关于复杂高层和超限高层建筑结构抗震设计_secret

1、关于复杂高层和超限高层建筑结构抗震设计第一节 复杂高层建筑结构11.1 混凝土高规第4.8.1和4.8.2条中框支框架的含义是什么?框支梁是否包括梁上托柱的梁?托墙和托柱的梁设计上有何不同?框支框架是指转换构件(如框支梁)及其下面的框架柱和框架梁，不包括不直接支承转换构件的框架。如考虑结构变形的连续性，在水平方向上与框支框架直接相连的非框支框架的抗震构造设计可适当加强，加强的范围可不少于相连的一个跨度。框支梁一般指部分框支剪力墙结构中支承上部不落地剪力墙的梁，是有了“框支剪力墙结构”，才有了框支梁。混凝土高规第10.2.1条所说的转换构件中，包括转换梁，转换梁具有更确切的含义，包含了上部托柱和

2、托墙的梁，因此，传统意义上的框支梁仅是转换梁中的一种。单从混凝土高规第10.2.9条中提到的“梁上托柱”的规定，只能说明在这里提到的两个个别规定上，“梁上托柱”的梁和传统的托墙的“框支梁”均有要求。实际上，从混凝土高规第10.2节的许多规定上，已经明显区分了这两种梁所构成的转换层结构的不同要求，如第10.2.2条关于转换层设置位置的要求、10.2.5条关于提高抗震等级的要求、10.2.8条第2款关于梁纵向钢筋和腰筋的要求、第10.2.9条第2款和第4款的要求等。托柱的梁一般受力也是比较大的，有时受力上成为空腹桁架的下弦，设计中应特别注意。因此，采用框支梁的某些构造要求是必要的，这在混凝土高规第

3、10.2节中已有反映。 11.2 混凝土高规附录E.0.2条中，两种刚度比控制不容易统一，特别是当底层层高较大时，如果楼层侧向刚度比满足“不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%”时，等效侧向刚度则下部还大于上部，很难接近1，如何解决?高层建筑结构中，关于结构侧向刚度有多种不同的定义，因此，刚度比计算结果不相同是可能的。作为概念设计的控制值，应考虑具体数值有一定的误差范围。混凝土高规附录E.0.2条规定的等效侧向刚度比是反映整个转换层以下结构(多于一层)与上部相同(或相近)高度剪力墙结构的刚度关系；一、二层转换层时要求转换层下层与上层楼层侧向刚度(V/u)之比不小于0.5，三层及三层以上时不小于0

4、.6，反映的是转换层上、下层之间的侧向刚度关系。二者定义和算法不同，需同时满足。抗震设计时，等效侧向刚度比c不大于1.3即可，若小于1.0，表明更有利于结构抗震。规程中的“宜接近1”，主要指不要大于l太多。11.3 位于地下室内的框支梁柱，是否计入规范允许的框支层数之内?若地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，则位于地下室内局部的框支梁柱，不计入规范允许的框支层层数之内，但该部位的梁柱仍应按框支结构设计。当结构的嵌固部位在±0.0时，地下一层的框支柱和转换构件仍应执行混凝土高规的有关规定；地下一层以下的框支柱的轴压比可按普通框架柱的要求设计，但其截面、混凝土强度等级和配筋设计结果不宜小于

5、其上面对应的柱。11.4 2001抗震规范6.2.10条l款中，框支柱的最小地震剪力计算以框支柱的数目10根为分界，若框支柱与钢筋混凝土抗震墙相连，如何计算框支柱的数目?2001规范6.2.10条l款中，框支柱承受的最小地震剪力计算以框支柱的数目10根为分界，此规定对于结构的纵横两个方向是分别计算的。若框支柱与钢筋混凝土抗震墙相连成为抗震墙的端柱，则沿抗震墙平面内方向统计时端柱不计人框支柱的数目，沿抗震墙平面外方向其端柱计人框支柱的数目。当框支层同时含有框支柱和框架柱时，首先应按框架-剪力墙结构的要求进行地震剪力调整，然后再复核框支柱的剪力要求。11.5 转换层以下落地剪力墙往往带端柱(边框柱

