超限高層建筑工程抗震設計指南

1、超限高層建筑工程抗震設計指南 (征求意見稿二 OO 八年十二月二十日第二版前言2005年 1月, 超限高層建筑工程抗震設計指南 (以下簡稱指南 第一 版由當時的上海市建設和管理委員會以滬建建 200538號文批準發(fā)布,在此后實 施的四年時間里,原指南為提高上海市超限高層建筑工程抗震設計質量,加 快抗震專項審查的進度,促進審查工作的規(guī)范化和科學化,發(fā)揮了重要作用,同 時也為全國相關省市的超限高層建筑工程的抗震設防審查提供了重要的參考。 四年來, 上海的超限高層建筑工程有了進一步的發(fā)展, 積累了新的審查經驗, 國家有關部門也對抗震審查提出了新的要求。 2006年, 原建設部發(fā)布了修訂后的 超限高層

2、建筑工程抗震設防專項審查技術要點 (建質 2006220號,以下簡稱 技術要點 。 2007年,全國超限高層建筑工程抗震設防審查專家委員會發(fā)布 了 2007年工作會議文件: 關于加強超限高層建筑抗震設防審查工作的建議 、 超 限高層建筑結構抗震性能目標的建議和超限高層建筑抗震設計可行性論證報 告的參考格式及要點 。 2008年,全國超限高層建筑工程抗震設防審查專家委員 會又發(fā)布了 關于加強超限高層建筑工程抗震設防審查技術把關的建議 , 對 技 術要點執(zhí)行中需要注意的若干問題提出了一些建議 (征求意見稿 ,包括關于 進一步明確超限高層建筑工程范圍的建議 、 關于超限高層建筑工程抗震設防審 查結論

3、的基本要求和關于超限高層建筑抗震設防專項審查的若干建議 。據 此,編制組對原指南進行了修訂,以更好地滿足上海市超限高層建筑工程建 設和管理的需要。與原指南相比,本指南正文增加了兩章內容“結構抗 震性能設計的基本要求”和“結構抗震體系的基本要求” ,附錄增加了“超限高 層建筑抗震設計可行性論證報告的參考格式及要點” ,并對其余部分內容進行了 充實和完善。本指南 (征求意見稿 是在原指南基礎上,經編制組專家對超限高層 建筑工程在近些年的新發(fā)展、積累的新經驗和新成果的科學總結和提煉基礎上完 成的。請各單位和專家結合各自的工程實際提出意見,并請將意見寄往同濟大學 結構工程與防災研究所(上海市四平路 1

4、239號同濟大學內,郵編 200092 ,或發(fā) 送電子郵件至 jhj73。 編制組將在廣泛征求各單位和專家意見的基礎 上,對征求意見稿進行進一步的修改和完善。本指南編寫單位和人員如下:主編單位:同濟大學參編單位:上海市建筑科學研究院有限公司華東建筑設計研究院有限公司上海建筑設計研究院有限公司同濟大學建筑設計研究院中國船舶工業(yè)總公司第九設計研究院上海市抗震辦公室上海長福工程結構設計事務所編寫人員:主 編 呂西林(以下按姓氏筆劃排列丁潔民 葉光新 汪大綏 扶長生 周國鳴 胡紹隆 顧嗣淳 錢 江 蔣歡軍上海市建設工程標準定額管理總站 二 OO 八年十二月第一版前言根據上海市建設和管理委員會滬建建 2

5、003第 87號文關于下達 2003年上海 市工程建設規(guī)范和標準設計編制計劃的批復,由同濟大學結構工程與防災研究所 會同有關設計和研究單位的技術人員組成編制組,參照國家和上海市有關規(guī)范、 規(guī)程及建設部超限高層建筑工程抗震設防管理規(guī)定 ,結合上海市多年來的超 限高層建筑工程實踐及抗震設防專項審查工作經驗,編制了超限高層建筑工程 抗震設計指南 (以下簡稱指南 。本指南是在廣大從事高層建筑抗震研究和設計工作者的多年工程實踐經 驗的基礎上,經編制組專家的提煉和概括,并經多方面征求意見后完成的。自改 革開放至今,上海已建、在建和擬建的高層建筑工程達 6000多幢,其中有不少 屬超限高層建筑工程。 199

6、7年建設部為加強抗震設防管理,發(fā)布了第 59號部令 超限高層建筑工程抗震設防管理暫行規(guī)定 。 1998年上海市建設和管理委員會 建立了上海市抗震設防審查專家委員會,并開展了本市的超限高層建筑工程初步 設計抗震設防專項審查工作,累計審查項目已達 400多項,涉及數(shù)千個建筑結構 單體。對包括各種結構類型的住宅、商業(yè)、辦公、通訊、醫(yī)院、體育等典型超限 高層建筑工程,以本市抗震設防專家進行逐項審查的方式,盡力消除結構設計隱 患,提高結構抗震安全性和控制設計質量。 2003年,建設部將 59號部令修改發(fā) 布為超限高層建筑工程抗震設防管理規(guī)定的第 111號部令。本指南的發(fā) 布,就是為了更好地滿足上海市超限

7、高層建筑工程建設和管理的實際需要。 本 指南 不是強制性技術標準, 而是幫助設計人員理解有關抗震設計標準、 掌握超限高層建筑工程抗震設防審查要求、進一步提高超限高層建筑工程抗震設 計質量的指導性技術資料。因此,本指南的編寫中,文字表述方面既使用了 規(guī)范(標準的常用語言,也使用了類似“條文說明”和教科書中講明道理的表 達方法。限于條件,本指南中尚有不少問題有待于今后進一步深入研究和更多的 工程實踐來完善。因此,請各單位在使用本指南的過程中,結合工程實際, 注意總結經驗和積累資料,如發(fā)現(xiàn)需要修改和補充之處,請將意見和資料寄往同 濟大學結構工程與防災研究所 (上海市四平路 1239號同濟大學內, 郵

