超限高层建筑抗震设计重点与难点--华东院总工周建龙

 第 1 页 共 10 页 华东院周建龙总工讲超限高层建筑抗震设计重点与难点 编制依据 《建筑抗震设计规范》送审稿 《高层建筑混凝土结构技术规程》 （征求意见稿） 《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》 （建设部令第111号） 《上海市超限高层建筑设防管理实施细则》 （沪健 【2003】702号） 广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》 （jgj3‐2002）补充规定 江苏省《房屋建筑工程抗震设防审查细则》 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质【2006】220号） 《关于加强超限高层建筑抗震设防审查工作的建议》 （2007年工作会议） 《关于加强超限高层建筑工程抗震设防审查技术把关的建议》 （2009年2月6号） 《超限高层建筑抗震工程抗震设计指南》 （第二版吕西林主编）  超限的认定 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》 建质【2006】220号 新抗震规范及高层混凝土结构规范推出后，其划分范围作相应调整 将大跨结构纳入审查 将市政工程纳入审查 CECS如与抗规及高规矛盾，以高规及抗规为主 上海工程还需满足《上海市超限高层建筑设防管理实施细则》 （沪建建【2003】702号）  计算分析总体要求  总体判断，根据受力特点建模 计算参数选取要合理 计算假定要符合实际受力 计算结果应进行分析判断  计算参数的选取 连梁的单元形式（杆单元或壳单元） 巨柱采用杆或壳单元 墙单元最大单元尺寸 楼板单元是否合理 阻尼比的选择 连梁刚度的折减 周期折减系数 最不利地震方向（正方形增加45°） 最不利风荷载方向 施工模拟的方式 嵌固端的选取 特殊构件的定义 足够的振型数量 是否考虑p‐△效应  第 2 页 共 10 页 考虑偶然偏心 混凝土柱的计算长度系数（地下室、悬臂梁）   计算结构的总体判断  质量＆荷载沿高度分布是否合理  振型、周期、位移形态和量值是否合理  地震作用沿高度分布是否合理  单工况下总体和局部力学平衡条件是否满足  对称部位构件的内力及配筋是否相近  不同程序的比较  受力复杂构件（如转换构件等）内力及应力分布与概念、经验是否一致  嵌固端的要求 地下室与土0.00的刚度比≥2（上海地区为1.5） 楼板厚度大于180 地下室刚度不计入离主楼较远的外墙刚度 土0.00水平传力不连续时，嵌固端应伸至地下室，并对大开口周边梁、板配筋加强 地下室外墙离主楼较远，可在主楼周边设置剪力墙，直接将水平力传给底板 土0.00有较大高差时，在高差处设置垂直向剪力墙，且采取存在高差处的柱子箍筋加密，水平传力梁加腋等措施，确保水平力传递 嵌固端设在地面层，宜设刚性地坪，确保传力可靠 回填土对地下室约束系数，一般地下室填3，几乎完全约束时填5，刚性约束填负数。 嵌固端在地面层或地下层时，仅表示嵌固端的水平位移受到约束，而转角不能设为约束。 嵌固端及下一层的抗震等级同土0.00，其余地下室的抗震等级可设为3级  楼层刚度比 抗震设计，对框架结构、框架承担倾覆力矩大于50%的框架‐剪力墙和板柱‐剪力墙结构，楼层侧向刚度可取楼层剪力与层间位移之比，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80% 对框架承担倾覆力矩不大于50%的框架‐剪力墙和板柱‐剪力墙结构，剪力墙、框架‐核心筒结构、桶中桶结构，楼层侧向刚度可取楼层剪力与楼层层间位移角之比，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的90%，楼层层高大于相邻上部楼层侧向刚度的1.1倍，底层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的1.5倍。 