为独立的两部分, 左单体地上17层, 局部18层, 右单体地上16层, 局部17层。地下室层高4.35m, 首层及二层层高4m, 三至十七层标准层层高均为3 m。

本工程属于丙类建筑, 设计使用年限为50年, 安全等级二级。基本风压按50年一遇取值ω0=0.55k N/m2, 地面粗糙度为C类。抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度为0.10g, 设计地震分组为第一组, 场地类别为上海IV类场地, 设计特征周期Tg=0.9s, 结构阻尼比取0.05。地下室防水等级为一级, 地基基础安全等级为二级。

本工程属于8 0 m以下的剪力墙结构带2层裙房, 裙房部分是框架结构, 地下一层至地上四层按框架—剪力墙结构确定抗震等级, 框架为三级, 剪力墙为二级, 以上层按剪力墙结构确定抗震等级, 剪力墙为三级。右单体底部住宅门厅入口处框支框架抗震等级取一级。

2 地基基础设计

基础采用桩基筏板形式。本工程东临马当路下的地铁线, 且周边地下管线密集, 周围环境条件复杂, 故选择对周边环境影响较小的钻孔灌注桩。主楼与框架裙房连为一体, 层数相差较大, 故应减小沉降差。主楼平面及竖向均不规则, 对不均匀沉降非常敏感, 且主楼临近地铁线, 故应尽量减小主楼的沉降值, 避免过大的沉降差, 以减小沉降对上部结构的影响。主楼采用直径700mm的钻孔灌注桩, 桩长59米, 以 (7) 2层粉砂夹砂质粉土为桩基持力层, 单桩竖向承载力设计值3300k N, 裙房采用直径6 0 0 m m的钻孔灌注桩, 桩长4 8米, 以 (5) 3层黏质粉土夹粉质黏土为桩基持力层, 单桩竖向承载力设计值1900k N。沉降计算采用同济启明星软件PILE2005, 基础中心沉降计算值为1 8 m m, 最大沉降差为9 m m, 均满足规范及地铁方要求。

3 结构超限情况判别及抗震措施

3.1 上部结构超限情况判别

(1) 扭转不规则:在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 部分楼层竖向构件的最大位移和层间位移大于该楼层平均位移的1.2倍, 小于1.5倍。

(2) 平面凹凸不规则:标准层南侧凹进尺寸大于相应投影方向总尺寸的3 0% (左单体约32%, 右单体约36.9%) 。

(3) 楼板局部不连续:二层中间部位楼板有较大面积开洞, 使有效楼板宽度小于楼板典型宽度的50% (左单体约21%, 右单体约2 4%) , 首层部分楼板开洞。

(4) 竖向不规则:右单体住宅门厅三层以上部分剪力墙的内力通过设置于三层的转换大梁向下传递, 竖向抗侧力构件不连续。

3.2 针对超限情况的概念设计及抗震措施

针对上述超限情况, 采取了下列措施:

(1) 虽然首层楼板存在一定面积的开洞, 但为避免大底盘多塔楼的影响, 仍以首层楼板作为上部结构的嵌固端, 并补充计算了首层楼板作为弹性楼板的应力, 控制多遇地震下主拉应力不大于混凝土的抗拉强度, 基本烈度下 (近似取多遇地震应力的3倍) 板内钢筋不屈服。

(2) 剪力墙布置尽量均匀, 在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 使楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不大于该楼层平均值的1.5倍, 并考虑双向地震的影响。

(3) 洞口及凹口周围楼板定义为弹性板, 计算时考虑其弹性变形影响, 并加大楼板厚度, 加强配筋。

(4) 针对二层平面不规则的情况加大二层洞边楼板厚度为150mm, 并采用双层双向配筋。三层为裙房屋顶, 竖向刚度有变化, 楼板厚度取150mm, 并采用双层双向配筋。

(5) 右单体三层为局部转换层, 转换部位楼板厚度取1 8 0 m m, 双层双向配筋。框支梁、柱抗震等级定义为一级。指定三层为薄弱层, 地震剪力放大1.15倍。

(6) 调整剪力墙长度及厚度, 使结构的侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的7 0%和其上相邻三层侧向刚度平均值的8 0%, 且楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不小于其上一层受剪承载力的8 0%。

(7) 地下室至裙房顶上两层抗震等级取二级, 剪力墙均采用约束边缘构件。

(8) 地下室顶板及裙房屋顶板局部错层交界处剪力墙墙身配筋率取0.5%, 框架梁增强抗扭构造措施。

4 结构整体计算分析

本工程属平面和立面均不规则的超限高层。结构计算采用中国建研院S A T W E和PMSAP进行结构建模分析, 并采用扭转耦联阵形分解反应谱法, 分别考虑偶然偏心和双向地震作用下的扭转影响, 同时考虑局部楼板为弹性板进行计算分析。

4.1 反应谱法主要计算结果

(1) 两个程序对比计算结果, 结构前三个振型动力特性基本吻合, 第一、二振型以平动为主, 第三振型扭转为主, 第三周期与第一周期比左单体S A T W E结果为0.82, PASAP结果为0.83, 右单体两结果均为0.72, 均小于0.85。

(2) 最大层间位移:左单体:S A T W E结果X向为1/1092, Y向为1/1096, PMSAP结果X向为1/1085, Y向为1/1150;右单体:S A T W E结果X向为1/1 1 1 0, Y向为1/1185, PMSAP结果X向为1/1104, Y向为1/1176。两个程序计算的结果基本接近, 均满足规范要求。

(3) 两个程序计算的地震作用力基本相同。

(4) 各楼结构的侧向刚度 (等效剪切刚度) 两程序均不小于相邻上部楼层侧向刚度的7 0%和其上相邻三层侧向刚度平均值的8 0%, 且楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不小于其上一层受剪承载力的80%。

4.2 SATWE时程分析主要计算结果

应用S A T W E程序对本工程进行了动力时程分析, 输入了两组实际地震记录 (TH1TG090、TH2TG090均为特征周期0.9秒, Ⅳ类场地) 和一组人工模拟 (RH1TG090) 的加速度时程曲线。每条时称曲线计算所得的结构底部剪力不小于反应谱法的6 5%, 三条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的8 0%。时程分析计算结果与反应谱法计算结果基本吻合, 符合规范要求。