8、編 200092 , 以便今后進一步修改完善。本指南編寫單位和人員如下:主編單位:同濟大學參編單位:上海市建筑科學研究院有限公司華東建筑設計研究院有限公司上海建筑設計研究院有限公司同濟大學建筑設計研究院中國船舶工業(yè)總公司第九設計研究院上海市抗震辦公室編寫人員:主 編 呂西林(以下按姓氏筆劃排列丁潔民 葉光新 汪大綏 周國鳴 胡紹隆 顧嗣淳 錢 江上海市建設工程標準定額管理總站 二 OO 五年一月目 錄1 總則 12 術語和符號 3 2. 1 術語 32. 2 主要符號 33 超限高層建筑工程的認定和抗震概念設計 5 3. 1 建筑物高度超限的認定 5 3. 2 高度超限控制及概念設計要求 6

9、3.3 建筑物規(guī)則性超限的認定 6 3.4 建筑物規(guī)則性超限程度控制 93.5 特殊超限情況的處理 124 結構抗震性能設計的基本要求 23 4.1 地震設防水準 23 4.2抗震性能水準 23 4.3抗震性能目標 244.4 實施結構抗震性能設計的方法 . 245 結構抗震計算分析的基本要求 28 5.1 計算分析方面的總體要求 28 5.2 超限大跨空間結構的要求 29 5.3高度超限時的抗震計算分析要求 29 5.4平面規(guī)則性超限時的計算要求 30 5.5立面規(guī)則性超限時的計算分析要求 305.6結構扭轉效應的控制 . 326 結構抗震體系的基本要求 33 6. 1 結構體系的一般要求

10、33 6. 2 板柱結構體系 34 6.3 鋼管混凝土結構體系 366. 4 巨型結構體系 377 結構抗震構造措施要點 39 7. 1 高度超限時的抗震構造要求 39 7. 2 平面規(guī)則性超限時的抗震構造要求 39 7.3立面規(guī)則性超限時的抗震構造要求 397. 4 減少結構地震扭轉效應的措施 418 地基基礎抗震設計要求 428. 1 高度超限時地基基礎的抗震要求 42 8.2 平面不規(guī)則或平面尺寸過長時的抗震要求 42 8.3 豎向不規(guī)則或建筑物高差較大時的抗震設計要求 428.4 超限高層建筑下有液化土層和軟弱土層時的抗震措施 429結構抗震試驗的要求 43 附錄 A 超限高層建筑工程

11、專項審查送審資料實例 .44 附錄 B 鋼筋混凝土構件的骨架曲線和恢復力關系 .55 附錄 C 超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點 .61 附錄 D 超限高層建筑抗震設計可行性論證報告的參考格式及要點 721 總則1.0.1 為更好地貫徹執(zhí)行中華人民共和國建筑法和中華人民共和國防震 減災法 ,并實行以預防為主的方針,提高超限高層建筑工程抗震設計質量,制 定本設計指南。1.0.2 按本設計指南進行抗震設計的建筑,其最低抗震設防目標是:當遭受低 于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震影響時,一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使 用;當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的地震影響時,可能損壞,經一般修理或 不需修

12、理仍可繼續(xù)使用;當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度預估的罕遇地震影響 時,不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。1.0.3超限高層建筑工程,是指超出國家和上海市現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適 用高度和適用結構類型的高層建筑工程,體型特別不規(guī)則的高層建筑工程,以及 有關的政府管理機構文件中規(guī)定應當進行抗震專項審查的高層建筑工程。 1.0.4 本設計指南是對國家建筑抗震設計規(guī)范( GB50011-2001、 高層建 筑混凝土結構技術規(guī)程(JGJ3-2002、 高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程 ( JGJ99-98、 建筑工程抗震設防分類標準 (GB50223-2004 、上海市高層建 筑鋼結構設計規(guī)程 (DG/TJ08

13、-32-2008 、上海市鋼筋混凝土高層建筑筒體結 構設計規(guī)程 (DGJ08-31-2001 、上海市高層建筑鋼混凝土混合結構設計工 程 (DG/TJ08-015-2004 和上海市 建筑抗震設計規(guī)程 (DGJ08-9-2003的補充。 遵循本指南進行抗震設計的超限高層建筑工程,還應符合國家和上海市現(xiàn)行的有 關強制性標準的規(guī)定。1.0.5超限高層建筑工程抗震設計時,除應遵守現(xiàn)有技術標準的要求外,還應 有特殊的要求,包括下列內容:1 超限程度的控制和結構抗震概念設計;2 結構抗震性能設計的要求;3 結構抗震計算分析的要求;4 結構抗震體系的要求;5 結構抗震構造措施的要求;6 地基基礎抗震設計要

14、求;7 必要時,應包括結構抗震試驗的要求。1.0.6本設計指南倡導建筑形體多樣化與結構受力合理性統(tǒng)一的原則,使建筑 物既滿足建筑功能和形體美觀的要求,又保證地震下的結構安全。本設計指南也 倡導抗震結構的概念設計與計算分析并重的原則,設計者應通過已有的工程經 驗、仔細的結構抗震概念設計、精細的結構分析、有針對性的抗震措施或必要的 結構抗震試驗驗證,來滿足超限高層建筑工程抗震設計時的特殊要求。1.0.7當在現(xiàn)有的技術和經濟條件下,結構安全與建筑美觀之間出現(xiàn)矛盾時,應以結構安全為重。影響結構安全的建筑方案,包括局部方案,均應服從結構安 全的需要;當結構采取措施能解決安全問題而不影響建筑構思時,應明確

15、結構采 取措施所需增加的投入,以供業(yè)主決策。2 術語和符號2.1 術語2.1.1高層建筑 tall buildings10層及 10層以上或房屋高度大于 28m 的建筑物。2.1.2房屋高度 building height自室外地面至房屋主要屋面的高度。2.1.3 高寬比 ratio of height to width of building plan (aspect ratio of buildings 房屋高度與建筑平面寬度之比。2.1.4 抗震設防標準 seismic fortification criterion衡量抗震設防要求的尺度,由抗震設防烈度和建筑使用功能的重要性確定。 2.