对转换层结构，宜采用剪切刚度比，控制转换层上下主体结构抗侧刚度不小于70%，当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度不小于相邻上部楼层的60% 当底部大空间为1、2层时，可近似采用转换层上下结构等效剪切刚度γ表示转换层上下结构刚度的变化，γ宜接近1，非抗震设计时不应大于3；（γ为上部剪切刚度比与下部楼层剪切刚度比的商） 当底部大空间大于2层，其转换层上下结构等效剪切刚度γe(见高规附录)表示转换层上下结构刚度的变化，γ不大于1.3，非抗震设计时不应大于2 上海工程应采用剪切刚度比 地震波的选择要求  第 3 页 共 10 页 每条时程曲线计算的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的65%，一般也不应大于振型分解反应谱法求得的135%，多条时程曲线计算的结构底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱法求得的80% 时程曲线数量随工程高度及复杂性增加，重要工程不少于5~7组 地震加速度时程曲线应通过傅立叶变换与反应谱进行比较，对超高层建筑，必要时考虑长周期地震波对超高层结构的影响 输入地震加速度时程曲线应满足地震动三要素要求，即有效加速度峰值、频谱特性和持时要求。每组波形有效持续时间一般不少于结构基本周期的5~10倍和15s，时间间距取0.01s或0.02s；输入地震加速度记录的地震影响系数与振型反应谱法采用的地震影响系数相比，在各周期点上相差不宜大于20% 对于有效持续时间，以波形在首次出现0.1倍峰值为起点，以最后出现0.1倍为终点，对应区间为有效持时范围。 对超高层建筑，在波形的选择上，在符合有效加速度峰值、频谱特性和持时要求外，满足底部剪力及高阶振型的影响，如条件许可，地震波的选取，尚应考虑地震的震源机制。 对于双向地震输入的情况，上述统计特性仅要求水平主方向，在进行底部剪力比较时，单向地震动输入的时程分析结果与单向振型分解反应谱法分析结果进行对比，双向地震动输入的时程分析结果与双向振型分解反应谱法分析结果进行对比。 采用的天然地震波宜采用同一波的xyz方向，各分量均应进行缩放，满足峰值及各自比例要求。 采用天然波进行水平地震动分析时，每组自然波应按照地震波的主方向分别作用在主轴x及y方向进行时程分析。 人工波无法区分双向，在采用其时程分析时可考虑两个方向作用不同的人工波。每组人工波应按照主要地震波分别作用那个在主轴x及y方向进行时程分析。  地震安评与反应谱 是否安评按项目重要性及项目建设地要求执行。 场地安全评估报告一般应满足《工程场地地震安全性评价》GB17741‐2005要求： 小震分析时，宜取按规范反应谱计算结果和安评报告计算结果的基底剪力较大值，不应部分采用规范参数，部分采用安评参数，计算结果同时必须满足规范最小剪力系数的要求。 中震、大震一般以规范为主，也可采用大于规范值的安评参数，此时不考虑最小剪力系数。 小震计算结果取多条波的平均值，超限程度较大应取包络值，以发现需要加强的楼层范围和加强程度。 如果拟建工程基础埋置很深，如经专家论证也可采用基底的反应谱曲线及地震波数据。  阻尼比 抗震设计：钢结构：高度不大于50m，取0.04；高度大于50m，且小于200m时，取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02 混合结构：0.04 混凝土：0.05 罕遇地震弹塑性分析，阻尼比取0.05 抗风设计：0.02~0.04 （根据房屋高度及结构形式，以及风荷载回归期取值）。一般，风荷载作用下，结构承载力验算时阻尼比取0.02~0.03，变形验算取0.015~0.020，顶部加 第 4 页 共 10 页 速度验算取0.01~0.015。  高度超限计算分析要求 验算楼层剪力的最小剪重比，控制结构整体刚度。 足够振型数量，满足振型参与的有效质量大于总质量的90% 应验算高层建筑的稳定性（刚重比验算至多数人员到达的最高高度）,并决定是否考虑p‐△影响。 基础设计时应验算整体结构的抗倾覆稳定性；验算桩基在水平力最不利组合情况下桩身是否会出现拉力或者过大压力 应验算核心筒墙体在重力荷载代表值作用下的轴压比。 应进行弹性时程分析法的补充计算，计算结果与反应谱结果进行对比，找出薄弱层。 