6、)，要否将框支梁或框架梁在墙内拉通或设暗梁?落地墙端柱是否按独立框支柱要求设计?混凝土高规8.2.2条规定了一般的带边框剪力墙的构造要求，从截面厚度、墙体分布筋、混凝土强度等级、到边框梁、边框柱的截面和配筋，均做了详细的规定。框支结构的落地墙采用带边框剪力墙时，仍然要符合其规定，此种情况的框架梁或框支梁应在与之重合的墙内拉通，或至少设置暗梁；暗梁的截面高度宜与该片框支梁或框架梁等高，配筋应符合相应抗震等级的框架梁的构造要求。当落地剪力墙的端柱同时承托墙体平面外的转换构件时，应视为该方向的框支柱，按框支柱的有关规定执行，包括内力调整和构造；当落地剪力墙的端柱同时承托墙体平面内的转换构件时，内力调

7、整系数可不按框支柱的规定执行，但有关构造要求应符合框支柱的规定。11.6 转换厚板分布筋总配筋率不宜小于0.6%，如何在板底面和顶面分配?转换厚板在抗震设防区使用，迄今尚没有震害经验，工程实践和相关研究也较少。混凝土高规10.2.22条规定了转换厚板的基本设计要求，包括厚度、厚板结构形式(如全部实心或局部减薄、夹心板等)、截面内力分析、配筋构造等。其中3款要求，受弯纵向钢筋可沿转换板上、下部双层双向配置，每一方向的总配筋率不宜小于0.6%。如果是构造配筋，则板顶面和板底面每个方向的最小构造配筋率可分别取0.3%。11.7 结构中仅个别楼层有错层构件，或错层楼板标高差不超过对应位置的梁截面高度时

8、，是否属于混凝土高规的错层结构? 关于错层结构的定义，目前没有一致的意见，主要因为实际结构中错层的类型太多、太复杂。楼板相错高度不超过梁截面高度时，可不作为错层结构；至于住宅中个别位置楼板跃层等错层情况，比较复杂，应根据实际情况个别判断。但是，即便不作为混凝土高规的错层结构(主要是最大适用高度限制上)，在一些关键部位仍应采取必要的加强措施，例如错层部位的框架柱和剪力墙宜符合混凝土高规第l0.4.4和10.4.5条的要求。11.8 地下室连为整体、地上分为若干独立结构时，是否必须执行多塔的规定?这种情况，地上的各个结构一般不属于混凝土高规l0.6节规定的多塔楼结构，因此不必执行l0.6节的有关规

9、定。但地下室顶板设计应符合“作为上部结构嵌固部位”的要求，如混凝土高规第4.5.5条的相关规定。地下室设计时，应考虑地上各个结构高度、重力荷载、结构类型不同等的影响，可以借鉴多塔模型进行静力计算分析。11.9 混凝土高规10.3.3条、10.4.4条、10.5.5条均有抗震等级提高一级的要求，柱轴压比限值按提高前还是提高后的抗震等级确定?混凝土高规l0.3.3条要求，加强层及其相邻层的框架柱和核心筒墙体的抗震等级提高一级；10.4.4条要求，错层部位的框架柱抗震等级提高一级；10.5.5条要求，连接体及其支承部位的结构构件抗震等级提高一级。这三条均属于复杂结构关键部位的要求，因此，验算柱轴比限

10、值时，应按提高后的抗震等级确定。 第二节 超限高层建筑结构11.10 哪些高层建筑工程属于超限高层建筑工程?所谓“超限”是指建筑结构主体的主要参数超出规范使用范围或限值，包括：1，房屋高度超过规定，包括超过建筑抗震设计规范GB 50011-2001第6章现浇钢筋混凝土结构和第8章钢结构适用的最大高度、超过高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2002第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构、第l0章错层结构和第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、混凝土高规规定的特别不规则的高层建筑工程。包括： (1)同时具有两项以上平面、竖向不规则以及某项不规