16、1.5建筑抗震概念設計 seismic concept design of buildings根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想,進行建筑和 結構總體布置并確定細部構造的過程。2.1.6 抗震措施 seismic fortification measures除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內容,包括抗震構造措施。 2.1.7 抗震構造措施 details of seismic design根據抗震概念設計原則,一般不需計算而對結構和非結構各部分必須采取的 各種細部要求。2.1.8 抗震性能水準 seismic performance levels建筑物在預計的地震作用

17、下所允許的最大破壞程度。2.1.9抗震性能目標 seismic performance objectives也稱抗震設防目標,是針對各級地震設防水準期望建筑物達到的抗震性能水 平。2.2 主要符號C30表示立方體強度標準值為 30N/mm2的混凝土強度等級;K i 表示第 i 樓層的等效剪切剛度;b 建筑平面局部突出寬度;b c 建筑平面局部凹口累計深度或樓板開洞寬度;B 建筑平面的典型寬度;B max 建筑平面最大寬度;H 房屋高度;l 建筑平面局部突出長度;l c 建筑平面局部凹口長度或樓板開洞長度;L 建筑平面長度;S 1、 S 2 建筑平面中開洞兩側的樓板有效寬度;RE 承載力抗震調整

18、系數(shù);R 、 k R 分別為結構構件承載力設計值和標準值;GE S 、 Ek S 分別為重力荷載代表值的效應和多遇地震作用標準值的效應; Ehk S 、 Evk S 分別為多遇水平地震作用和豎向地震作用標準值的效應; wk S 風荷載標準值的效應;GE V 、 Ek V 在結構構件中分別由重力荷載代表值和多遇地震作用標準值產生的 剪力;ck f 、 tk f 分別為混凝土抗壓強度標準值和抗拉強度標準值。3 超限高層建筑工程的認定和抗震概念設計3.1 建筑物高度超限的認定建筑物高度超過表 3. 1. 1規(guī)定高度的高層建筑工程,屬高度超限的高層建筑 工程。表 3.1.1 高層建筑的最大適用高度(m

19、 結構體系抗震設防烈度 6度 7度 8度混 凝 土 結 構框架框架-剪力墻全部落地剪力墻部分框支剪力墻部分短肢剪力墻框架-核心筒筒中筒板柱-剪力墻錯層的剪力墻和框架-剪力墻混合 結構鋼框架-鋼筋混凝土筒體 型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土筒體鋼 結 構框架框架-支撐 (抗震墻板 各類筒體和巨型結構對表 3.1.1中結構體系的說明:1 平面和豎向均不規(guī)則,或 IV 類場地,最大適用高度降低 20%。2 近年來全國和地方規(guī)范中出現(xiàn)了 “部分短肢剪力墻結構” 的術語, 但對 “部 分”的定義全國和地方規(guī)范中都沒有給出。根據結構分析研究和上海市的工程實 踐,用短肢剪力墻截面面積與同一層中所有剪力墻截面面積的

20、比例(簡稱短肢墻 比例 ,可以來近似地定義“部分短肢剪力墻”結構,并采取結構抗震設計措施。 當短肢墻比例不大于 20%時, 可以按全部落地剪力墻結構控制建筑物的高度, 但 短肢墻部分的抗震措施仍應按短肢墻的規(guī)定執(zhí)行。當采用短肢墻比例進行判別 時,應在建筑物的兩個主軸方向分別計算,取較大的比例作為控制條件。3 鋼筋混凝土板柱-剪力墻結構是指無內部縱梁和橫梁的無梁樓蓋結構,對 這種結構體系的抗震研究很少,因此設計規(guī)范中一般都對這種結構的高度限制較 嚴。由于目前在高層建筑中應用的無梁樓蓋體系中樓板的厚度越來越大,原有的 設計規(guī)定也不一定全部適用。根據上海市的工程經驗,在這種結構體系中,當樓 板的厚度

21、不小于相應跨度的 1/18時,可以按框架-剪力墻結構控制建筑物的高度,但在結構設計時仍應在框架受力方向設置暗梁。應該指出,采用較厚樓板的 無梁樓板體系雖可以滿足內部美觀或一些特殊建筑功能的要求,但會明顯增加整 個結構的混凝土用量和建筑物自重,對結構抗震是不利的。3.2 高度超限控制及概念設計要求1 鋼筋混凝土框架結構房屋,其高度不宜超過表 3.1.1的最大適用高度。超 過時宜改用框架剪力墻結構。2 部分短肢剪力墻結構房屋,其高度不宜超過表 3.1.1的最大適用高度。超 過時宜改用框架剪力墻結構或剪力墻結構。3 鋼筋混凝土框架核心筒結構房屋,丙類建筑的高度不宜超過高層建筑 混凝土結構技術規(guī)程(J

22、GJ3-2002中 B 級高度建筑的最大適用高度,乙類建筑 的超高程度宜從嚴控制。接近上述超高上限時,宜在結構的底部采用勁性混凝土 柱、鋼管混凝土柱或者鋼管與混凝土雙重組合柱。大于超高上限時,宜改變結構 體系,例如改為筒中筒結構、巨型結構或鋼與混凝土混合結構等。4 鋼筋混凝土筒中筒結構房屋,丙類建筑的高度不宜超過高層建筑混凝土 結構技術規(guī)程(JGJ3-2002中 B 級高度建筑的最大適用高度,乙類建筑的超高 程度宜從嚴控制,超過上述限值時宜改變結構類型,采用強度和延性更好的結構 材料和結構體系。3.3 建筑物規(guī)則性超限的認定下列工程為規(guī)則性超限的高層建筑工程:1 同時具有下述三項或三項以上不規(guī)

