超限结构设计要点

1、复杂超限结构设计要点复杂超限结构设计要点 1、设计依据、设计依据 2、方案对比、方案对比 3、复杂、超限的判断、复杂、超限的判断 4、基础设计要点、基础设计要点 5、抗震构造措施和抗、抗震构造措施和抗震性能目标震性能目标 6、弹塑性分析要点、弹塑性分析要点 7、性能化设计要点、性能化设计要点 8、舒适度验算要点、舒适度验算要点 9、结构特殊性设计控制、结构特殊性设计控制 10、两套软件分析对比、两套软件分析对比 11、应用实例、应用实例一、设计依据一、设计依据 已经通过：报规、报批。符合行政审批的法规已经通过：报规、报批。符合行政审批的法规 结构分类（甲、乙、丙、丁类）结构分类（甲、乙、丙、丁

2、类） 依据依据“建筑工程抗震设防分类标准建筑工程抗震设防分类标准” 结构的安全等级（结构的安全等级（1、2、3级）级） 依据依据“建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准” 地震作用（地震作用（50、100年、超越概率年、超越概率63%、10%、2%） 依据地震安全性评估（安评报告）、地震动参数取值、抗依据地震安全性评估（安评报告）、地震动参数取值、抗震规范震规范 风荷载作用（风荷载作用（50、100年、舒适度年、舒适度10年）年） 依据：风洞试验、荷载规范依据：风洞试验、荷载规范 竖向荷载、温度荷载、雪荷载、竖向荷载、温度荷载、雪荷载、 依据荷载规范依据荷载规范 以上设计依据，均会影响到工程

3、建造成本和设计成本以上设计依据，均会影响到工程建造成本和设计成本 在设计合同（协议）中，如果涉及到工程的具体用量（如在设计合同（协议）中，如果涉及到工程的具体用量（如用钢量等），应该慎重。以免造成被动用钢量等），应该慎重。以免造成被动二、方案对比二、方案对比 复杂超限结构方案，往往会要求多个方案比较复杂超限结构方案，往往会要求多个方案比较 将增加设计前期的工作量，增加设计成本将增加设计前期的工作量，增加设计成本 基础方案比较，采用基础的形式基础方案比较，采用基础的形式 上部结构方案比较，以确认主体结构可实施性，初步确定上部结构方案比较，以确认主体结构可实施性，初步确定截面尺寸、墙体厚度等截面尺

4、寸、墙体厚度等 方案的特殊性，转换层、大跨度、大悬臂、通长柱、伸缩方案的特殊性，转换层、大跨度、大悬臂、通长柱、伸缩缝、后浇带、连体等缝、后浇带、连体等 方案对比需要有一定的深度方案对比需要有一定的深度 前期工作量大前期工作量大 设计合同中一般没有体现，造成设计成本忽略设计合同中一般没有体现，造成设计成本忽略三、复杂、超限的判断三、复杂、超限的判断 超限结构、复杂结构，均会增加设计成本超限结构、复杂结构，均会增加设计成本 满足满足3条一般不规则的结构，属于超限结构条一般不规则的结构，属于超限结构 满足满足1条特别不规则的结构，属于超限结构条特别不规则的结构，属于超限结构 有超长结构、多塔结构、

5、连体结构、超大地下室结构等，有超长结构、多塔结构、连体结构、超大地下室结构等，属于复杂结构属于复杂结构 针对不规则特性、复杂特性，需要有专门措施来加强，增针对不规则特性、复杂特性，需要有专门措施来加强，增加了设计难度，和设计成本加了设计难度，和设计成本 复杂、超限工程，往往需要增加分析深度，增加分析量复杂、超限工程，往往需要增加分析深度，增加分析量（比如非线性分析、舒适度分析、动力时程分析、构件性（比如非线性分析、舒适度分析、动力时程分析、构件性能判断分析、温度影响分析等）能判断分析、温度影响分析等） 设计成本往往难以在设计合同中体现（仅以设计成本往往难以在设计合同中体现（仅以 费用费用/m2