11、则程度超过规定很多的高层建筑。关于不规则程度的规定值见抗震规范3.4.2、3.4.3条和高规4.3.44.3.6、 4.4.4、4.4.5条等。 (2)结构布置明显不规则的复杂结构和混合结构的高层建筑，主要包括： 1)同时具有两种以上复杂类型(带转换层、带加强层和具有错层、连体、多塔)的高层建筑； 2)转换层位置超过混凝土高规规定的高位转换高层建筑； 3)各部分层数、结构布置或刚度等有较大不同的错层、连体高层建筑； 4)单塔、大小不等的多塔偏置过多的大底盘(裙房)高层建筑； 5)按抗震设防烈度7、8度设防的厚板转换高层建筑。注：相关规定见混凝土高规4.3.4、l0.1.4、l0.2.2、10.

12、2.3、10.2.10、10.4.2、10.5.1、10.6.l和l0.6。2条等。 (3)采用单跨框架结构的高层建筑。 注：相关规定见混凝土高规6.1.2条。 11.11 B级高度高层建筑是否属于超限高层建筑范围?B级高度高层建筑是相对A级高度高层建筑而言的，是指房屋高度超过混凝土高规表4.2.2-l规定的框架-剪力墙、剪力墙及筒体结构高层建筑，其适用的最大高度不应超过混凝土高规表4.2.2-2的规定，并应遵守混凝土高规规定的更严格的计算和构造措施要求。B级高度高层建筑属于超限高层建筑工程，仍然需要进行抗震设防专项审查；审查可由各地超限高层建筑工程审查委员会完成，审查的主要依据是混凝土高规中

13、有关B级高度高层建筑的规定，其目的是检查、复核结构设计是否符合混凝土高规的相关要求。11.12 超限高层建筑工程进行抗震设防专项审查时，应提供什么资料?超限高层建筑工程申报专项审查时，应提供的资料由下列七个方面：1，超限高层建筑工程抗震设防专项审查申报表，包括以下项目： (1)基本情况：建设单位，工程名称，建设地点，建筑面积，申报日期，勘察单位及资质，设计单位及资质，联系人和方式等。 (2)抗震设防标准：抗震设防烈度或设计地震动参数，抗震设防分类等。 (3)勘察报告：场地类别，等效剪切波速和覆盖层厚度，液化判别，持力层名称和埋深，地基承载力和基础方案，不利地段评价等。 (4)基础设计概况：主楼

14、和裙房的基础类型，基础埋深，地下室底板和顶板的厚度，桩型和单桩承载力，承台的主要截面等。 (5)建筑结构布置和选型：主楼高度和层数，出屋面高度和层数，裙房高度和层数；防震缝设置；建筑平面和竖向的规则性；结构类型是否属于复杂类型；混凝土结构抗震等级等。 (6)结构分析主要结果：使用的计算软件，总剪力和周期调整系数，结构总重力和地震剪力系数；纵横扭方向的基本周期；最大层位移角和位置、扭转位移比；框架柱、墙体最大轴压比；构件最大剪压比和超限信息；楼层刚度比；框架部分承担的地震作用；时程法的输人地震动加速度记录特征和数量，时程法与反应谱法结果比较等。 (7)超限设计的抗震构造：结构构件的混凝土、钢筋、

15、钢材的最高和最低材料强度；关键部位梁柱的最大和最小截面，关键墙体和简体的最大和最小厚度；短柱分布范围；错层、连体、转换梁、转换桁架和加强层的主要构造；钢结构构件的长细比和板件宽厚比、基本的连接构造等。2，建筑结构工程超限设计的可行性论证报告；3，建设项目的岩土工程勘察报告；4，结构工程初步设计计算书；5，初步设计文件(建筑和结构)；6，当参考使用国外有关抗震设计标准、工程实例和震害资料及计算机程序时，应提供相应的说明；7，进行模型抗震性能试验研究的结构工程，应提出抗震试验研究报告。11.13 超限高层建筑抗震概念设计应注意哪些问题?超限高层建筑抗震概念设计应符合下列要求：1，超高时对建筑规则性