23、則情況的高層建筑工程:(1 樓層的最大彈性水平位移(或層間位移大于該樓層兩端彈性水平位移 (或層間位移平均值的 1.2倍(計算該指標時應采用剛性樓板模型 ,或偏心率 大于 0.15,或相鄰層質心相差較大;(2 建筑平面長寬比抗震設防烈度 7度時大于 6. 0, 抗震設防烈度 8度時大于 5. 0;(3 結構平面凹進的長度(從按抗側力構件截面中心線算起,設置的拉梁不 能視為平面輪廓,下同大于相應投影方向總尺寸的 30%;或凸出的長度大于相 應投影方向總尺寸的 30%, 且凸出的寬度小于相應投影方向總尺寸的 30%或小于 凸出長度的 50%(見圖 3. 3. 1-1 ;圖 3. 3. 1-1 結構

24、平面凹進或凸出不規(guī)則示意圖(4 結構平面為角部重疊形或細腰形;(5 樓板的尺寸和平面剛度急劇變化,例如,有效樓板寬度小于該層樓板典 型寬度的 50%,或開洞面積大于該層樓面面積的 30%(見圖 3. 3. 1-2 ; (6 等效剪切剛度小于相鄰上層的 70%,或小于其上相鄰三個樓層等效剪切 剛度平均值的 80%(結構出現(xiàn)軟弱層 ;(7 除頂層或高度小于主樓高度 20%的裙房(輔樓外,局部收進的水平向 尺寸大于相鄰下一層的 25%(結構出現(xiàn)軟弱層 ;(8 下部樓層水平尺寸小于上部樓層水平尺寸的 0.9倍, 或整體外挑尺寸大于 4m ;(9 結構體系屬于 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程 (JGJ3,

25、以下簡稱 高規(guī) 第 10章定義的復雜高層建筑結構:包括帶轉換層的結構(抗震設防烈度 7度時lL b 5. 03. 0<<或 max30. 0B l >maxB LlL b 5. 03. 0<<或 max30. 0B l >maxB L1115. 03. 0l L b <<或 1L Lb 30. 02>max130. 0B l >2B 2225. 03. 0b B l <<或 LmaxB max30. 0B l >maxB lL b 5. 03. 0<<或 max30. 0B l >LmaxB max

26、B max30. 0B l >轉換層位于 5層以下,抗震設防烈度 8度時轉換層位于 3層以下 、帶加強層結 構、錯層結構(錯層高度 600mm或梁高 、連體結構、多塔樓結構等復雜的高 層建筑(任一類型按一項不規(guī)則計 ;(10 抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一層的 80%(結構出現(xiàn)薄弱 層 。注:結構的任何樓層不能既是軟弱層又是薄弱層; 在計算層間受剪承載力時, 應采用實際的截面尺寸和材料強度標準值,在正負兩個方向上分別計算,對于具 有斜撐的樓層,其承載力不應將不同方向斜撐的承載力絕對值相加。2 不規(guī)則程度為下列情況之一的高層建筑工程:(1 對于不含裙房的結構,較多樓層 (超過總樓層

27、數(shù) 20% 的最大彈性水平位 移(或層間位移大于該樓層兩端彈性水平位移(或層間位移平均值的 1.4倍; (2 結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比,混合結 構大于 0.85,其它結構大于 0.9;(3 結構平面凹進或凸出的一側尺寸(從抗側力構件截面中心線算起大于 其凹凸方向相應結構投影尺寸的 40%;(4 結構平面為角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形,其中角部重疊面積 小于較小一邊的 25%(見圖 3. 3. 1-3中的陰影部分 ,細腰形平面中部兩側收進 超過平面寬度 50%(見圖 3. 3. 1-4 ;(5 樓板的尺寸和平面剛度急劇變化,例如,有效樓板寬度小于該層樓板典 型

28、寬度的 40%,或開洞面積大于該層樓面面積的 35%(包括錯層 ;圖 3. 3. 1-3 結構平面角部重疊示意圖 圖 3. 3. 1-4 結構平面細腰形示意圖(6 等效剪切剛度小于相鄰上層的 60%,或小于其上相鄰三個樓層等效剪切 剛度平均值的 70%;(7 除頂層或高度小于主樓高度 20%的裙房(輔樓外,局部收進的水平向 尺寸大于相鄰下一層的 30%;(8 下部樓層水平尺寸小于上部樓層水平尺寸的 0.8倍, 或整體外挑尺寸大于 5m ;(9 轉換層位置超過高規(guī)規(guī)定的高位轉換層結構(即轉換層以下、地面 以上的大空間層數(shù), 7度時超過 5層, 8度時超過 3層 ;(10 各部分層數(shù)、剛度、布置不

29、同的錯層或連體結構;(11 結構同時具有轉換層、加強層、錯層、連體和多塔類型的 2種以上; (12 抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一層的 65%;(13 塔樓位置明顯偏置, 單塔或多塔與大底盤的質心偏心距大于底盤相應邊 長 20%的高層建筑;(14 采用厚板轉換結構的高層建筑;(15 高度超過 28m 的單跨框架結構。3 特殊類型的高層建筑:現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程尚未列入的高層建筑結構,特殊形 式的超長懸挑結構和大型公共建筑 (高度大于 28m 且屋蓋結構超出 網架結構設計 與施工規(guī)程JGJ7和網殼結構技術規(guī)程JGJ61規(guī)定的常用形式,特大跨度 的連體結構等。4 超限大跨空間結構:屋蓋的跨度大于

