上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则T79

上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则（2014-954号文）

技术培训

扶长生

上海市超限高层建筑工程抗震设防专家委员会委员

2015年1月20日第一部分修订说明定义了一般超高、特别超高、规则性超限高层建筑、其它超限高层建筑，并提出了不同的分析方法和设计要求。根据当前设计市场的实际情况，对需要进行性能设计的项目范围作出了限制。充分肯定了体现本市研究成果的上海市地方规程，《上海市抗规》和《上海市高钢规》。例如，按《上海市抗规》的建议和条文，使用等效剪切刚度计算层刚度比；实现框架-核心筒结构二道防线的概念。又如，可按《上海市高钢规》设计高层钢结构。主要特点吸纳了已被工程实践证明、学术界已经形成共识、对设计有推动意义的成果。如允许采用厚板转换，可直接放大地震作用实现最小楼层剪力系数等。对嵌固端的设置作出了详细的解释。明确指出，当地下室顶板开大洞时，只要通过分析能证明满足嵌固的要求，应优先把建筑首层标高作为嵌固端。即使嵌固端设置在首层以下的标高，首层楼板和地下室顶板也必须满足规范对嵌固端的要求。制订了薄弱连接板、柱支承板和转换厚板的抗震设防标准。指出性能设计的重点是基于强度的小震设计和基于变形的大震设计，规定要以大震非线性分析得到的弹塑性应变作为性能评估的物理参数。在我国规范对性能准则尚无明确规定时，可参考先进国家的有关条文和我国学术界的研究成果。对于静力非线性分析（推覆分析）列出了原则性条文。指出了动力非线性分析中，合理选取大震波的重要性，且提出了明确要求。鼓励消能减震技术的应用。

技术要点说明

第一章

控制条件第1.2~1.4条性能设计的范围在鼓励进行性能设计的同时，规定只有对特别超高超限高层建筑，对具有3项及其以上特别不规则的一般超高高层建筑，对种类超过3种的多重复杂的结构体系或《抗规》、《高规》、《高钢规》暂未列入的其它高层结构体系，才需要进行性能设计。性能水准和性能段第1.5条性能设计的总体要求表9