6、），），忽略增加深度分析所带来的工作量和成本增加忽略增加深度分析所带来的工作量和成本增加 对复杂超限工程要有预先深度设计概念，合同中要保证深对复杂超限工程要有预先深度设计概念，合同中要保证深度设计费用（如外包弹塑性分析，往往需要十几万），同度设计费用（如外包弹塑性分析，往往需要十几万），同时也是保证设计质量、避免设计风险时也是保证设计质量、避免设计风险四、基础设计要点四、基础设计要点 复杂、超限工程地基基础设计，必须依据地质勘探报告。复杂、超限工程地基基础设计，必须依据地质勘探报告。超高层建筑必须设地下室，也必然带来深基础问题超高层建筑必须设地下室，也必然带来深基础问题 深基坑开挖、基坑支护深

7、基坑开挖、基坑支护 基坑排水、降水基坑排水、降水 基础不均匀沉降的处理，后浇带基础不均匀沉降的处理，后浇带 抗浮设计、抗浮验算抗浮设计、抗浮验算 地下室外墙侧向水土压力地下室外墙侧向水土压力 桩垡共同分析桩垡共同分析 基础与上部结构共同工作基础与上部结构共同工作 地下室的侧向刚度如何保证地下室的侧向刚度如何保证 地下室的抗震问题地下室的抗震问题 地下室人防荷载及分析地下室人防荷载及分析 复杂超限工程，地基、基础和地下室都具有各自的设计特复杂超限工程，地基、基础和地下室都具有各自的设计特点，设计时需要有预见性，工作量和设计深度应体现在合点，设计时需要有预见性，工作量和设计深度应体现在合同中，保证

8、复杂地基基础的设计费用同中，保证复杂地基基础的设计费用五、抗震构造措施和抗震性能目标五、抗震构造措施和抗震性能目标 根据项目所在地、安全性评估报告，确定抗震等级、地震根据项目所在地、安全性评估报告，确定抗震等级、地震动参数动参数 根据工程特殊性，提高抗震等级，或抗震构造措施根据工程特殊性，提高抗震等级，或抗震构造措施 根据抗震设防烈度，确定结构大震下的影响根据抗震设防烈度，确定结构大震下的影响 根据复杂超限程度，设定抗震性能目标（根据复杂超限程度，设定抗震性能目标（A、B、C、D） 地震波时程分析，地震波数量（地震波时程分析，地震波数量（3条、条、7条，条，1万万/条）需要条）需要购买，并保证

9、在统计意义上相符（前购买，并保证在统计意义上相符（前2个周期）个周期） 实现抗震性能目标的手段主要是弹塑性分析，和弹性方法实现抗震性能目标的手段主要是弹塑性分析，和弹性方法的性能化分析，确定应用部分的性能化分析，确定应用部分 大震变形验算、抗倒塌验算，必须通过大震变形验算、抗倒塌验算，必须通过 大震构件性能（比如连梁性能）不满足，必须调整大震构件性能（比如连梁性能）不满足，必须调整 根据大震弹塑性分析的薄弱部位，提高抗震构造措施根据大震弹塑性分析的薄弱部位，提高抗震构造措施 根据大震分析结果（比如受拉构件），调整方案，比如加根据大震分析结果（比如受拉构件），调整方案，比如加型钢，或改为钢结构型

10、钢，或改为钢结构 弹性方法的中震设计控制（中震不屈服设计控制，已普遍弹性方法的中震设计控制（中震不屈服设计控制，已普遍应用）应用） 抗震设计的延性设计和控制（比如提高墙体分布筋的配筋抗震设计的延性设计和控制（比如提高墙体分布筋的配筋率），针对中震或大震的受拉构件率），针对中震或大震的受拉构件 最大轴压比控制、最大应力比控制最大轴压比控制、最大应力比控制 不能完全依赖于计算，构造措施需要根据主观判断不能完全依赖于计算，构造措施需要根据主观判断 结构抗震设防应具有二次防线的概念结构抗震设防应具有二次防线的概念 复杂、超限工程，抗震性能、构造措施，是设计重点、难复杂、超限工程，抗震性能、构造措施，是

11、设计重点、难点，也是耗时相对较多，人工成本较大的阶段点，也是耗时相对较多，人工成本较大的阶段 设计合同可以从提高安全度角度，来体现设计的工作量和设计合同可以从提高安全度角度，来体现设计的工作量和设计周期设计周期六、弹塑性分析要点六、弹塑性分析要点 弹塑性分析手段已普遍应用弹塑性分析手段已普遍应用 静力弹塑性应用范围，抗倒塌验算（性能点位移角、基底静力弹塑性应用范围，抗倒塌验算（性能点位移角、基底剪力、附加阻尼比）剪力、附加阻尼比） 静力弹塑性构件性能（裂缝、塑性铰）静力弹塑性构件性能（裂缝、塑性铰） 静力弹塑性的非对称性静力弹塑性的非对称性 动力弹塑性地震波（动力弹塑性地震波（3条）也要在统计