30、 120m 或懸挑長度大于 40m 或單向長 度大于 300m ,屋蓋結構形式超出常用空間結構形式的大型列車客運候車室、一 級汽車客運候車樓、一級港口客運站、大型航站樓、大型體育館、大型影劇院、 大型商場、大型博物館、大型展覽館、大型會展中心、以及特大型機庫等。 5 采用新結構體系、新結構材料或新抗震技術的高層建筑。3.4 建筑物規(guī)則性超限程度控制3. 4. 1 平面規(guī)則性超限程度控制和抗震概念設計1 平面布置中的凹口深度超限的情況如圖 3.4. 1-1所示, b c B max 的比值不 宜大于 50%,超過此值時宜改變建筑和結構平面布置。2 平面中樓板間連接較弱的情況如圖 3.4.1-2所

31、示, (S1+S2 B 的比值不應 小于 50%, 或 S 1+S2的尺寸不宜小于 5m , S 1或 S 2的最小尺寸不宜小于 2m , 不滿 足上述要求時宜改變建筑和結構平面布置。3 平面布置中局部突出超限的情況如圖 3.4.1-3所示, 高寬比 H /b > 5時, l b j 不應大于 2,超過此值時宜調整建筑和結構平面布置。B m a xb c圖 3. 4. 1-1 凹口深度超限的平面布置示意圖 圖 3.4.1-2 樓板間連接較弱的平面示意圖 圖 3.4.1-3 局部突出超限的平面示意圖 3. 4. 2 豎向規(guī)則性超限程度控制和抗震概念設計1 一般情況下,結構的側向剛度宜用等效

32、剪切剛度來表征,并按上海市建筑抗震設計規(guī)程中的方法計算。在初步設計時,應按此剛度進行控制。 2 立面收進幅度過大是一種常見的豎向不規(guī)則性情況,但收進的最大尺寸也 應有個限度,可從結構等效剪切剛度的變化來控制,即收進層等效剪切剛度與下 層等效剪切剛度之比不宜小于 50%, 且連續(xù)兩次收進后的等效剪切剛度不宜小于 未收進層的 30%。3 連體建筑也是容易形成豎向不規(guī)則的結構型式, 如圖 3.4.2-1所示。 連體建 筑頂部的重量一般較大,對結構抗震很不利,因此,應控制連體部位的層數(shù),一 204 立面開大洞建筑也容易形成豎向剛度突變,成為豎向不規(guī)則性結構。立面 開大洞后對洞口周邊的構件受力極為不利,

33、洞口越大,結構的抗震性能越差,因 此,立面開洞的尺寸也應進行限制,洞口宜設置在中部,洞口尺寸不宜大于整個 建筑立面面積的 30%。5 大底盤多塔樓建筑由于底盤剛度與塔樓剛度有差異以及底盤尺寸與塔樓 尺寸有較大差異,也容易造成豎向剛度變化較大而成為豎向不規(guī)則結構,如圖 3.4.2-2所示。多塔樓建筑結構各塔樓的層數(shù)、平面和等效剪切剛度宜接近,塔 樓對底盤宜對稱布置,各塔樓結構的質心與底盤結構剛度中心的距離不宜大于該 方向底盤邊長的 25%。圖 3. 4. 2-2 大底盤多塔樓示意圖6 帶轉換層結構由于結構上部樓層的部分豎向構件不能直接連續(xù)貫通落地, 容易造成豎向剛度有突變,從而形成豎向不規(guī)則結構

34、。轉換層的結構型式,宜優(yōu) 先采用梁式轉換,并避免主、次梁多次轉換。對于采用框支層的轉換層,其位置 7度時不應超過 7層, 8度時不應超過 5層。3.5 特殊超限情況的處理當確因工程需要,在建筑物總高度方面超過第 3.2節(jié)的控制要求時,或在建 筑物的規(guī)則性方面超過第 3.3節(jié)及第 3.4節(jié)的控制要求而不能改變建筑物結構體 系時, 應有可靠的設計依據, 例如試驗研究 (包括整體結構模型試驗、 節(jié)點試驗 和精細的結構分析(包括彈性和彈塑性時程分析、靜力非線性分析等。 特殊超限高層建筑工程實例如下:例 1 上海環(huán)球金融中心大廈L1.1 工程概況上海環(huán)球金融中心大廈建于上海市陸家嘴金融貿易區(qū),系一幢以辦

35、公為主, 集商貿、賓館、觀光、展覽及其它公共設施于一體的大型超高層建筑,其建筑效 果圖見圖 L1.1。主樓地下 3層,地上 101層,地面以上結構高度 492m ,擬建成 目前世界最高的建筑物。大樓建筑面積為 252935m 2,裙房為 33370m 2,地下室為 63751m 2,合計約 35萬 m 2。上海環(huán)球金融中心結構體系復雜,采用了三重結構體系抵抗水平荷載,它們 由巨型框架、鋼筋混凝土核心筒和伸臂鋼桁架組成(見圖 L1.2 ;核心筒豎向不 連續(xù),在 57層-60層及 78層-79層樓層處進行了二次轉換,連接部分構造復雜; 伸臂桁架在核心筒內不貫通;周邊巨型斜撐不封閉,巨型柱 B 在