性能目标表表10性能目标参参考表目标性能表表的重点是是基于强度度的小震设设计和基于于变形的大大震设计，，中震可修修是自动满满足的。设计人员应应根据结构构的特征，，按附件1表9进行不同的的组合。框架-核心筒结构构抗震目标标性能示例例（C级~D级）第1.6条严重不不规则强调了结构规则则性对抗震震的重要性性。随着经经济的发展展，出现了了一片不规规则造型的的高层建筑筑。有些属属于严重不不规则的结结构，对于于安全带来来巨大的不不确定性，，对投资造造成极其不不经济。因因此，有必必要重新论证建建筑方案。第二章高度超限或规则则性超限审查内容容第2.3条抗震概念设计和和一般规则则本条相当于结结构的抗震震设计准则则，是抗震震送审文本本的重要组组成部分。。结构专业业负责人应应该把设计计理念解释释清楚。第2.3.4条嵌固端的设置置应尽可能地把把嵌固端设设置在主楼楼的首层楼楼板标高。当地下室顶板板有较大的的洞口，除除了应满足足规范对嵌嵌固端的构构造要求以以外，应加加强洞口周周边的水平平构件和竖竖向构件，，把它们作作为强度控控制构件，，且在中震震或大震分分析中，仍仍处于基本本完好状态态，保证有有直接的传传力途径传传递上部结结构的底部部剪力至周周边的地基基土。而且且，需要通通过分析证证明，上部部结构周边边的楼板对对结构在首首层的侧向向位移有足足够的嵌固固作用。嵌固端只是一一个计算的的假定，仅仅仅意味着着嵌固端以以下的结构构对上部结结构的影响响，在计算算中可以予予以略去。。即使把嵌嵌固端设置置在首层以以下的楼层层，上部结结构的底部部剪力仍然然会沿着首首层楼板和和地下室顶顶板向外和和向下传递递。因此，，首层楼板板及地下室室的顶板仍仍需满足规规范对嵌固固端的要求求。第2.3.6条结构转转换方案可采用厚板板转换。厚板的厚度，比比较90年代，已经经减薄了不少。厚板传力直接，，其力学性性能要优于于梁搁梁的的转换方式式。当采用厚板转转换时，必必须进行楼楼板的应力力分析，满足厚板小震混混凝土核心心层不裂、、正截面和和斜截面按按中震极限限状态承载载力设计，，大震仍传传递水平力力和承受竖竖向荷载的的的抗震设设防标准。。第2.3.7条大底盘盘的多塔结结构上部结构应尽可能地地把单塔的的分析结果果作为设计计依据。大底盘高度度范围内内的塔楼楼部分，，宜以多多塔和单单塔分析析的包络络作为设设计依据据。大底底盘顶板板的受力力和配筋筋应考虑虑塔楼的的地震剪剪力及其其相位差差产生的的不利影影响。第2.3.8条伸臂臂层伸臂层上下下弦杆所所处的楼楼板将承承担极大大的水平平力，从从核心筒筒传递至至周边框框架，再再从周边边框架传传递至核核心筒。。而且，，与伸臂臂连接的的墙体承承受了巨巨大的弯弯矩。而而且，伸伸臂层往往往为结结构的加加强层，，因此，，应对伸伸臂层进进行有限限元分析析，且满满足构造造要求。。第2.3.11~2.3.12条楼板薄弱连接板、柱支承板、转换换厚板，，需要进行行楼板应应力分析析。以楼板的主主拉应力力作为楼楼板强度度设计的的依据。当采用分块块刚性概概念时，，宜进行行弹性时时程分析析复核楼楼板的应应力，已已计入各各子结构构的错动动对楼板板造成的的不利影影响。第2.3.13条高层层钢结构构的抗震震设计上海市于2008年颁布了了《高层建筑筑钢结构构设计规规程》DG/TJ08—32—2008。它体现现了本市市在高层层钢结构构设计领领域中的的研究成成果。全全国高层层钢结构构设计规规范的版版本过早早，新版版尚未颁颁布。因因此，本本市的高高层钢结结构，宜宜按上海海市高钢钢规进行行设计。。第2.4.3条非线线性模型型非线性模模型的建立和和判别比比线弹性性模型要要复杂得得多。结结构工程程师应当当清楚地地意识到到不是靠靠某一个个程序的的接力运运算就能能得到合合理的计计算结果果。对于钢筋混凝凝土构件件，按规规范构造造要求进进行配筋筋设计后后，混凝凝土为约约束混凝凝土。钢钢筋混凝凝土的研研究对象象是约束束混凝土土。性能能设计中中的性能能水准都都是按约约束混凝凝土试件件的试验验数据和和震害作作为基础础资料制制订的，，使用素混混凝土本本构关系系不一定定偏安全全，需要要经过详详细评估，建建议不要轻率率地使用用。第2.4.4条剪重重比当结构底部部的总地地震剪力力偏小，直接对全楼放放大地震震作用。。按放大大了的地地震作用用，进行行结构变变形验算算和构件件设计。。第2.4.5条剪力力分担比比按上海市抗抗规执行行。