最终结构效应取S A T W E时程分析、S A T W E阵形分解反应谱法和P M S A P阵形分解反应谱法三者计算结果的较大值。

5 结语

本工程左单体属于平面特别不规则的超限高层建筑, 右单体属于平面特别不规则及竖向不规则的超限高层建筑。在设计中针对结构的超限情况采取了相应的抗震加强措施。对两个单体进行了两个不同力学模型的程序计算对比, 计算结果均满足相关规范要求;进行了弹性时程分析, 时程分析结果该结构体系不存在薄弱层, 动力时程分析反应值的曲线均在C Q C包络线之内, 说明采用反应谱法设计是安全、可靠的。分析结果显示, 结构的各项性能指标均满足规范要求, 可满足抗震设防目标的三水准要求, 为同类超限高层的结构分析设计提供了有力的参考。

参考文献

[1]高层建筑混凝土结构技术规程[S].JGJ3-2002.北京:中国建筑工业出版社.2002年

[2]建筑抗震设计规范[S].GB 50011-2001.北京:中国建筑工业出版社.2001年

高层超限建筑结构 篇4

第一条 为加强超限高层建筑工程抗震设防的管理，提高超限高层建筑工程抗震设计的可靠性安全性，保证超限高层建筑工程抗震设防的质量，根据《中华人民共和国建筑法》及有关法规的规定，制定本规定。

第二条 本规定适用于抗震设防区内的超限高层建筑工程的抗震设防管理。本规定所指超限高层建筑工程是指超出现行有关技术标 准所规定的适用高度、高宽比限值或体型规则性要求的高层建筑工程（以下简称超限高层建筑工程）。

第三条 国务院建设行政主管部门负责全国超限高层建 筑工程抗震设防的综合管理工作。省、自治区、直辖市人民政府建设行政主管部门负责本行政区内超限高层建筑工程抗震设防的管理工作。

第四条 凡在抗震设防区进行超限高层建筑工程的建设时，超限高层建筑工程的建设单位（含中外合资、外商独资等单位）应向工程所在地的省、自治区、直辖市建设行政主管部门专项报审。

第五条 超限高层建筑工程的抗震设防审查实行分级管理。一般超限高层建筑工程由工程所在地的省、自治区、直 辖市建设行政主管部门负责组织抗震设防审查。审查项目应报国务院建设行政主管部门备案。特殊超限高层建筑工程及审查意见难以统一、需提请上 级裁定的超限高层建筑工程，由省、自治区、直辖市建设行政主管部门提出申请，由国务院建设行政主管部门负责组织抗震设防审查。特殊超限高层建筑工程包括：体形特别复杂的建筑，规模巨大的特殊混合结构等。

第六条 省、自治区、直辖市建设行政主管部门对国务院有关主管部门申报立项的超限高层建筑工程进行抗震设防审查时，应邀请国务院有关主管部门参加。

第七条 超限高层建筑工程的抗震设防审查工作应当委托专家委员会进行。专家委员会分为国家和省、自治区、直辖市两级。专家委员会应由国内长期从事并精通高层建筑工程抗震的勘察、设计、科研、科学和管理的专家组成。国家和省、自治区、直辖市两级的超限高层建筑工程抗震设防审查专家分别由国务院建设行政主管部门和省、自治区、直辖市建设行政主管部门聘任；省、自治区、直辖市专家委员会成员名单应报国务院建设行政主管部门备案。

第八条 专家委员会自接到超限高层建筑工程审查申报之日起，应当在十五日内提出书面审查意见，报组织审查的建设行政主管部门。建设行政主管部门应在十五日内进行审定。

第九条 超限高层建筑工程的抗震设防审查，包括初步设计（扩初设计）审查和施工图审查。承担超限

高层建筑工程的设计单位对工程设计质量全面负责，工程项目专业负责人和勘察设计人员对其负责设计的工程项目质量承担直接责任。负责审查的专家委员会对审查的部分承担相应的审查责任。

第十条 超限高层建筑工程的抗震设防审查时需提供的材料、审查的具体要求和不同设计阶段审查的内容。

第十一条 超限高层建筑工程的勘察、设计和施工，应由具备甲级（一级）资质且至少完成过质量良好的五栋８０米以上高层建筑的勘察、设计和施工单位承担。

第十二条 超限高层建筑工程必须按经审定的有关抗震设防要求实行监理，监理庆由具备甲级资质的监理单位承担。

第十三条 超限高层建筑工程经审查符合抗震设防要求，方可向有关部门申请领取建设工程规划许可证和施工许可证。

第十四条 建设单位、勘察设计单位、施工单位应严格按照审定的设计文件进行超限高层建筑工程的抗震设防。

第十五条 超限高层建筑工程的竣工验收应包括抗震设防内容；竣工验收时应有抗震设防管理部门参加。

第十六条 超限高层建筑工程抗震设防审查费用及设计中必要的试验、测试和特别要求的计算分析费用，由建设单位支付。抗震设防审查收费标准由省、自治区、直辖市建设 行政主管部门与物价管理部门商定。

第十七条 建设单位违反本规定，有下列行为之一的，由省、自治区、直辖市人民政府建设行政主管部门或国务院 建设行政主管部门按管理权限责令限期改正，提出警告，并可处以１万元以上５万元以下的罚款。

（一）未按第四条规定申报超限高层建筑工程抗震设防审查的；

（二）未按审定的设计文件进行抗震设防的。

第十八条

勘察设计单位、施工单位和监理单位违反本规定，未按审定的设计文件进行超限高层建筑工程的抗震设 防、设计、施工和监理的，由省、自治区、直辖市建设行政主管部门责令改正，并可处以１万元以上５万元以下的罚款；情节严重，由相应资质管理部门降低其资质等级或吊销资质证书。

第十九条 负责审定的建设行政主管部门的工作人员和负责审查的专家委员会成员审查不严，造成事故的，由建设 行政主管部门对其责任人员给予行政处分；玩忽职守，滥用职权，徇私舞弊，构成犯罪的，依法追究刑事责任。