36、42層以上分叉 后,所形成的傾斜面上未設置斜撐,由于考慮到建筑立面效果和采光的要求,巨型斜撐采用的是單向斜撐。 圖 L1.1 上海環(huán)球金融中心 圖 L1.2 三重結構體系該結構類型為混合結構,巨型柱采用鋼骨混凝土,帶狀桁架及轉換桁架采用 鋼桁架;巨型斜撐、伸臂桁架采用鋼管混凝土;核心筒在 79層以下為鋼筋混凝 土剪力墻,79層以上的核芯筒采用鋼支撐和鋼支撐外包混凝土的混合結構形式。 L1.2 結構超限情況上海環(huán)球金融中心的建筑平面為 59.95m ×59.95m 的正方形(圖 L1.3 ,形狀 規(guī)則,無局部凸凹;建筑的立面形狀逐漸變化(圖 L1.1 ,無過大外挑和內收。 因此,上海環(huán)

37、球金融中心的平面布置和豎向體型無明顯的不規(guī)則性。但核芯筒豎 向布置不連續(xù),這不符合抗震規(guī)范 4.4.4條規(guī)定的“抗震設計時,豎向抗側力構 件宜上下連續(xù)貫通”的要求。帶狀桁架、伸臂桁架和核芯筒內的轉換桁架等結構 加強層,使得結構的樓層側向剛度沿豎向分布不均勻。結構高度、高寬比超限情 巨型斜撐巨型柱 A巨型柱 A巨型柱 B況檢查見表 L1.1(各符號含義參見 JGJ3-2002 。 圖 L1.3 標準層結構平面 圖 L1.4 整體結構振動臺試驗模型表 L1.1 結構高度、高寬比檢查上海環(huán)球金融中心的高度和高寬比遠遠超過了規(guī)范限值;且結構豎向變化較 大;筒體多次轉換;多重結構體系混用,是屬于特別復雜

38、的超高層結構體系。為 確保其結構設計的安全和可靠,深入認識超高層復雜結構體系的抗震性能和破壞 機理,建設方委托同濟大學土木工程防災國家重點實驗室進行了如下幾方面的試 驗和理論研究工作。 L1.3 試驗研究內容L1.3.1 整體模型模擬地震振動臺試驗上海環(huán)球金融中心模擬地震振動臺試驗整體模型為強度模型,由微粒混凝 土、鍍鋅鐵絲和鍍鋅絲網模擬鋼筋混凝土,由銅材模擬鋼結構。動力試驗主要相 似關系為:S l =1/50, S E =0.32, S a =2.5。整體模型竣工后總高度約為 10.184m ,模 型及配重約 14.7t (圖 L1.4 。 沿結構的 X 和 Y 方向共布置了 40個加速度傳

39、感器、 9個位移計和 25個應變片。試驗模擬的地震輸入為 El Centro波、 San Fernando波和上海人工 SHW2波。主樓 規(guī)范限值 檢查結果 H (m 492 190 超限 B (m 57.95 L (m 57.95 H/B8.217.0超限根據模型結構模擬地震振動臺試驗結果,結構在七度多遇到七度罕遇地震作 用下,沒發(fā)生明顯損壞,結構動力反應滿足規(guī)范要求;在特大地震作用時(8度 罕遇 , 從 15層的周邊剪力墻向巨型柱轉換的 6層處, 巨型柱出現(xiàn)明顯的破壞, 7層樓面多根鋼柱出現(xiàn)較大變形、甚至屈服破壞,但仍滿足“大震不倒”的要求。 L1.3.2巨型柱 -斜撐 -帶狀桁架弦桿節(jié)點

40、的靜力反復加載試驗試驗節(jié)點選取 53層54層的柱-斜撐-桁架弦桿節(jié)點,在一個試件中包含 54層和 55層位置的兩個節(jié)點,對所選擇的典型節(jié)點進行 2組不同類型試件的靜力 反復加載試驗:純鋼骨節(jié)點試件;鋼骨鋼筋混凝土節(jié)點試件,試件與原型結構的 縮尺比例為 1:7。每組分別進行 2個試件的試驗,共制作了 4個試件。試驗將純 鋼骨節(jié)點試件加載至破壞;對鋼骨鋼筋混凝土的節(jié)點試件施加相當于罕遇地震水 平的荷載。試驗結果表明,節(jié)點設計滿足小震和大震時的抗震要求,并具有較高 的安全儲備。 L1. 4 計算分析內容對上海環(huán)球金融中心分別進行了如下方面的理論研究:用 ANSYS 進行整體結 構的彈性計算; 用 A

41、NSYS 進行核芯筒轉換層的精細有限元分析; 對整體結構進行彈 塑性動力時程計算;用 ANSYS 進行試驗節(jié)點的計算分析 。上述計算結果表明,上 海環(huán)球金融中心大廈的結構抗震設計滿足我國設計標準的要求,節(jié)點和整體結構 體系具有較大的安全儲備,結構抗震性能很好。 L1. 5 針對超限的結構措施1 結構的抗震等級適當提高一級(已是特一級的不再提高 ; 2 建議適當調整 6層以下各層水平剛度,增加結構延性; 3 在伸臂桁架、帶狀桁架與巨型斜撐的交匯處,加強節(jié)點的連接; 4 適當加強 6層7層樓層外圍鋼柱的剛度。圖 L1.5鋼骨鋼筋混凝土節(jié)點試件 圖 L1. 6純鋼骨節(jié)點試件例 2 ?；春＞A苑 2#

42、樓L2. 1 工程概況上?；春＞A苑項目基地位于上海市淮海中路南側,北靠桃源路,東鄰柳林 路,西連普安路,南為淮海中路警署和曙光醫(yī)院。該項目由三棟板式高層住宅樓 組成,其中 1#樓和 2#樓為 29層, 3#樓為 18層,整個基地覆蓋一層地下室,為 汽車庫和設備用房。三棟高層建筑均為底部大空間部分框支剪力墻體系,底部大空間層數(shù)為一 層,豎向構件由落地剪力墻和框支柱組成,二層及以上豎向構件全部為剪力墻結 構。根據高層建筑混凝土結構技術規(guī)程 (JGJ3-2002的規(guī)定,該項目各樓均 L2. 2淮海晶華苑 2#樓平面長 69m ,寬 18.15m ,除底層層高為 8.1m ,其余各層均 為 3.05