工程设计计实例表明明，只要要框架柱柱的水平平承担的的水平剪剪力按进进行行调整，，大震中中，框架架柱一般般都能起起到二道道防线的的作用。。需要进行行大震非非线性分分析验算算，核实实。本条的规规定同样样适合于于第2.4.6条的钢框框架-钢筋混凝凝土核心心筒结构构。第2.4.10地震波的的选取选择合适适的地震震波是一一件极其其困难的的工作，，涉及到到地震学学、地震震工程学学、地震震地质学学、结构构动力学学等各个个领域及及其交叉叉领域中中的专业业知识。。对于重大大建筑，，地震安安评单位位有责任任提供合合适的地地震波。。也可以以单独委委托有此此方面经经验的单单位提供供合适的的地震波波。对于非重重大建筑筑，原则则上可以以参考上上海市抗抗规附录录中的地地震波数数据库选选取合适适的地震震波。第2.5.3条抗震震薄弱部部位抗震薄弱弱部位是是指立面面收进、、楼板开开大洞、、平面深深凹槽等等容易引引起应力力集中的的部位。。对于这些些部位，，应该对对结构的的完整性性、配筋筋的连续续性、应应力集中中引起脆脆性破坏坏的可能能性均应应有相应应的综合合措施。。第三章屋盖超限限超限审审查内容容竖向振动动为第一一振型。。属于风敏敏感、温温度敏感感、稳定定敏感、、沉降敏敏感型的的结构。。分析模型型中应考考虑支承承体系与与屋盖系系统的相相互作用用，荷载载组合中中应考虑虑竖向地地震作用用，温度度作用和和风作用用。需要进行行材料非非线性和和几何非非线性的的双非线线性分析析。第二部分分基基于性能的抗抗震设计计第一节基于于规范和和基于性性能的抗震设计计方法1、定义把规范规定定的常规规抗震设设计方法法，即振型型分析反反应谱法法定义为基于规规范的法法定设计计方法，，简称法法定设计计法。2、性能设计的目目的应用非线线性分析析，通过过塑性变变形和性能准则对构构件和结结构的抗抗震性能能做全面面的评估估，用最最节约的的投资得得到最合合理的设设计。从从构件到到整体，，全面、、全过程程地监控控和掌握握结构的的非线性性行为，，使结构构设计具具有更高高的可信信度。对不同水水准的地地震、不不同类型型的构件件实行不不同方式式和不同同等级的的保护，，以节约约建造成成本，增增加投资资效益。。使结构能能适应建建筑和功功能的需需要。对对于基于于规范的的法定设设计法未未能涵盖盖的不规规则结构构，通过过性能设设计法证证明，与与法定设设计法设设计的类类似结构构比较，，至少具具有等同同的抗震震能力，，能够防防止倒塌塌、实现现生命安安全。规范提供供了安全全保障的的最低标标准。在在满足最最低标准准的前提提下，允允许发展展商对性性能水准准有不同同的选择择。鼓励结构构工程师师结构创创新和使使用高性性能材料料。1.2.3.4.5.性能设计计方法的的组成和和流程框框图钢筋混凝凝土结构性能能设计流流程框图图变形控制构件件和强度度控制构构件变形控制构件件是指预期期出现塑塑性铰构构件。例例如，滞滞回曲线线丰满的的框架梁梁、连梁梁和消能能减震组组件等。应满足变形的需需求/能力比。要求剪切屈服的延延性等级高于于弯曲屈服。不建议构件发生生剪切屈服。建议参考我国学术术界的研究成成果和美国ASCE41-06的具体规定。强度控制构件件是指预期不出出现塑性铰的的构件。例如如，延性能力力较差的框支支框架，转换换厚板和巨柱柱等。第二节设计计性能目标一、性能水准和可接受受准则1、性能水准和性能段段结构的抗震机机理是延性和和耗能。塑性性变形是判别别性能水准最最直接、最合合理的物理量量。性能水准准点对应的塑塑性变形值称称为性能准则则(AcceptanceCriteria)。这样，性能准则定义义为某一个性性能段的最大大塑性变形，，是性能水准准的定量判据据，非线性分分析和性能设设计之间的桥桥梁。2、性能准则二、性能目标和目标性性能性能表性能水准表（（FEMA273表2-9）性能目标表（（ASCE41-06表C1-1）性能目标矩阵阵表（ICC2006）各类建筑的最最低抗震性态态要求（通则CECS160:2004）第三节推覆覆分析一、基本原理理1、结构动力学学背景和能力谱谱推覆分析基本本原理图双折线能能力曲线2、ADRS谱传统设计谱和和ADRS设计谱能力谱与两种不同同格式设计谱谱的叠加二、弹塑性需求谱和和目标位移1、能力谱法能力谱法（ATC40）（改笔自PowellG.H.