16、的要求应从严，明确竖向不规则和水平向不规则的程度，避免过大的地震扭转效应。2，注意调整结构布置、防震缝设置、转换层和水平加强层的处理、薄弱层和薄弱部位的加强、主楼与裙房共同工作等方面的设计。3，结构应具有适当的总体刚度及合理的变形特征；楼层最大层间位移应符合规范、规程的要求。4，混合结构、钢支撑框架的连接构造应使整体结构能形成多道抗侧力体系。5，多塔、连体、错层、带转换层、带加强层等复杂结构应尽量减少不规则的类型和不规则的程度；一般不宜超过混凝土高规规定的最大适用高度。6，当几部分结构的连接薄弱时，应考虑连接部位各构件的实际构造和连接的可靠程度，必要时按结构整体计算和分开计算的不利情况设计，或

17、要求某部分结构在设防烈度下保持弹性工作状态。7，规则性要求的严格程度，可依抗震设防烈度不同有所区别。当计算的最大水平位移、层间位移值很小时，扭转位移比的控制可略有放宽。11.14 超限高层建筑结构对计算分析模型有什么特别要求?超限高层建筑结构的计算分析模型和计算结果应符合下列要求：1，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，判断结构受力的不利情况。2，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，应符合抗震规范的要求，、类场地条件时尚宜适当增加。3，结构时程分析所用的地震加速度记录应符合规范要求，持续时间应为结构基本周期的5倍以上；弹性时程分析的结果，一般取多条波的平

18、均值，超高较多或体型复杂时宜取多条波的包络值。4当建筑超高时，结构软弱层地震剪力和不落地构件传给水平转换构件的地震内力的调整系数取值宜大于规范的规定值；楼层刚度比仍需按规范要求控制。5，对上部墙体开设边门洞的水平转换构件，应加强；必要时，宜采用重力荷载下不考虑墙体共同工作的手算复核。6，必要时，应采用静力或动力弹塑性分析方法进行抗倒塌验算，确定薄弱部位。7，钢结构和钢-混结构中，钢框架部分承担的地震剪力应依超限程度比规范的规定适当增加。8，必要时应有重力荷载下的结构施工模拟分析。11.15 超限高层建筑结构对抗震措施有什么特别要求?超限高层建筑结构抗震加强措施应符合下列要求：1，对抗震等级、内

19、力调整、轴压比、剪压比、钢材的材质选取等方面的加强，应根据烈度、超限程度和构件在结构中所处部位的不同，区别对待、综合考虑。2，根据结构的实际情况，采用增设芯柱、约束边缘构件、型钢混凝土、钢管混凝土构件、隔震和消能减震技术等措施。3抗震薄弱部位应在承载力和细部构造两方面有相应的综合加强措施。11.16 为什么对超限高层建筑结构提倡基于性能的抗震设计?基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，它的特点是：使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，业主(设计者)可选择所需的性能目标；抗震设计中更强调实施性能目标的深入分析和论证，有利于建筑结构的创新，经过论证(包括试验)可以采

20、用现行规范、规程中还未规定的新的结构体系、新技术、新材料；有利于针对不同设防烈度、场地条件及建筑的重要性采用不同的性能目标和抗震措施。建筑结构常规抗震设计与基于性能抗震设计的简单比较如表11-1。这个比较说明，基于性能的抗震设计是对常规抗震设计的一个重要的发展。超限高层建筑工程在房屋高度、规则性等方面都不同程度地超过现行标准规范的适用范围，如何进行抗震设计缺少明确具体的目标、依据和手段。按照建设部第1ll号令超限高层建筑工程抗震设防管理规定的要求，设计者需要根据具体工程实际的超限情况，进行仔细的分析、专门的研究和论证，必要时还要进行模型试验，从而确实采取比标准规范的规定更加有效的具体的抗震措施

21、；业主也需要提供相应的资助；设计者的论证还需要经过抗震设防专项审查，以期保证结构的抗震安全性能。这个设计程序某种意义上类似于抗震性能设计的基本步骤。这些年来，高层建筑工程抗震设防专项审查的实践表明，不少工程的设计和专项审查已经涉及到基于性能的抗震设计的理念和方法，目前在超限高层建筑结构设计中应用是可行的。常规设计方法与性能设计方法的比较 表11-1项目常规的抗震设计基于性能的抗震设计设防目标小震不坏、中震可修、大震不倒；小震有明确的性能指标，大震有位移指标，其余是宏观的性能要求；按使用功能重要性分甲、乙、丙、丁四类，其防倒塌的宏观控制有所区别按使用功能类别及遭遇地震影响的程度，提出多个预期的性