43、m ,結構總高 96.55m 。該住宅為鋼筋混凝土底部大空間、部分框支、短肢 剪力墻 筒體體系,底層大空間,三個剪力墻筒體落地,并設有 24根型鋼混凝土 框支柱 (圖 L2. 1 ; 2層設鋼筋混凝土梁式轉換層; 1723層中部樓板缺失, 立面上 形成兩個 21.35m ×19.8m 的大洞;在 24層布置型鋼混凝土梁式轉換層;大屋面 以上局部突出。L2.2.1 結構超限情況檢查(表 L2.1,各符號含義參見 JGJ3-2002結構豎向規(guī)則性檢查:淮海晶華苑 2#樓為底部大空間部分框支、 短肢剪力墻 -筒體體系,其立面大洞口上部形成連體結構,使得結構體系中部分豎向構件的 圖 L2.

44、1布置不連續(xù),因此在豎向規(guī)則性方面也超限。表 L2. 1 結構高度、高寬比、平面形狀規(guī)則性檢查L2.2.2 結構超限結論及針對性研究淮海晶華苑 2#樓屬平面規(guī)則性超限、豎向特別不規(guī)則的復雜體型高層建筑。 為確保該高層結構設計的安全和可靠,首先在同濟大學土木工程防災國家重點實 驗室進行 2#樓整體結構的模擬地震振動臺試驗, 然后針對整體試驗中較薄弱的轉 換層上的短肢剪力墻肢、短肢剪力墻間連梁分別進行了節(jié)點的擬靜力試驗;并對 上述內容分別作了計算分析,作為該復雜高層結構優(yōu)化設計和驗證的依據。 L2. 3 試驗研究內容L2.3.1 整體模型模擬地震振動臺試驗淮海晶華苑 2#樓模擬地震振動臺試驗整體模

45、型為強度模型,由微?；炷?、 鍍鋅鐵絲和鍍鋅絲網模擬鋼筋混凝土,由銅材模擬鋼結構。動力試驗主要相似關 系為: S l =1/20, S E =0.35, S a =3。整體模型竣工后總高度約為 5.2m ,模型及配重 約 17t ,剛性底座重約 5t (圖 L2.1 。在試驗時沿結構的 X 和 Y 方向分別布置了 30個加速度傳感器、 6個位移計和 13個應變片。試驗模擬地震輸入為 El Centro波、 Pasadena 波和上海人工波 SHW2,其中前兩種波為雙向水平輸入,加速度幅 值之間的比例關系為 1:0.85。試驗表明,淮海晶華苑 2#樓的結構設計在整體上是滿足“小震不壞,大震不 倒

46、”的要求,具有較高的安全儲備,但在大震作用下, 2層轉換層上短肢墻肢在 根部被整體剪壞;結構的鞭梢效應明顯。 L2.3.2 與轉換梁相連短肢剪力墻肢擬靜力試驗該節(jié)點試驗制作了兩個配筋不同的 L 形短肢剪力墻試件(圖 L2.3 ,縮尺比2#樓 規(guī)范限值 檢查結果H (m 96.55 100 滿足 B (m 18.15 H/B 5.30 6.0 滿足 L (m 69.00 B max (m 18.15 B (m 11.10 l (m 7.05 b (m 22.25 L/B 6.20 6.0 超限 l/Bmax 0.39 0.35 超限 l/b0.322.0滿足均為 1/2。擬靜力試驗時先在豎向給試

47、件施加 400kN 荷載(軸壓比約為 0.248 , 水平向則按荷載 位移混合控制的方法進行。試驗表明短肢剪力墻試件滯回曲線 較為飽滿,具有較好的耗能特性;最終破壞形式均為彎曲破壞,配筋較高試件的 受剪切影響較大。L2.3.3 短肢剪力墻 連梁節(jié)點擬靜力試驗該節(jié)點試驗制作了兩個配筋不同的 T 形短肢剪力墻連梁試件(圖 L2.4 ,縮 尺比均為 1/2。 擬靜力試驗時先在豎向給試件施加 200kN 荷載 (軸壓比約為 0.105 , 水平向則按荷載 位移混合控制的方法進行。試件破壞均發(fā)生在連梁中,為連梁 彎剪型破壞,屬延性破壞模式;節(jié)點區(qū)短肢剪力墻的縱筋配筋率及連梁配箍率較 高試件的節(jié)點的承載能

48、力較高。 L2. 4 計算分析內容對上?；春＞A苑 2#樓整體結構分別進行了 (1 SATWE 設計計算; (2 SAP84動力特性、振型分解反應譜計算和彈性時程分析; (3 STRAND7動力特性和彈塑 性時程分析, 計算結果表明, 大屋面以下部分的最大彈塑性層間位移角約為 1/130, 滿足規(guī)范要求。另外進行了與試驗相應節(jié)點的計算分析,包括:(1 與轉換梁相連 短肢剪力墻肢的 ANSYS 計算分析; (2 短肢剪力墻 連梁節(jié)點 ANSYS 計算分析, 節(jié)點非線性計算的結果表明,上述節(jié)點的受力合理,配筋適當,具有較高的延性, 滿足設計規(guī)范中對節(jié)點設計的要求。 L2. 5 針對超限的結構措施1