第二十条 省、自治区、直辖市人民政府建设行政主管部门，可结合本地区的具体情况，制定实施细则，并报国务院建设行政主管部门备案。对非设震设防区超限高层建筑工程的设计审查，可参照本规定执行。

第二十一条 本规定由国务院建设行政主管部门负责解释。

第二十二条 本规定自１９９８年１月１日起施行。对在建和已建成的超限高层建筑工程，建设单位应

按本规定的要求申报补查。对审查发现的抗震安全问题，应责成有关单位采取措施。

附件： 超限高层建筑工程抗震设防审查内容

一、建设单位申报超限高层建筑工程的抗震设防审查时，应提供下列材料：

（一）设计的主要内容、技术依据、可行性论证及主要抗震措施；

（二）建筑工程的地质勘察报告（含场地抗震性能评价报告）；

（三）结构设计计算的主要结果；

（四）结构抗震薄弱部位的分析和相应措施；

（五）初步设计和施工图（建筑和结构部分）文件；

（六）设计时参照使用的国外有关抗震设计标准、工程和震害资料及计算机程序；

（七）对本规定要求进行模型抗震性能试验研究的，应提出抗震试验研究报告。

二、超限高层建筑工程的抗震设防必须符合以下基本要求：

（一）采用钢筋混凝土框架结构和抗震结构，其高度不得超过规范的最大适用高度，采用钢筋混凝土框架－抗震墙 结构和简体结构，９度设防时一般不得超过规范、规程的最大适用高度，８度设防时高度不得超过规范、规程的最大适用高度的百分之二十，６度和７度设防时高度不得超过规范、规程的最大适用高度的百分之三十；

（二）在房屋高度、高宽比和体型规则性至少应有一方面满足规范、规程的有关规定；

（三）应采用比规范、规程规定更严的抗震措施；

（四）计算分析应采用两个及两个以上符合结构实际情况的力学模型，且计算程序应经国务院建设行政主管部门鉴定认可；

（五）对房屋高度超过规范最大适用高度较多、体型特别复杂或结构类型特殊的结构，应进行小比例的整体结构模型、大比例的局部结构模型的抗震性能试验研究和实际结构 的动力特性测试；

（六）特殊超限高层及有明显薄弱的超限高层建筑工程，应进行结构的强塑性时程分析。

青海某超限高层结构设计 篇5

1 结构体系和布置

该工程住宅部分剪力墙结构体系。7 度抗震设防, 主要抗侧力构件截面详见图1。

2 结构超限类别及程度

1) 扭转不规则: 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1. 2; 2) 尺寸突变: 竖向构件收进位置收进大于25% ; 3) 楼板不连续: 2 层开洞宽度大于50% , 如图2 所示。

因此该楼需要进行详细的抗震分析。

3 结构计算分析

针对该结构, 采用建研科技股份有限公司编制的“PKPM结构设计软件和盈建科结构设计软件”对结构整体进行计算分析, 按照小震、中震、大震三阶段计算分析, 对不同构件采取不同的抗震性态目标, 以提高关键部位和薄弱部位的抗震性能。

3. 1 抗震性态设计要求

根据CECS 160: 2004 建筑工程抗震性态设计通则, 本工程最低抗震性态要求如表1 所示。

3. 2 小震作用下计算结果分析

小震作用采用SATWE, YJK两种程序进行计算分析比较, 并且补充弹性动力时程分析, 控制整体结构处于弹性状态。相关指标按照规范要求控制, 结构构件保持弹性状态。小震弹性计算, 考虑抗震等级的内力调整系数, 荷载取设计值, 材料强度取设计值计算。

1) 两种程序计算下的结构周期, 总重量基本接近。表示不同程序计算结果具有相似性, 结构的计算结果比较可靠。

2) 两种程序计算选取的振型数是足够的, 振型的质量参与系数超过90% , 振型数的选取是合适的。

3) 两种程序计算结果均显示结构第一扭转周期和第一平动周期的比值均小于0. 85, 结构的抗扭刚度较好, 结构布置是合适的。

4) 本工程为剪力墙结构, 两种程序计算的位移角结果均满足规范要求, 说明结构的刚度合适, 在小震作用下结构处于弹性状态。

综上所述, 在小震作用下, 结构虽然具有平面扭转不规则, 但是结构总体性态满足要求。总体结构的竖向刚度, 扭转效应, 扭转周期等计算指标能控制在合理范围。

3. 3 小震作用下弹性动力时程分析

根据GB 50011—2010 建筑抗震设计规范要求, 本工程在弹性动力时程分析时选用两组人工地震波, 五组自然波。结构的阻尼比为0. 05, 主分量峰值加速度为35 cm/s2, 次分量峰值加速度为29. 75 cm / s2, 步距0. 02 s, 地震波的持续时间均大于结构基本周期的5 倍。

通过曲线时程分析与振型分解反应谱法的比较, 其结果如下:

1) 七条地震波进行时程分析结果显示, 各条波分别作用下的底部剪力值均大于SATWE振型分解反应谱法的65% 。

2) 七条地震波进行时程分析所得底部平均剪力值大于SATWE振型分解反应谱法的80% 。

3) 通过对七条地震波时程分析所得底部剪力值进行分析, 七条地震波的选择是合适的, 振型分解反应谱法计算的地震作用大于时程分析计算结果, 采用振型分解反应谱法作为结构设计依据是安全可靠的。

4) 通过对楼层位移曲线和层间位移角曲线图形分析, 除顶部因立面收进导致刚度急剧变小, 使得位移变化较大外, 其他楼层位移变化是平缓的, 表明结构竖向刚度是相对均匀的。

5) 时程分析所得结构层间位移角满足规范要求, 表明整体结构的刚度合适。

6) 从计算结果看, 振型分解反应谱法的计算结果曲线基本包络七条地震选波的相应曲线。

7) 分析结果表明, 时程分析的地震波选取合适, 结构在地震作用下的位移满足规范要求, 把振型分解反应谱法的计算结果作为设计依据是可靠和安全的。对于时程分析中的局部超出部分, 应进行局部的验算和加强。