资料）2、修正能力谱法修正能力谱法法（PERFORM）3、位移系数法基本公式：顶点位移：侧向位移形形状修正系数数：非线性修正正系数，把弹弹性位移转换换为弹塑性位位移：捏拢、刚度度和强度退化化修正系数：效效应修修正系数位移系数法（（FEMA273）（改笔自PowellG.H.资料）4、等效线性法有效阻尼和和有效周期等效线性法（（FEMA440）（改笔自PowellG.H.资料）二、局限性1、高振型影响最大层间位移移与整体层间间位移之比(a)层位移(in)(b)层间位移(%)(c)层剪力(kips)8层剪力墙结构构推覆分析与与动力非线性性分析的比较（FEMA440）(a)层位移(b)层位移(带薄弱层)(c)层间位移9层钢框架结构构推覆分析与与动力非线性性分析的比较（FEMA440）2、推覆力的分布推覆力分布模态态有不变模态态和自适应模模态两大类。不变模态是指在推推覆过程中推推覆力分布的的模态自始至至终保持不变变。自适应模态是指指推覆力分布布的模态随着着位移形状的的改变不断地地进行调整。没有足够的分析成成果及严格的的数学理论能能够支持自适适应分布模态态一定比不变变分布模态能能精确多少。工程上，往往采用用不少于两种种分布模态进进行推覆分析析，需要结构构工程师应用用深厚的力学学知识和工程程经验来解读读分析结果，，做出综合判判断。四、实施要点建立弹性分析析模型。按能能力设计原理理及准准则选取合理理的抗震等级级，进行小震震线弹性分析析，使结构满满足必要的强强度需求。优化结构弹性性动力特性，，实现动力规规则性。结构构至少应具有有清晰的自振振特性，水平平振动与扭转转振动之间不不发生或少发发生耦联，减减少扭转的影影响。对于振振型不清晰或或扭转振动为为第一振型的的结构，建议议补充动力非非线性分析。。补充建立三维维非线性分析析模型。模型型应包含影响响结构非线性性行为的所有有因素。例如如，构件的屈屈服强度、屈屈服变形，约约束混凝土的的本构关系以以及与可接受受准则匹配的的约束箍筋，，梁两侧楼板板及板内纵向向钢筋对梁抗抗弯刚度与弯弯曲超强的影影响等等。预期构件的破破坏机制，区区分强度破坏坏构件和变形形破坏构件。。1.2.3.4.选取取构构件件合合适适的的非非线线性性模模型型。。对对剪剪力力墙墙可可采采用用纤纤维维模模型型或或分分层层壳壳单单元元模模型型，，对对梁梁、、柱柱可可采采用用集集中中塑塑性性铰铰模模型型。。选择择合合理理的的梁梁铰铰变变形形机机构构，，按按结结构构的的特特性性估估计计梁梁铰铰出出现现的的部部位位。。应应允允许许剪剪力力墙墙底底部部出出现现弯弯曲曲塑塑性性铰铰，，但但应应避避免免在在塑塑性性铰铰区区发发生生剪剪切切破破坏坏。。选择择合合适适的的推推覆覆程程序序。。程程序序应应至至少少具具备备两两个个或或两两个个以以上上推推覆覆力力分分布布模模态态，，如如振振型型SSRS/CQC组合合或或代代数数和和组组合合的的推推覆覆力力分分布布模模态态。。具具有有按按修修正正能能力力谱谱法法或或等等效效线线性性法法估估计计目目标标位位移移、、构构件件塑塑性性转转动动能能力力，，按按可可接接受受准准则则进进行行性性能能评评估估等等功功能能。。选择择合合适适的的推推覆覆方方向向。。建建议议除除了了沿沿结结构构振振动动主主轴轴方方向向以以外外，，补补充充沿沿主主要要抗抗侧侧力力构构件件方方向向的的推推覆覆分分析析。。对对于于非非对对称称建建筑筑，，尚尚需需进进行行正正反反两两个个方方向向的的推推覆覆。。5.6.7.8.9.10.11.12.选择择合合适适的的推推覆覆力力模模态态。。沿沿每每一一个个推推覆覆方方向向，，至至少少选选取取两两种种推推覆覆力力分分布布模模态态。。建建议议分分别别取取模模态态进进行行推推覆覆分分析析，，取取包包络络进进行行设设计计。。选择择合合适适的的可可接接受受准准则则。。在在我我国国尚尚未未做做出出明明确确规规定定之之前前，，建建议议参参考考美美国国ASCE41执行行。。据据最最新新的的研研究究成成果果，，ASCE41的可接接受受准准则则具具有有充充分分的的安安全全性性选择择确确定定性性能能点点的的方方法法。。可可采采用用修修正正能能力力谱谱法法或或等等效效线线性性法法。。建建议议在在许许可可范范围围内内，，可可以以选选择择这这两两种种方方法法进进行行分分析析，，应应用用结结构构工工程程师师的的工工程程经经验验加加以以判判别别，，决决定定取取舍舍。。