49、 突出大屋面部分剪力墻 (筒體 鞭梢效應明顯, 建議提高其強度、 改善延性; 2 適當提高結構抗震等級; 3 嚴格控制水平位移;圖 L2. 3 轉換層上短肢剪力墻肢擬靜力試驗圖圖 L2. 4 短肢剪力墻 連梁節(jié)點擬靜力試驗圖4 框支柱采用勁性結構,并適當提高體積配筋率;5 嚴格控制框支柱的軸壓比。例 3 海久百城市廣場L3.1工程概況上海久百城市廣場位于上海市靜安區(qū),其南側為地鐵 2號線靜安寺站,東臨 機場城市航站樓, 北臨南京西路, 為一集商場、 辦公、 餐飲于一體的綜合性商廈。 占地面積 10690 m2,地面以上總建筑面積為 76927m 2,地面以下總建筑面積為 13566m 2。結構

50、地下 1層,其中地下一層層高 6.3m ;地面以上共 9層,一層層高 5.75m ,二 九層層高 5.40m ,結構總高度 48.95m 。結構平面示意圖見圖 L3.1,建 筑立面見圖 L3.2。 圖 L3.1結構平面示意圖上海久百城市廣場為鋼筋混凝土框架結構, 南北方向長約 132.7m , 東西方向 寬約 105.2m 。結構在三層以上(含三層各層樓面沿平面長邊方向布置有長約 72.5m 的中庭。中庭將結構分為平面布置不對稱的東西兩翼,其中西翼南立面在 結構六層以上整體收進,東翼南立面隨結構高度增加逐漸收進,東西兩翼北面在 中庭轉角部位相連接,南面在三層、四層和五層各有一鋼橋連接。另外,為

51、了滿 足建筑功能的需要,結構多處設置有豎向不連續(xù)柱。該商廈結構體型非常復雜, 在地震作用下結構反應復雜,可能出現(xiàn)較大的扭轉反應,有必要對結構薄弱部位和結構的扭轉效應進行較深入的研究。L3.2 結構超限情況L3.2.1 結構超限情況檢查久百城市廣場結構布置存在平面及豎向不規(guī)則,主要有:1 結構平面凹進大大超過該投影方向總尺寸的 30%,超過了 75%;2 結構多處設置有豎向不連續(xù)柱,中庭布置有 5根斜柱,豎向也不連續(xù); 采用了斜柱轉換、三角托架轉換和大梁轉換等三種不同方式;3 結構六層以上整體不規(guī)則收進。L3.3.2 結構超限結論及針對性研究久百城市廣場屬于平面及豎向特別不規(guī)則的復雜體型高層建筑

52、,為確保其結 構設計安全可靠,建設方委托同濟大學土木工程防災國家重點實驗室進行整體結 構模型模擬地震振動臺試驗;對整體結構進行了計算分析;在原型結構竣工后, 還進行了現(xiàn)場環(huán)境隨機振動測試。L3.3 試驗研究內容L3.3.1 整體結構模型模擬地震振動臺試驗久百城市廣場整體結構模型為動力相似模型, 由微?；炷痢?鍍鋅鐵絲 (網 模擬鋼筋混凝土, 由紫銅模擬鋼結構。 主要動力相似關系為:=l S 1/25, =E S 1/10, =a S 1.2。 模型總高度為 2400mm , 其中模型本身高 2000mm , 模型底座厚 400mm , 模型總質量為 22.6t , 其中模型和附加質量 15.

53、4t , 底座質量 7.2t 。 試驗前對振動測 試系統(tǒng)進行標定,模型固定在振動臺上見圖 L3.2。 圖 L3.2 模型固定在振動臺上加速度傳感器測點共 47個,所有樓層均布置有 23個加速度測點,以測定 結構的扭轉反應。位移傳感器共 6個 , 布置在結構屋面層和 6層,每層各 3個(X 向 2個、 Y 向 1個 。根據上海地區(qū)七度抗震設防及類場地要求,選用 El Centro波、 Pasadena波和 SHW2作為振動臺輸入。從多遇到罕遇依次模擬不同水準地震對結構的作 用;并采用白噪聲對其進行掃頻,分析模型自振頻率和結構阻尼比的變化情況; 采集結構模型加速度和位移反應數(shù)據;對結構變形和開裂狀

54、況進行宏觀觀察。 結構在地震作用下具有明顯的扭轉振動反應,局部樓層具有較大的層間位 移。在七度多遇地震作用下,結構有較明顯的位移、扭轉變形;最大層間位移角 與規(guī)范規(guī)定的 1/550限值非常接近。在七度基本烈度地震作用下,結構多處梁柱 節(jié)點區(qū)域發(fā)生開裂,結構自振頻率下降,剛度降低。在七度罕遇地震作用下,結 構大多數(shù)節(jié)點區(qū)域出現(xiàn)不同程度的開裂,局部開裂嚴重部位出現(xiàn)混凝土壓碎、崩 落現(xiàn)象。結構自振頻率進一步下降,剛度有較大程度的降低;層間位移角最大值 為 1/70。模擬地震振動臺試驗表明,原結構滿足我國抗震設計規(guī)范“小震不壞,大震 不倒”的設計要求,但原結構設計方案中可能存在以下的薄弱部位:1 結構

55、 26軸 -EH軸間中庭兩翼鋼橋支座部位附近的豎向構件;2 結構中庭西翼六層結構整體收進部位及其相鄰部位梁柱節(jié)點區(qū)域;3 結構中庭北側轉角部位二層以上斜柱;4 結構 15軸 -NR軸范圍內二層以上梁柱節(jié)點區(qū)域。L3.3.2 現(xiàn)場環(huán)境隨機振動測試原型結構竣工后,在不同樓層依次布置加速度傳感器,測試整體結構在環(huán)境 隨機振動下的反應, 獲得整體結構動力特性。 與振動臺試驗和計算分析進行比較, 結果較吻合。L3.4 計算分析內容采用 SAP84有限元結構分析通用程序對調整后的建筑結構進行三維計算分 析, 建立了薄膜樓板模型。 抗震設防烈度按 7度考慮, 采用上海市的設計反應譜, 場地類別為 IV 類,近震,