3. 4 中震作用下计算结果分析

中震弹性计算, 地震反应谱按照规范取值, 水平地震影响系数最大值取0. 23。荷载作用分项系数同小震弹性计算。取消组合内力调整。

根据性态化目标设计要求, 本工程需要进行中震弹性和中震不屈服计算, 底部加强区剪力墙实现中震作用下保持弹性, 非底部加强区剪力墙保证中震作用下不屈服。通过计算, 结构层间位移角满足性态设计设定目标, 结构整体刚度满足要求。

中震作用下, 选取结构中底部几层受力较大构件, 其中构件内力标准值见表2。

从表2 来看, 所选典型构件中震作用下剪力和弯矩比小震作用下有一定的增大, 最大达3 倍。这些构件的截面总体上满足设计要求。

3. 5 大震作用下计算结果分析

大震计算, 地震反应谱按照规范取值, 水平地震影响系数最大值取0. 5, 通过计算分析, 这些构件的截面总体上满足设计要求。

4 超限设计的措施及对策

4. 1 超限设计的措施

针对超限高层, 设计中采用性态化设计, 进行小震弹性、中震不屈服、大震不倒三阶段计算分析, 基本满足设计目标。

1) 针对超限高层, 计算中采用SATWE, YJK两种程序进行小震下的振型分解反应谱计算比较, 消除单一程序分析的片面性和局限性。并进行小震下的弹性动力时程分析, 和小震下的振型分解反应谱计算进行比较。

2) 针对超限高层, 进行中震弹性和中震不屈服计算, 确保底部加强区剪力墙中震作用下为弹性状态, 其余各剪力墙在中震作用下为不屈服状态。

3) 针对超限高层, 进行在大震作用下结构计算, 确保大震不倒。

4. 2 超限设计对策

扭转位移比大于1. 2 的节点出现在2 层, 且该层楼板错层1. 5 m, 层高5. 4 m, 因此加强该楼层, - 1 层~ 2 层楼板底部加强区暗柱箍筋加密, 以提高结构的抗扭转形态; 且在结构两端的横向剪力墙 ( Y向) 加大墙体水平筋的配筋率, 不小于0. 3% , 且考虑偶然偏心及双向地震作用包络设计。

对于2 层的楼板不连续, 采取调整楼梯开洞位置, 且开洞周边楼板取不小于150 mm, 配筋双层双向拉通, 配筋率不小于0. 25% 。

对于顶部两层收进大于25% , 采取: 1) 低单元屋面板厚度150 mm, 双层双向配筋, 配筋率不小于0. 25% 。2) 屋面上下层楼板厚度不应小于120 mm。3) 单元分隔墙下2 层上1 层配筋加强, 抗震等级提高一级, 错层处竖向构件应提高抗剪承载力, 剪力墙水平及竖向分布钢筋的配筋率不小于0. 3% , 边缘构件箍筋配筋率特征值增加10% 。

5 结语

本工程为超限高层, 通过对该结构的整体计算分析根据其计算结果采取必要的构造加强措施, 提高结构整体的抗侧力和抗扭转性能。同时通过小震、中震和大震作用下各计算分析的结果看, 本工程结构可以满足既定的抗震性能目标, 结构设计方案切实可行。

摘要：介绍了某超限高层的结构体系和布置方式, 结合其结构超限类别及程度, 计算了该结构在小震、中震、大震三个阶段的整体性能, 并提出了其薄弱部位的加固对策, 提高了结构整体的抗侧力和抗扭转性。

关键词：超限高层结构,抗震性能,楼板,地震波

参考文献

[1]张涛, 高日.带底盘双塔的超限高层建筑结构设计[J].工程抗震, 2002 (2) :37-38.

[2]杨学林.复杂超限高层建筑结构性能化设计研究与应用[J].建筑结构学报, 2010 (S2) :50-51.

[3]徐培福.超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究[J].土木工程学报, 2005 (1) :82-83.

[4]吕西林.超限高层建筑工程抗震设计中的若干问题[J].建筑结构学报, 2002 (2) :57-58.

[5]范伟霞.超限高层结构动力特性及抗震性能分析[J].建筑技术, 2011 (1) :40-42.

[6]胡淑辉, 孙鹏, 刘钢.上海某项目超限高层结构设计[J].建筑结构, 2014 (24) :64-69.

[7]林友湘.超限高层基于性能的抗震设计探究[J].江西建材, 2015 (3) :23-24.

成都某超限高层结构方案对比 篇6

随着社会的发展, 超高层建筑越来越多地应用到现代住宅中, 因建筑功能及立面效果等要求, 出现各类超过规定限值的结构形式, 其中高度超过限定的结构较为普遍。本文以成都某高层酒店为例, 比较了采用三种不同结构形式的超高层的特点。

1 工程概况

工程位于成都市东站西广场的北侧, 西侧紧邻白龙江路。设有一大底盘3 层地下室和地上2 栋塔楼建筑及1 层宴会大厅, 地上2 栋塔楼有1 栋48 层超高层酒店建筑。工程整个场地满铺设置3 层地下室, 地下室东西宽约92 m, 南北长约210 m。地下1 层主要为餐饮和娱乐, 层高为5. 2m, 地下2 层主要为停车场和餐饮, 地下3 层主要为地下停车场和设备用房, 地下2 层和地下3 层层高为3. 5 m, 主要柱网为9. 0 m × 9. 0 m, 地下室底板标高为- 13. 70 m。其中超高层酒店为超B级高层: 超高层酒店建筑主楼高180. 50m ( 相对于室外地坪) , 裙楼顶标高27. 350 m, 属超高层建筑, 平面形状均近似呈Y形, 4 层裙房, 在39 层 ( 144. 3m) 和43 层 ( 157. 9 m ) 分别收进Y形的上部, 在44 层 ( 157. 9 m) 呈椭圆形直至屋顶, 地上建筑面积约为14. 3 万m2。效果图见图1。

根据GB50011 - 2010《建筑抗震设计规范》, 成都地区抗震设防烈度为7 度, 设计基本地震加速度值为0. 10 g, 设计地震分组为第三组, 设计特征周期为0. 45 s。场地的地微动卓越周期T = 0. 398 s。

