超限高層建筑工程抗震設(shè)計指南

1、3 超限高層建筑工程的認定和抗震概念設(shè)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）結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)防烈度6度7度8度混凝土結(jié)構(gòu)框架605545框架剪力墻130120100全部落地剪力墻140120100部分框支剪力墻12010080部分短肢剪力墻12010060框架核心筒150130100筒中筒180150120板柱剪力墻403530錯層的剪力墻和框架剪力墻1008060混合結(jié)構(gòu)鋼框架鋼筋混凝土筒體200160120型鋼混凝土框架鋼筋混凝土筒體220190150鋼結(jié)構(gòu)框架11011090框架

2、支撐 (抗震墻板)220220200各類筒體和巨型結(jié)構(gòu)300300260對表3.1.1中結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)”的術(shù)語，但對“部分”的定義全國和地方規(guī)范中都沒有給出。根據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，并采取結(jié)構(gòu)抗震設(shè)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(jié)構(gòu)控制建筑物的高度，但短肢墻部分的抗震措施仍應(yīng)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(yīng)在建

3、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(jié)構(gòu)是指無內(nèi)部縱梁和橫梁的無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，對這種結(jié)構(gòu)體系的抗震研究很少，因此設(shè)計規(guī)范中一般都對這種結(jié)構(gòu)的高度限制較嚴。由于目前在高層建筑中應(yīng)用的無梁樓蓋體系中樓板的厚度越來越大，原有的設(shè)計規(guī)定也不一定全部適用。根據(jù)上海市的工程經(jīng)驗，在這種結(jié)構(gòu)體系中，當樓板的厚度不小于相應(yīng)跨度的1/18時，可以按框架剪力墻結(jié)構(gòu)控制建筑物的高度，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計時仍應(yīng)在框架受力方向設(shè)置暗梁。應(yīng)該指出，采用較厚樓板的無梁樓板體系雖可以滿足內(nèi)部美觀或一些特殊建筑功能的要求，但會明顯增加整個結(jié)構(gòu)的混凝土用量和建筑物自重，對結(jié)構(gòu)抗震是不利的。3.2

4、 高度超限控制及概念設(shè)計要求1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，其高度不宜超過表的最大適用高度。超過時宜改用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。2 部分短肢剪力墻結(jié)構(gòu)房屋，其高度不宜超過表的最大適用高度。超過時宜改用框架剪力墻結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)。3 鋼筋混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)房屋，丙類建筑的高度不宜超過高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)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。接近上述超高上限時，宜在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系，例如改為筒中筒結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)或鋼與混凝土混合結(jié)構(gòu)等。 4 鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)房屋，丙類建筑的高

5、度不宜超過高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)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(jié)構(gòu)類型，采用強度和延性更好的結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)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)則情況的高層建筑工程：(1)樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移）大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍（計算該指標時應(yīng)采用剛性樓板模型），或偏心率大于0.15，或相鄰層質(zhì)心相差較大；(2) 建筑平面長寬比抗震設(shè)防烈度7度時大于6.0，抗震設(shè)防烈度8度時大于5.0；(3)結(jié)構(gòu)平面凹進的長度（從按抗

6、側(cè)力構(gòu)件截面中心線算起，設(shè)置的拉梁不能視為平面輪廓，下同）大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%；或凸出的長度大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%，且凸出的寬度小于相應(yīng)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(jié)構(gòu)平面凹進或凸出不規(guī)則示意圖(4) 結(jié)構(gòu)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）；b<0.5BmaxL 圖3.3.1-2 樓板的尺寸或平面剛度變化不規(guī)則示意圖(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

7、平均值的80（結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系屬于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3，以下簡稱高規(guī)）第10章定義的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)：包括帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)（抗震設(shè)防烈度7度時轉(zhuǎn)換層位于5層以下，抗震設(shè)防烈度8度時轉(zhuǎn)換層位于3層以下）、帶加強層結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)（錯層高度 ³600mm或梁高）、連體結(jié)構(gòu)、多塔樓結(jié)構(gòu)等復(fù)雜的高層建筑（任一類型按一項不規(guī)則計）；(10)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上

8、一層的80（結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱層）。注：結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)，較多樓層(超過總樓層數(shù)20)的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移）大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.4倍；(2)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)大于0.85，其它結(jié)構(gòu)大于0.9；(3)結(jié)構(gòu)平面凹進或凸出的一側(cè)尺寸（從抗側(cè)力構(gòu)件截面中心線算起）大于其凹凸方向相

9、應(yīng)結(jié)構(gòu)投影尺寸的40；(4)結(jié)構(gòu)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(cè)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(jié)構(gòu)平面角部重疊示意圖圖3.3.1-4 結(jié)構(gòu)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)

10、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(zhuǎn)換層位置超過高規(guī)規(guī)定的高位轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)（即轉(zhuǎn)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、布置不同的錯層或連體結(jié)構(gòu)；(11) 結(jié)構(gòu)同時具有轉(zhuǎn)換層、加強層、錯層、連體和多塔類型的2種以上；(12)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)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(zhì)心偏心距大于底盤相應(yīng)邊長20%的高層建筑；(14)采用厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的高層建筑；(15)高度超過28m的單跨框架結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，特殊形式