22、能目标，包括结构的、非结构的、设施的各种具体性能指标； 由业主选择具体工程的预期目标实施方法按指令性、处方形式的规定进行设计； 通过结构布置的概念设计、小震弹性设计、经验性的内力调整、放大和构造以及部分结构大震变形验算，即认为可实现预期的宏观的设防目标除满足基本要求外，需提出符合预期性能要求的论证，包括结构体系、详尽的分析、抗震措施和必要的试验，并经过专门的评估予以确认工程应用目前广泛应用，设计人员已经熟悉。 对适用高度和规则性等有明确的限制，有局限性，有时不能适应新技术、新材料、新结构体系的发展目前较少采用，设计人员不易掌握，所承担的风险较大。 为实现“超限”结构的设计提供了可行的方法，有利

23、于技术进步和创新。技术上还有些问题有待研究改进 11.17 超限高层建筑结构基于性能抗震设计的性能水准和性能目标是什么?超限高层建筑结构在不同水准地震下的性能水准以及性能目标的示意图见图11-1，结构抗震性能可分为如下几个水准： 1，结构在地震后完好、无损伤，一般不需修理即可继续使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可安全出入和使用。结构在地震后基本完好，仅有个别构件轻微裂缝，一般不需修理或稍加修理即可继续使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可安全出入和使用。2，地震后结构的薄弱部位和重要部位的构件完好、无损伤，其他部位有部分选定的具有一定延性的构件出现明显的裂缝，修理后可继续安全使用；3，地震后结

24、构的薄弱部位和重要部位的构件轻微损坏，出现轻微裂缝，其他部位有部分选定的具有延性的构件发生中等损坏，出现明显的裂缝，进入屈服阶段，需要修理并采取一些安全措施才可继续使用；4，结构在地震下发生中等程度的破坏，多数构件轻微损坏，部分构件中等损坏，进入屈服，有明显的裂缝，需要采取安全措施，人们不能安全出入；经过修理、适当加固后才可继续使用；5，结构在地震下发生明显损坏，多数构件中等损坏，进入屈服，有明显的裂缝，部分构件严重损坏；但整个结构不倒塌，也不发生局部倒塌，人员会受到伤害，但不危及生命安全。关于结构完好、基本完好、轻微损坏、中等破坏、严重破坏和倒塌的划分，可按建设部(90)建抗字第377号文建

25、筑地震破坏等级划分标准确定。每个超限高层建筑，可以根据具体的设防烈度、场地条件、房屋高度、不规则的部位和程度，以及业主的经济实力，选择结构(暂不含非结构)在三个水准地震下(小震的地震作用，即取抗震规范的多遇地震影响系数进行计算，中震的地震作用，即取抗震规范的多遇地震影响系数的2.8l倍进行计算，大震的地震作用，即取抗震规范的罕遇地震影响系数进行计算)的性能水准，从而实现相应的“超限”设计。表ll2提供了一些可供选择的性能目标。性能目标选定方案 表11-2地震水准结构性能水准1a1b2345第一（小震）A,B,C,D,E第二（中震）ABCDE第三（大震）ABCDE性能目标A，小震和中震均满足性能

26、水准la的要求，大震下满足性能水准1b的要求；整体结构完好；其高度和不规则性一般不需要专门限制。性能目标B，小震下满足性能水准la的要求，中震满足性能水准1b的要求，大震满足性能水准2的要求；整体结构基本完好；其高度和不规则性一般也不需要专门限制。性能目标C，小震下满足性能水准la的要求，中震下满足性能水准2的要求，大震下满足性能水准3的要求；部分结构构件损坏；其高度不需专门限制，重要部位的不规则性限制可比现行标准的要求放宽。性能目标D，小震下满足性能水准la的要求，中震满足性能水准3的要求，大震下满足性能水准4的要求；结构中等破坏，其高度可适当超过现行高层混凝土结构规程B级的规定，某些不规则