2 结构超限判断

根据DB51 /T 5058 - 2014《四川省抗震设防超限高层建筑工程界定标准》, 对高层酒店建筑形体及其构件布置的规则性进行初步判断。结构超限情况的判断如表1 所示。可见高层酒店楼属于高度超限高层建筑结构, 该结构设计需进行抗震专项审查。

3 结构方案选择

综合分析建筑空间要求后, 本工程本着结构设计力求受力合理、安全可靠、技术先进、方便施工、使用舒适、经济耐用的原则, 用以下三种结构方案进行了计算分析比较: (1) 方案一, 混凝土框架剪力墙结构; (2) 方案二, 底层及部分标准层型钢柱的混凝土框架剪力墙结构; (3) 方案三, 框架梁为型钢梁, 底层及部分标准层型钢柱的混凝土框架剪力墙结构。经过结构试算, 三种方案柱、墙截面取值如图2 ~ 3 及表2 所示:

4 各方案计算指标及钢材和混凝土用量

经过计算分析, 结构主要计算指标周期、位移如表3所示。

三种方案酒店标准层钢材及混凝土用量如表4 所示。

5 各方案比较分析

经过比较三种方案, 优缺点如下。

方案一: 经济指标较低, 较为经济, 由于本工程底层及部分标准层柱脚内力都偏大, 经过计算在满足承载能力和变形要求条件下, 地下室、底层及部分标准层框架柱截面太大, 内部大跨度部分框架梁截面过大 ( 5 星级筒体部分) , 影响美观, 又占用了较大的使用空间, 不能满足建筑对空间功能的要求, 同时造成很多短柱及极短柱, 既不利于受力, 又将大幅增大配筋, 无法达到预期方案效果, 同时对于这种超高层建筑, 在中震和大震下抗震性能也不及运用型钢混凝土构件后的结构体系。

方案二: 由于本工程底层及部分标准层柱脚内力都偏大, 所以采用了型钢混凝土柱及部分型钢混凝土梁, 大大减小了柱截面 ( 型钢混凝土柱较混凝土柱子减少30% ~40% 截面尺寸) ; 同时由于型钢混凝土柱强度高、刚性大、具有很好的延性和耗能能力, 采用型钢混凝土柱, 则有利于提高主楼的水平承载力和延性, 更有利于提高结构的抗震性能; 根据计算, 从底层到顶层外框均采用型钢混凝土梁, 既有利于位移比和扭转周期, 同时也降低了梁高, 满足建筑空间的使用要求;由于只采用了型钢混凝土柱和部分型钢混凝土梁, 将型钢混凝土和钢筋混凝土构件的合理运用, 最大限度满足建筑功能的需要, 与方案三相比, 总的型钢用量降低15%~20%, 其综合指标是最高的。但其缺点在于施工难度较高, 建筑成本较高。

方案三: 经济指标最高, 建筑成本较高, 施工难度高。该方案为全型钢混凝土方案, 框架柱, 框架梁截面较小, 充分满足建筑空间功能使用要求; 抗震性能最好, 在中震及大震下, 混合结构, 型钢混凝土柱梁强度高、刚性大、具有很好的延性和耗能能力, 采用延性更好的型钢混凝土柱, 则有利于提高主楼的水平承载力和延性, 更有利于提高结构的抗震性能。

综上, 在实际施工图设计中使用方案二进行施工图设计。结构体系为框剪结构, 为了改善结构性能及降低中筒剪力墙的宽度, 以保证中筒与周边各功能房间的通道间距, 核心筒局部采用钢筋混凝土剪力墙 ( 局部墙暗柱加钢板) ; 框架柱采用现浇钢筋混凝土柱 ( 底部加强区区域采用型钢 ( 管) 混凝土柱) ; 框架梁采用现浇钢筋混凝土梁, 核心筒内梁采用现浇钢筋混凝土梁。

塔楼地下部分核心筒采用钢筋混凝土剪力墙, 局部加钢板的混凝土墙和型钢 ( 管) 混凝土柱伸至地下2 层楼面标高, 地下2 层楼面以下采用钢筋混凝土柱; 地下室塔楼范围顶板层及以下均采用钢筋混凝土梁板体系。

且在使用此方案设计过程中, 本高层抗震性能接近于JGJ3 - 2010《高层建筑混凝土结构技术规程 》性能目标C, 高于性能目标D, 按照高延性构造进行设计。达到预期性能目标和规范要求, 且取得与预期一致的经济效果。结构设计基本达到受力合理、安全可靠、技术先进、方便施工、使用舒适、经济耐用的目标。

摘要：通过对成都市某超高层三种结构方案分析, 对比了各方案优缺点, 提出了部分设计建议。

关键词：超高层,型钢混凝土,结构设计

参考文献

[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]DB51/T 5058-2014四川省抗震设防超限高层建筑工程界定标准[S].

简述超限高层的结构设计方法 篇7

1 超限高层的认定

为规范超限高层设计, 建设部于2010年7月颁布了《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》。按照此规定, 超限高层建筑工程包括以下几类: (1) 房屋高度超过规定, 包括超过《建筑抗震设计规范》 (以下简称《抗震规范》) 第6章钢筋混凝土结构和第8章钢结构最大适用高度、超过《高层建筑混凝土结构技术规程》 (以下简称《高层混凝土结构规程》) 第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构、第10章中错层结构和第11章混合结构最大适用高度的高层建筑工程。 (2) 房屋高度不超过规定, 但建筑结构布置属于《抗震规范》、《高层混凝土结构规程》规定的特别不规则的高层建筑工程。 (3) 房屋高度大于24米且屋盖结构超出《网架结构设计与施工规程》和《网壳结构技术规程》规定的常用形式的大型公共建筑工程 (暂不含轻型的膜结构) 。

在进行超限高层建筑工程抗震设计时, 除了遵守我国现有技术标准的要求外, 还应遵循抗震性能设计理论对超限程度进行控制, 进行结构抗震计算分析, 结构抗震概念设计, 抗震构造措施, 地基基础抗震设计以及必要时须进行结构抗震试验等内容。