12、意义上相符条）也要在统计意义上相符 动力弹塑性构件裂缝、塑性铰分析动力弹塑性构件裂缝、塑性铰分析 竖向构件在弹塑性分析后的抗剪承载力验算竖向构件在弹塑性分析后的抗剪承载力验算 V0.15fckbh0 保证大震下，竖向构件不被剪坏，而是具有延性的弯坏保证大震下，竖向构件不被剪坏，而是具有延性的弯坏 动力弹塑性时程分析耗时长，成本偏大动力弹塑性时程分析耗时长，成本偏大 特别复杂、超限很多的工程，需要用两个以上的软件进行特别复杂、超限很多的工程，需要用两个以上的软件进行弹塑性分析，公认弹塑性分析，公认ABAQUS软件，但也需要参数正确合软件，但也需要参数正确合理理 弹塑性分析，耗时耗力，增加了设计成

13、本。合同中要合理弹塑性分析，耗时耗力，增加了设计成本。合同中要合理体现体现七、性能化设计要点七、性能化设计要点 性能目标（性能目标（A、B、C、D）的实现，是弹塑性分析，和弹）的实现，是弹塑性分析，和弹性分析的中震、大震分析，相结合的体现性分析的中震、大震分析，相结合的体现 由于弹塑性分析离散性，以弹性分析的不屈服设计、弹性由于弹塑性分析离散性，以弹性分析的不屈服设计、弹性设计已经普遍采用设计已经普遍采用 复杂、超限结构，至少有一种构件满足中震不屈服设计的复杂、超限结构，至少有一种构件满足中震不屈服设计的设计控制要求设计控制要求 对于不允破坏的如转换构件，采用大震不屈服对于不允破坏的如转换构件

14、，采用大震不屈服 针对不同目标，合理地设定构件的性能目标，即：针对不同目标，合理地设定构件的性能目标，即： 中震不屈服、中震弹性、大震不屈服、大震弹性中震不屈服、中震弹性、大震不屈服、大震弹性 按照性能目标进行设计控制，其配筋、应力比，均要实际按照性能目标进行设计控制，其配筋、应力比，均要实际满足。不能计算一套，施工图另一套满足。不能计算一套，施工图另一套 对特殊构件，比如：大悬臂、大跨度、连廊、通长柱等，对特殊构件，比如：大悬臂、大跨度、连廊、通长柱等，也需要专门设定性能目标也需要专门设定性能目标 不满足性能目标承载力的构件，应作相应调整（截面、材不满足性能目标承载力的构件，应作相应调整（截

15、面、材料、型钢、钢结构、连接方式、不能受拉等）料、型钢、钢结构、连接方式、不能受拉等） 性能化设计分析属于弹性分析，耗时不多，容易掌握，应性能化设计分析属于弹性分析，耗时不多，容易掌握，应用越来越多。指定构件性能及安全度，可以在设计合同中用越来越多。指定构件性能及安全度，可以在设计合同中提出，体现设计水平提出，体现设计水平八、舒适度验算要点八、舒适度验算要点 结构舒适度对于超高层建筑、超大跨、超悬挑结构，都需结构舒适度对于超高层建筑、超大跨、超悬挑结构，都需要进行验算要进行验算 特殊荷载，比如运动荷载，对大跨度舒适度的影响特殊荷载，比如运动荷载，对大跨度舒适度的影响 舒适度控制也是结构刚度的控

16、制，显然刚度大舒适度好舒适度控制也是结构刚度的控制，显然刚度大舒适度好 大跨度端部约束刚度不能仅以计算，需要专门设计，按有大跨度端部约束刚度不能仅以计算，需要专门设计，按有把握的方式连接，异常连接需要试验确定把握的方式连接，异常连接需要试验确定 超高层建筑的风振舒适度（顺风向、横风向、扭转风振）超高层建筑的风振舒适度（顺风向、横风向、扭转风振） 大跨度舒适度验算需要作时程分析大跨度舒适度验算需要作时程分析 需要定义行人运动时称曲线，或特殊作用时称曲线需要定义行人运动时称曲线，或特殊作用时称曲线 不满足舒适度时，需要调整结构、或增加刚度，所以对有不满足舒适度时，需要调整结构、或增加刚度，所以对有