27、性限制可有所放宽。性能目标E，小震下满足性能水准1a的要求，中震满足性能水准4的要求，大震下满足性能水准5的要求，结构的损坏不危及生命安全。其高度一般不宜超过现行混凝土高规B级的规定，规则性限制一般也不宜放宽。11.18 如何判断超限高层建筑结构是否满足性能设计的要求?判别超限高层建筑结构是否满足性能水准的参考准则如下。其中，对各项性能水准，结构的楼盖体系必须有足够安全的承载力，以保证结构的整体性，一般应使楼板在地震中基本上处于弹性反应状态，否则，应有合理可靠的结构计算模型并加以论证(包括试验)；为避免混凝土结构构件发生脆性剪切破坏，设计中应控制受剪截面尺寸，满足现行标准对剪压比的限制要求；性

28、能水准中的抗震构造，“基本”要求相当于混凝土结构中四级抗震等级的构造要求，“低、中、高和特种延性”要求，可参照混凝土结构中抗震等级为三、二、一和特一级的构造要求。性能水准1a，结构满足弹性设计要求，包括全部构件的抗震承载力和层间位移均满足现行规范的要求；结构计算时具有正确、合理的分析模型，计算应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数。即在所要求的地震作用下(小震、中震或大震)构件抗震验算按抗震规范5.4节执行，层间位移按抗震规范5.5.1条要求执行。对性能目标为A或B的结构，中震和大震时可不考虑地震内力调整(如抗震规范6.2节规定的调整系数C、Vb、VC、VW均取1.0)，若采用软

29、件计算，地震影响系数最大值按中震、大震取值，而混凝土结构的抗震等级取四级；各构件的细部抗震构造满足基本要求。对性能目标为C、D、E的结构，为便于进行结构在中震、大震作用下的非线性分析，可先按现行规范进行小震阶段的结构设计，再通过非线性分析校核中震、大震的性能水准，根据校核结果调整结构设计，进行第二次设计。性能水准1b，结构在所要求的地震作用下(小震、中震或大震)，全部构件的抗震承载力满足弹性设计的要求，各构件的细部抗震构造满足基本要求；中震或大震计算同样可不考虑地震内力调整，但应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，即构件抗震验算按抗震规范5.4节执行，但不计人内力调整。性能水准

30、2，结构在所要求的地震作用下(中震或大震)，薄弱部位或重要部位构件的抗震承载力满足弹性设计要求；整个结构按非线性分析计算，允许有些选定的部位接近屈服(如部分而不是全部受拉钢筋屈服)但不应发生剪切等脆性破坏；各构件的细部抗震构造要满足低延性的要求。性能水准3，结构在所要求的地震作用下(中震或大震)，薄弱部位或重要部位构件不屈服，即不考虑内力调整的地震作用效应和抗震承载力按强度标准值计算。构件地震作用效应采用标准组合，作用分项系数G、E和内力调整系数C等取1.0：SKSGESEhk (11-1)承载力验算的材料分项系数f和抗震承载力调整系数RE均取1.0，公式为： SkRk (11-2)例如，混凝

31、土柱受弯承载力为： 剪力墙受剪承载力为： 剪力墙受剪截面控制条件为： VWK0.15fckbWh0 (115)剪力墙截面开裂控制条件为： VWK0.7ftkbWh0 (116)整个结构应进行非线性计算，允许有些选定的部位进入屈服阶段但不得发生剪切等脆性破坏；各构件的细部抗震构造要满足中等延性的要求。性能水准4，结构在所要求的地震作用下(中震或大震)应进行非线性计算，薄弱部位或重要部位构件允许达到屈服阶段但满足选定的变形限制(如混凝土结构的层间变形控制在1/5001/300)，竖向构件不发生剪切等脆性破坏；各构件的细部抗震构造要满足高延性的要求。性能水准5,结构在中震、大震作用下应进行非线性计算，薄弱部位或重要部位构件允