2 结构抗震性能设计理念

基于结构性能的抗震设计理论是以结构位移设计理论为基础发展起来的。九十年代初期, 美国加州大学伯克利分校J.P.Meoble提出了基于位移的抗震设计理论[2], 主张改进基于承载力的设计方法。此设计方法的核心思想就是从总体上控制结构的位移和层间位移。此后, 这一理论的构想影响了美国、日本及欧洲土木工程界[2,3]。

基于性能的结构抗震设计理论是以结构的抗震性能分析为基础, 根据不同的设防水准, 分为不同的抗震性能等级, 根据业主的要求, 设计师可以确定合理的抗震性能目标及合理的结构措施。与当前的抗震设计理论相比, 它有以下特点: (1) 多级性。基于性能的结构抗震设计理论提出了多级设计的概念。虽然它可以用小震、中震、大震来描述设防地震的等级, 这些与现行设计理论相似, 但它确定的抗震性能目标包括两方面:即人身安全和财产损失, 而非结构构件和内部损坏的设施占据财产损失相当大的比例, 在设计中应进行综合分析, 选择经济效果良好的抗震设计; (2) 全面性。结构抗震性能不一定取规范规定的目标, 可根据业主的需要、工程实际状况、资金能力等因素, 选择合适的抗震设防目标。因此, 结构的抗震能力不是设计完成后进行抗震检查得到的结果, 而是按选定的抗震性能目标进行设计, 结构在未来地震的抗震能力也是可以预期; (3) 灵活性。虽然基于结构性能设计理论但仍对一些重要参数比如震作用、层间位移等设定最低容许值, 但给予了设计人员很大的灵活性, 设计者可以选择与业主需要的抗震性能目标相符的设计方法与相应的结构措施, 推动了新材料, 新技术的应用。

2010版建筑抗震设计规范首次引入抗震性能设计的概念, 将旧规范规定的“两阶段, 三水准”设计要求, 提升为基于性能要求的抗震设防要求。使设计者可以依据不同的抗震设计性能目标, 控制结构在小震、中震、大震作用下的力学状况和破坏形态。

3 超限高层的计算分析

超限高层建筑的结构抗震设计, 由于建筑高度超限或不符合规范对结构规则性的要求, 在重视结构抗震概念设计的同时, 更要重视结构的分析计算, 要求应采用至少两个符合结构实际情况的力学模型, 通过结构各部分受力分布的变化, 以及最大层间位移的分布特征和位置, 对结构受力特征的不利情况进行判断。结构各层的地震剪力与其以上各层总重力荷载代表值的比值, 应符合《抗规》的要求。

超限高层建筑结构设计时首先要进行概念设计, 按照均匀、对称的原则合理布置竖向构件, 可以有效控制结构的内力和位移, 使建筑既经济合理又满足规范要求。在工程设计中, 我们首先要依据抗震性能设计理论, 遵照高规JGJ3-2010第3.11.1条规定, 结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。结构抗震性能目标分为A、B、C、D四个等级, 结构抗震性能分为1、2、3、4、5五个水准, 每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准相适应。下面我们以一个具体工程为例, 用两种软件进行计算分析, 总结抗震性能设计的方法。

4 计算实例与分析

某高层建筑主楼地上34层, 地下2层, 高度137.5米。地基本地震烈度为7度, 地震加速度值为0.10g, 设计地震分组第一组, 场地类别为II类, 特征周期为0.35秒 (罕遇地震时为0.40s) 。工程抗震设防烈度为7度, 抗震设防类别为标准设防类 (丙类) , 地震作用取值见表3.1。结构弹性分析阻尼比为0.05 (小震) , 0.06 (中震) , 0.07 (大震) 。建筑标准层平面见图一:

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》 (建质[2010]109号) 和《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2010) , 框架—抗震墙结构的A级高度高层建筑的最大适用高度在7度设防时120m。主楼结构标高137.5m, 超出A级高度高层建筑的最大适用高度14.6%。建筑长度最大处为86.28m, 不设缝。超过规范最大框架-抗震墙不设缝长度50m的要求。通过分析, 我们可以发现本工程的主要特点是高度超限、长度超限。比照规范综合论证后, 结构抗震性能目标选用为C。

结构计算分别采用中国建筑科学研究院研发的SATWE软件和CSI公司研发的ETABS软件。由于ETABS软件和SATWE软件对地下室的处理方式不同, 模型中未包括地下室, 使两种模型的计算结果更具有可比性。模型中的结构构件按照结构图纸进行布置, 并按照规范定义相应的性能及参数。楼板采用膜单元来模拟 (计算整体参数时用刚性隔板模拟) 。墙采用壳单元, 梁和柱采用梁单元模拟。地震质量由结构自重、附加恒荷载和部分活荷载计算。其中结构自重根据定义的构件尺寸和材料容重由软件自行计算。附加恒荷载和附加活荷载按照面荷载、线荷载和点荷载的形式施加。风荷载由程序按照规范进行自动计算。分析中考虑了偶然偏心和双向地震作用, 振型组合方法采用考虑扭转耦连的CQC方法。考虑隔墙大部分为轻质墙板, 周期折减系数为0.85。下表1为两种软件的计算结果。

对比ETABS和SATWE软件的主要计算结果可以发现, 两者分析结果比较接近, 证明分析是可靠的。第一振型是Y方向的平动, 第二振型是X方向的平动, 第三振型是扭转振型, 根据规范, 结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比, B级高度高层不应大于0.85, 周期比为0.58, 满足B级高度高层周期比限值。多遇水平地震作用下扭转位移比大于1.2, 小于1.4, 满足B级高度高层位移比比限值。其他常用判定参数, 表格中也已列出, 均符合高规的要求。

5 结语

高层建筑在地震和风荷载作用下的动力反应是结构设计时必须考虑的关键因素。本文通过对一个超限高层的分析, 讨论了基于抗震性能的结构动力反应分析方法。采用有限元软件得到该建筑在弹性阶段受力状态, 验证了结构设计的可靠性。

超限高层建筑因其高度大、形体复杂等特点, 在地震和风荷载作用下, 结构的周期、位移等指标与一般建筑差距较大。应采用两种不同力学模型的结构分析软件计算, 通过对比分析两者的计算结果, 才能较为准确地掌握结构的动力反应状态。

参考文献

[1]郭颖.建筑抗震设计规范实施手册[M].长春:吉林科学技术出版社, 2002.