17、舒适度要求的结构，设计工作量增加舒适度要求的结构，设计工作量增加 设计合同中应包含有此产生的附加工作量设计合同中应包含有此产生的附加工作量 目前可用软件不多，目前可用软件不多，MIDAS可以可以九、结构特殊性设计控制九、结构特殊性设计控制 复杂工程常常会有大跨度、大悬臂、转换层、刚性层、斜复杂工程常常会有大跨度、大悬臂、转换层、刚性层、斜支撑、通长柱、连廊、悬挑墙等支撑、通长柱、连廊、悬挑墙等 隔震、减震的应用，阻尼器、隔震垫、质量阻尼、粘滞阻隔震、减震的应用，阻尼器、隔震垫、质量阻尼、粘滞阻尼、软钢阻尼、屈曲支撑等，设计应用，可以联合建研院尼、软钢阻尼、屈曲支撑等，设计应用，可以联合建研院其

18、它所共同完成，以体现设计水平其它所共同完成，以体现设计水平 结构的特殊性，有时需要试验（应甲方出钱），耗时较长，结构的特殊性，有时需要试验（应甲方出钱），耗时较长，所以设计时间应合理确定所以设计时间应合理确定 特殊性构件应满足相应的性能目标特殊性构件应满足相应的性能目标 设计合同中的费用、时间对此需要有所体现设计合同中的费用、时间对此需要有所体现十、两套软件分析对比十、两套软件分析对比 复杂、超限工程规范规定需要复杂、超限工程规范规定需要2个软件分别计算，以保证分个软件分别计算，以保证分析的合理性析的合理性 结构分析是计算模型假定的结果，不同软件计算假定、条结构分析是计算模型假定的结果，不同软

19、件计算假定、条件不同，需要保证其一致性，才能比较件不同，需要保证其一致性，才能比较 弹塑性分析（由于离散性）有时也需要弹塑性分析（由于离散性）有时也需要2个软件分别分析、个软件分别分析、验证结果验证结果 小震分析应采用小震分析应采用2个不同公司的软件。目前已普遍采用个不同公司的软件。目前已普遍采用 有此产生的工作量增加，应该考虑到有此产生的工作量增加，应该考虑到十一、工程实例十一、工程实例 安徽本埠安徽本埠C1#楼（中技安徽分院，结构）楼（中技安徽分院，结构） 54层超高层剪力墙住宅结构设计层超高层剪力墙住宅结构设计 兰州军区综合楼（中技九所，结构）兰州军区综合楼（中技九所，结构） 大跨度转换

20、层、通长柱、错层柱结构设计大跨度转换层、通长柱、错层柱结构设计 建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准 （GBJ 68-84） 1.0.5 建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分应重性，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分应符合表符合表1.0.5的要求。的要求。 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级 表表1.0.5 安全等级，破坏后果，建筑物类型安全等级，破坏后果，建筑物类型 一级：很严重，

21、重要的工业与民用建筑物一级：很严重，重要的工业与民用建筑物 二级：严二级：严 重，一般的工业与民用建筑物重，一般的工业与民用建筑物 三级：不严重，次要的建筑物三级：不严重，次要的建筑物 注：注： 对于特殊的建筑物，其安全等级根据具体情况另对于特殊的建筑物，其安全等级根据具体情况另行确定；行确定； 当按抗震要求设计时，建筑结构的安全等级应符合当按抗震要求设计时，建筑结构的安全等级应符合建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范的规定。的规定。结构设计规范按照部位分成：1、地基2、基础3、地下室4、上部结构 地基设计及相应的规范： 土方挖掘类规范、安全规范 基坑支护类规范、安全规范 护坡类规范、安全规范 基础设计及相应的规范： 各类基础规范，有：茅石基础、条形基础、弹性地基梁、筏板基础、桩（单桩、群桩、灌注桩、挖孔桩，等等）基础、桩筏基础、箱型基础。 根据上部结构形式和地基条件，采用不同的、合理的基础形式。 有些规范把地基和基础合并写出，甚至连上部