求取取小小震震性性能能点点，，仔仔细细比比较较弹弹性性分分析析与与推推覆覆分分析析的的结结果果。。若若两两者者结结果果差差别别较较大大，，应应检检查查模模型型并并作作出出改改进进后后重重新新推推覆覆。。若若差差别别的的原原因因确确实实是是由由于于高高振振型型的的影影响响，，可可按按小小震震性性能能控控制制点点校校正正法法校校正正后后重重新新推推覆覆。。13.14.15.16.确定定小小震震性性能能点点，，评评估估结结构构及及构构件件是是否否达达到到小小震震目目标标性性能能，，处处于于基基本本弹弹性性或或运运行行控控制制性性能能段段。。观察察第第一一批批塑塑性性铰铰的的出出现现，，估估计计结结构构遭遭遇遇小小震震或或中中震震时时的的弹弹性性变变形形储储备备能能力力。。确定定大大震震性性能能点点。。以以结结构构最最大大弹弹塑塑性性层层间间位位移移角角及及构构件件塑塑性性铰铰转转动动作作为为指指标标，，建建立立结结构构整整体体位位移移与与构构件件局局部部变变形形间间的的关关系系，，评评估估构构件件及及结结构构是是否否达达到到预预期期的的目目标标性性能能，，处处于于破破坏坏控控制制性性能能段段或或有有限限安安全全性性能能段段。。全过过程程跟跟踪踪塑塑性性铰铰出出现现的的顺顺序序、、位位置置，，观观察察结结构构变变形形机机构构的的发发展展和和验验证证构构件件的的破破坏坏模模态态，，估估计计潜潜在在的的薄薄弱弱部部位位，，验验证证沿沿结结构构高高度度是是否否存存在在薄薄弱弱层层，，是是否否存存在在发发生生层层倒倒塌塌模模式式的的潜潜在在危危险险。。17.18.19.20.验证证内内力力重重分分配配是是否否会会引引起起强强度度控控制制构构件件及及节节点点的的超超载载发发生生脆脆性性破破坏坏，，是是否否自自始始至至终终都都具具有有完完好好的的传传力力途途径径。。估计计楼楼板板不不连连续续或或侧侧向向刚刚度度不不规规则则造造成成对对邻邻近近竖竖向向构构件件的的影影响响。。对于于墙墙体体底底部部出出现现弯弯曲曲塑塑性性铰铰的的结结构构，，应应控控制制性性能能目目标标。。当当性性能能目目标标超超过过生生命命安安全全水水准准，，处处于于有有限限安安全全控控制制段段时时，，应应充充分分重重视视多多自自由由度度体体的的赘赘余余度度和和系系统统超超强强作作用用，，限限制制最最小小底底部部剪剪力力，，考考虑虑底底部部弯弯曲曲塑塑性性铰铰区区向向上上延延伸伸的的可可能能性性。。建建议议首首层层的的配配筋筋至至少少向向上上延延伸伸一一层层或或贯贯通通全全部部底底部部加加强强区区。。领衔编编制抗抗震专专项审审查报报告的的结构构工程程师应应具备备丰富富的工工程经经验、、广博博的地地震工工程学学知识识及解解读非非线性性分析析结果果的能能力。。五、基基于推覆分分析的的输入入地震动加速度度记录核核定准准则非线性性分析析模型型与方方法不不确定定性的的比较较1、随机机事件件的确定定性分分析5层钢结结构带带支撑撑框架架对30条地震震记录录的地地震反应（VamvatsikosandCornell,2000）动力非非线性性分析的的波形形选取取动力非非线性性分析析结果果具有有巨大大的离离散性性。选择合合适的的地震震波是是一件件极其其困难难的工工作，，涉及及到地地震学学、地地震工工程学学、地地震地地质学学、结结构动动力学学等各各个领领域及及其交交叉领领域中中的专专业知知识。。选取大大震波波的原原则和和过程程应该该是透透明的的。对于需需要进进行动动力非非线性性分析析的项项目，，应该该对大大震的的选取取的合合理性性有专专题论论述。。对于提提供大大震波波的单单位，，在提提供大大震波波形的的同时时，应应该提提供选选波报报告。。2、推覆分析析的数数学意意义反应谱谱理论论及流流程框框图抗震分分析方方法之之间的的对应应关系系在线性性阶段段，若若使用用第一一振型型作作为加加载模模态，，相当当于第第一振振型的的反应应谱分分析。。在非线线性阶阶段，，可以以解释释为适适用于于线性性结构构的反反应谱谱分析析法对对非线线性系系统分分析的的延伸伸和扩扩展。。这种延延伸和和扩展展带来来理论论上的的不完完整性性及分分析结结果的的不确确定性性，一一方面面用准则建建立弹弹性反反应谱谱和弹弹塑性性反应应谱之之间的的某种种联系系，使使从弹弹性需需求谱谱估计计的弹弹塑性性需求求谱也也具有有统计计意义义上