某超限高层住宅前期结构选型分析 篇8

本项目两栋高层住宅 (1#、2#楼) 建筑面积为2.3万m2, 共33层, 一层层高4.5m, 其余层层高2.9m, 出屋面构架3~6m不等, 房屋高度为98.65m。

2 结构体系设计与布置

结构基本情况:层数及房屋高度:33层, 98.65m, A级高度。结构体系:剪力墙。标准层塔楼平面尺寸:30.4m×17.3m+29.1m×17.8m。结构高宽比:X向:1.6, Y向:5.7。

1#、2#楼为两栋百米高层, 中间每三层一个楼板组合连接, 主要墙体厚为350mm, 到上部减少为250mm, 其余小墙体厚度均为200mm。外圈梁主要为550mm高;主要的连梁及框架梁高度为500mm。

地下室顶板及以上采用钢筋混凝土梁板体系。为满足地下室顶板作为嵌固端的要求, 地下室顶板厚不小于180mm, 双层双向配筋率不小于0.25%。主要楼板厚度为100mm, 1#、2#楼楼板连接处, 楼板厚度不小于150mm, 双层双向配筋率不小于0.25%。标准层结构平面图详见图1。

3 抗震超限情况

依据建设部《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》, 经初步判断, 本建筑物主要存在以下超限情况。

本工程地上结构高度为98.65m, 为A级高度的钢筋混凝土高层建筑, 剪力墙结构最大适用高度为120m, 结构高度未超限。考虑偶然偏心下的扭转位移比达到1.34, 大于1.2, 属扭转不规则;1#、2#楼组合平面, 平面凹凸尺寸大于相应边长的30%, 属平面凹凸不规则;从底到顶隔三层设置一个露台连接板, 其余两层为楼板不连续, 属楼板不连续不规则;露台连接板处设有框架柱, 层高为三层一个层高, 为穿层柱, 属其他不规则。

本工程无出现结构特别不规则 (单项) 超限情况。

4 进行超限审查以确定结构设计方案

4.1 考虑中间连接板断开方案

由于本项目为普通百米高层建筑, 若中间露台连接板采用左右断开方式, 取消穿层柱, 由1#、2#楼各自进行纯悬挑设计。中间露台连接板平面布置见图2。

本项目露台连接板即使从中间断开, 各自由1#、2#楼进行悬挑, 悬挑构件的跨度还是较大 (最大达6m) , 且由图2可知, 主要悬挑梁均与剪力墙方向正交, 受力较差。由于钢筋混凝土悬挑构件质量事故在工程中屡见不鲜, 造成此类构件破坏主要表现为沿悬臂梁板或根部断裂坍塌、整体倾覆坍塌等。另外考虑到该建筑为百米高层建筑, 从底到顶隔三层设置跨度较大悬挑构件, 易发生脆性破坏, 存在安全隐患, 因此排除该方案。

另外, 为了避免钢结构与普通钢筋混凝土结构交接处因变形差异而出现变形裂缝, 且两种结构间受力计算传力较为不明确, 以及考虑后期施工困难等因素。建议隔三层设置的露台连接板还是采用钢筋混凝土结构为宜。

4.2 按原方案 (见图1)

图1中, 用露台连接板将1#、2#楼进行连接, 并设置穿层柱, 穿层柱接近9m层高, 底部加强区须进行抗弯承载力不屈服设计, 并需对穿层柱进行屈曲稳定分析。且两边均为纯剪结构体系, 刚度较大, 中间框架柱刚度不足, 穿层柱易先发生破坏。

因此专家建议取消两楼结合处穿层柱, 直接用钢筋混凝土楼板进行连接, 梁系调整后布置图详见图3。要求对两楼结合处每三层所设置楼板应进行有限元应力分析及采取加强措施, 多遇地震下楼板的拉应力不大于混凝土抗拉强度标准值;中震下楼板钢筋的拉应力不大于钢筋抗拉强度设计值。同时连接板两侧剪力墙亦应加强。

本工程虽为超限工程, 在保证结构安全的基础上, 适当考虑工程造价, 并未要求对1#、2#楼主体结构进行中震下验算, 但需补充连接板取消后1#、2#楼分别独立计算结果, 并与整体计算进行包络。

5 结语

本工程属超限工程建筑, 抗震设防类别为标准设防类, 结构设计存在扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续等不规则项, 属于特别不规则的超限高层建筑。在结构设计选型之初, 始终坚持以结构安全为第一考虑要素, 并综合考虑造价、施工, 最终确定了本高层建筑的结构设计方案。于2014年8月11日顺利通过工程设计抗震专项审查。方案通过专审后, 设计人员采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列SATWE软件 (V2.1版) 作为主要计算分析软件, 并同时采用盈建科YJK (V1.5.2.2版) 计算分析软件对SATWE分析结果进行校核, 计算结果可靠, 并符合规范要求, 可以作为施工图设计依据。

参考文献

[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

厦门某超限高层结构分析与设计 篇9

该项目位于厦门市同安区。总用地面积80335.00m2,总建筑面积为304673.78m2。其中1#楼高层住宅建筑面积为3.9万m2,地下2层,地上46层;一层层高5.4m,其余层层高2.9m,房屋高度为135.9m。

1#楼设计基准周期50年,结构安全等级为二级。50年一遇基本风压:ω0=0.70k N/m2;地面粗糙度:A类;风荷载计算考虑顺风向风振。抗震设防类别为标准设防类,抗震设防烈度7度(0.15g),设计地震分组为第二组。

1#楼场地特征周期为0.40s,场地类别为Ⅱ类。小震场地特征周期根据安评报告取0.45s,设防地震及罕遇地震特征周期根据规范取值且不小于安评中多遇地震场地特征周期。小震地震影响系数最大值根据安评报告取0.143,相应剪重比为0.2x0.143=0.0286,地震动参数取值见表1。