非荷载作用（温度、混凝土收缩徐变、基础沉降等）对结果受力影响进行分析 高度超B级较多应调整框架部分承担水平力至规范上限（取0.20V0、1.5VMAX的较大值） 高度不超过150m，可采用静力弹塑性方法，高度超过200m，应采用弹塑性时程分析；高度150~200m，根据结构的变形特征选择。高度超300m或新体系结构需要两个单位两套软件独立计算校核。 混合结果或对重力较为敏感的结构（转换，倾斜）等应进行施工过长模拟计算 验算结果顶部风荷载作用下的舒适度（验算至上人最高层） 必要时进行抗连续倒塌设计。 根据建筑物的高度及复杂程度，应提高主要抗侧力构件的抗震性能指标（中震弹性、中震不屈服、或仅加强部位中震不屈服） 采用抗震性能更好的型钢混凝土（钢骨混凝土、钢管混凝土、钢筋芯柱、钢板剪力墙）结构 控制核心筒截面的剪应力水平、轴压比，小墙肢的轴压比和独立墙肢的稳定性验算 加大核心筒约束边缘构件的范围，如将核心筒约束边缘构件的范围延伸至轴压力0.2以下范围。 采取保证核心筒延性的措施 控制核心筒底部的层间有害位移角，如抗震底层位移角不大于1/2000 验算中震或大震下外围柱子的抗倾覆能力及受拉承载力 基础设计时考虑底层柱脚或剪力墙在水平荷载作用下是否出现受拉并采取合适构造措施 设置地震观测仪器或风速观测仪 必要时，整体结果模型实验及节点试验   平面不规则计算分析要求： 考虑楼板平面内弹性变形 楼板缺失严重时，按单榀验算构件承载力，并宜尽量增加结构的刚度。 楼板缺失应注意验算跨层柱的计算长度，长短柱并存时，外框的长柱可按短柱的剪力复核承载力；必要时，跨层短柱按大震安全复核承载力。 仅局部少量楼板，宜并层计算 大开洞，局部楼板宜按大震复核平面内承载力 应验算狭长楼板周边构件的承载力，并按照偏拉构件设计 如层间位移小于1/2500，对位移比适当放松，放松限值可较规范放松1/3.如构件承载力 第 5 页 共 10 页 满足中震弹性的要求，则底部的扭转位移比可适当放松至1.8 受力复杂部位的楼板应进行应力分析，楼板内应力分析一般可采用膜单元分析，并在板中部配置必要加强钢筋，当验算楼板受力复杂，楼板应采用壳元，与楼板平面外重力荷载产生的应力进行叠加 缺口部位加设拉梁（板），且这些梁（板）及周围的梁板的配筋进行加强 对于平面中楼板间连接较弱的情况，连接部位楼板宜适当加厚，配筋加强，必要时设置钢板控制抗侧力墙体间楼板的长宽比 大开口周边的梁柱配筋应进行加强，特别是由于开口形成的狭长板带传递水平力时，周边梁的拉通钢筋，腰筋等应予加强。 连廊等与主体连接采用隔震支座或设缝断开主楼与裙房在地面以上可设置抗震缝分开。 扭转位移超标时，超标部位附近的柱子及剪力墙的内力应乘以放大系数，配筋应进行加强 加强整体结构的抗扭刚度，加强外围构件的刚度，避免过大的转角窗和不必要的结构开洞。 对于平面超长的结构，结构布置应考虑减少温度应力对结构的影响   竖向不规则的计算分析要求 （加强层） 通过计算分析布置加强层，布置1个加强层可设置在0.6倍房屋高度附近；布置2个加强层时，可分别设置在顶层和0.5倍房屋高度附近；布置多个加强层时，宜沿竖向从顶层向下均匀布置，加强层也可同时设置周边水平环带构件。水平伸臂构件、周边环带构件可采用斜腹杆桁架、实体梁、箱形梁、空腹桁架等形式。 加强层的刚度不宜过大，避免内力突变，其布置数量除考虑受力要求外，也应考虑对施工工期的影响。 带巨型柱的带加强层结构体系，周边水平环带构件对总体结构的刚度影响较小，可适当减小其周边水平环带构件的道数及刚度 应进行重力荷载作用下符合实际情况的施工模拟分析，特别应考虑外伸桁架后期封闭对结构受力的影响。 抗震设计时，需进行弹性时程分析补充计算，必要时进行弹塑性时程分析的计算校核 在结构内力和位移计算中，加强层楼板宜考虑楼板平面内变形影响，加强层上下刚度比按弹性楼盖假定进行整体计算；伸臂杆件的地震内力，应采用弹性膜楼盖假定计算，并考虑楼板可能开裂对面内刚度的影响。 伸臂桁架所在层及相邻层柱子、核心筒墙体、进行加强，加强层附近的核心筒墙肢应按底部加强部位要求设计，加强层及其相邻层的框架柱、核心筒剪力墙抗震等级应提高一级采用，一级应提高至特一级，但抗震等级已经为特一级时，允许不提高，加强层及其相