注:括号内为安评数值。

2 结构体系及超限情况

1#楼为高层住宅,由两栋相似塔楼组成,本文主要介绍1-2#楼主体结构的设计情况。1-2#楼平面尺寸为36.4m×19.2m,建筑平面不规则,建筑高度为135.9m,薄弱方向高宽比达到7.01,同时所在地区风荷载及地震作用对结构影响较大,因此采用剪力墙结构。

1-2#楼建筑高度:120m<H<150m。1-2#存在凹凸不规则(1-2#楼平面凸出尺寸37%)和尺寸突变(45层收进的水平尺寸为下部楼层水平尺寸的29%)两项不规则情况。根据建设部《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附件1,1-2#楼属于B级高度的超限高层。

3 针对超限及不规则情况采取的技术措施

针对本项目高度超限的问题,结合专家的意见,本项目采取以下应对措施:(1)按《高规》中关于B级高度高层建筑的相关设计措施执行;(2)补充多遇地震作用下的弹性时程分析,将计算结果与反应谱计算结果进行对比分析,并按两者的较大值进行设计;(3)进行性能化设计;底部加强区竖向构件在设防地震下抗剪承载力按弹性复核、抗弯承载力按不屈服复核,在罕遇地震下满足抗剪截面控制条件;(4)约束边缘构件与构造边缘构件之间设置2层过渡层且过渡层边缘构件按约束边缘构件要求配筋;(5)1-2#楼抗震等级为一级,中震出现小偏心受拉的竖向构件以及按1.0恒±1.0风组合计算出现拉应力的墙肢按《高规》中特一级构造设计。中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时设置型钢承担拉力,且平均名义拉应力不超过两倍混凝土抗拉强度标准值。由于结构平面凹凸不规则,扭转效应较为明显。为减轻这种影响,通过合理布置竖向构件,使各楼层在多遇地震考虑偶然偏心的规定水平力作用下结构的扭转位移比不大于1.2;同时控制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比小于0.85。针对1-2#楼顶部楼层局部收进的情况。在收进部位的楼层及与其相邻的上下楼层的楼板厚度为120mm,双层双向配筋率大于0.25%。体型收进部位上下各两层竖向构件配筋加强。

4 结构计算与分析

4.1 抗震性能目标

1-2#楼高度超限,同时存在两项不规则情况,按照《高规》的要求,综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、震后损失和修复难易程度等各项因素及专家提出的意见后,选定结构抗震性能目标如下:

4.2 多遇地震作用分析

采用PKPM(V2.1版)作为主要计算软件,同时采用盈建科YJK(V1.6版)对SATWE分析结果进行校核,采用振型分解反应谱计算地震作用,考虑偶然偏心和双向地震作用,比较规定水平力下的结构位移比,结构阻尼比取0.05。通过对两个软件的分析结果进行比对,发现结构的自振周期、层间位移、剪重比等指标相差不大,说明PKPM程序的计算结果是可靠的,可以作为施工图设计的依据。

按照《抗规》5.1.2条,采用弹性时程分析法进行多遇地震的补充计算。选择地震波时遵循满足地震动三要素的要求。频谱特性依据场地类别为Ⅱ类、设计地震分组为第二组、特征周期采用安评结果Tg=0.45s的地震影响系数曲线表征,加速度有效峰值按安评结果57cm/s2,有效持续时间不小于结构基本周期的5倍。

设计采用7条地震波,用SATWE程序进行多遇地震弹性时程分析,与规范反应谱分别进行了对比,进一步验证弹性分析结果的正确性,并取两者的较大值进行包络设计。

根据《抗规》5.1.2条及条文说明,对计算结果的底部剪力,楼层剪力和层间位移进行比较,1-2#楼底部剪力对比结果见表3,地震波的选取满足规范要求;经计算时程分析楼层剪力平均值及层间位移角平均值均小于CQC法计算结果。

4.3 罕遇地震作用下的动力弹塑性分析

在罕遇地震作用下,结构一般表现出非线性行为并引起结构内力重分布,因此有必要进行非线性地震反应分析,并用其结果作为结构抗震性能评价的依据。

1-2#楼用MIDAS building进行了罕遇地震作用下弹塑性时程分析,评估结构抗震性能。采用两组天然波和一组人工波,经峰值调整后作为本项目大震分析的时程波。输入地震波时,分别选取结构X向、Y向作为主方向,输入三组地震波的三个分量记录进行计算。结构阻尼比取0.05,地震加速度的最大值按《高规》的规定,取310cm/s2。

计算结果表明,目前采用的结构体系能满足大震作用下结构不倒塌的抗震性能目标。结构弹塑性发展历程及抗震性能总结如下:(1)输入罕遇地震波进行非线性时程分析后可知,结构在地震作用主方向Y向的最大层间位移角分别为1/156、1/150、1/155(天然波1、天然波2、人工波1),均满足规范最低要求(1/120)且有余量;(2)结构在罕遇地震波输入过程中,其弹塑性发展历程为:结构连梁最先出现塑性铰,随着地震波的持续作用,连梁塑性变形逐步累积耗能;(3)剪力墙中混凝土和钢筋基本上都处于弹性状态,说明大震下剪力墙整体性能良好;(4)对大震下受剪破坏较严重的底部加强部位的主要抗侧力墙肢端柱内设置型钢,构成强度、刚度以及延性性能良好的组合构件;(5)底部加强部位中震抗剪承载力按弹性、抗弯承载力按不屈服设计,从计算结果上看,对剪力墙在大震作用下的抗震能力起到了很好的提高作用。

5 结论

本工程是高度超限的高度建筑,同时存在平面凹凸和竖向尺寸突变的不规则情况。结构采用了抗震性能良好的剪力墙结构体系。通过采用多个软件分别在多遇地震、设防烈度地震和罕遇地震作用下进行计算、对比、分析,并针对本工程结构特点采取了一系列抗震构造加强措施及制定适宜的抗震性能目标,计算各项指标满足规范要求,关键构件在设防烈度地震和罕遇地震作用下承载力能满足既定的性能目标。

参考文献

[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[3]韩小雷,季静.基于性能的超限高层建筑结构抗震设计[S].中国建筑工业出版社,2013.