11、的超長懸挑結(jié)構(gòu)和大型公共建筑(高度大于28m且屋蓋結(jié)構(gòu)超出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程JGJ7和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ61規(guī)定的常用形式)，特大跨度的連體結(jié)構(gòu)等。4超限大跨空間結(jié)構(gòu)：屋蓋的跨度大于120m或懸挑長度大于40m或單向長度大于300m，屋蓋結(jié)構(gòu)形式超出常用空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系、新結(jié)構(gòu)材料或新抗震技術(shù)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(shè)計1平面布置中的凹口深度超限的情況如

12、圖3.4.1-1所示，bcBmax的比值不宜大于50，超過此值時宜改變建筑和結(jié)構(gòu)平面布置。2平面中樓板間連接較弱的情況如圖3.4.1-2所示，(S1+S2)B的比值不應(yīng)小于50，或S1+S2的尺寸不宜小于5m，S1或S2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(jié)構(gòu)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， lbj不應(yīng)大于2，超過此值時宜調(diào)整建筑和結(jié)構(gòu)平面布置。圖3.4.1-1 凹口深度超限的平面布置示意圖 圖-2 樓板間連接較弱的平面示意圖bj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(shè)

13、計 1一般情況下，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜用等效剪切剛度來表征，并按上海市建筑抗震設(shè)計規(guī)程中的方法計算。在初步設(shè)計時，應(yīng)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(yīng)有個限度，可從結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式，如圖-1所示。連體建筑頂部的重量一般較大，對結(jié)構(gòu)抗震很不利，因此，應(yīng)控制連體部位的層數(shù)，一般情況下連體部位的層數(shù)不宜過多。當連體部位的層數(shù)超過該建筑總層數(shù)的 20時，對結(jié)構(gòu)抗震極為不利，并會大大增加結(jié)

14、構(gòu)的造價。連接體下的兩個塔樓的層剛度不宜相差太大（不宜相差30及以上）。圖3.4.2-1 連體建筑及立面開大洞建筑示意圖4 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(jié)構(gòu)。立面開大洞后對洞口周邊的構(gòu)件受力極為不利，洞口越大，結(jié)構(gòu)的抗震性能越差，因此，立面開洞的尺寸也應(yīng)進行限制，洞口宜設(shè)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(jié)構(gòu)，如圖3.4.2-2所示。多塔樓建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的質(zhì)心與底盤結(jié)

15、構(gòu)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(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)上部樓層的部分豎向構(gòu)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(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)型式，宜優(yōu)先采用梁式轉(zhuǎn)換，并避免主、次梁多次轉(zhuǎn)換。對于采用框支層的轉(zhuǎn)換層，其位置7度時不應(yīng)超過7層，8度時不應(yīng)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(jié)構(gòu)體系時，應(yīng)有可靠的設(shè)計依據(jù)，例如試驗研究（包括整體結(jié)構(gòu)模型試驗、節(jié)點試驗）和精細的結(jié)構(gòu)分析（包括彈性和彈

16、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(mào)易區(qū)，系一幢以辦公為主，集商貿(mào)、賓館、觀光、展覽及其它公共設(shè)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(jié)構(gòu)高度492m，擬建成目前世界最高的建筑物。大樓建筑面積為252935m2，裙房為33370m2，地下室為63751m2，合計約35萬m2。上海環(huán)球金融中心結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，采用了三重結(jié)構(gòu)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

17、層及78層-79層樓層處進行了二次轉(zhuǎn)換，連接部分構(gòu)造復(fù)雜；伸臂桁架在核心筒內(nèi)不貫通；周邊巨型斜撐不封閉，巨型柱B在42層以上分叉后，所形成的傾斜面上未設(shè)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(jié)構(gòu)體系該結(jié)構(gòu)類型為混合結(jié)構(gòu)，巨型柱采用鋼骨混凝土，帶狀桁架及轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)形式。L1.2結(jié)構(gòu)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

18、部凸凹；建筑的立面形狀逐漸變化（圖L1.1），無過大外挑和內(nèi)收。因此，上海環(huán)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)范條規(guī)定的“抗震設(shè)計時，豎向抗側(cè)力構(gòu)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(nèi)的轉(zhuǎn)換桁架等結(jié)構(gòu)加強層，使得結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度沿豎向分布不均勻。結(jié)構(gòu)高度、高寬比超限情況檢查見表L1.1（各符號含義參見JGJ3-2002）。圖L1.3標準層結(jié)構(gòu)平面 圖L1.4整體結(jié)構(gòu)振動臺試驗?zāi)Ｐ捅鞮1.1 結(jié)構(gòu)高度、高寬比檢查主樓規(guī)范限值檢查結(jié)果H (m)492190超限B (m)57.95L (m)57.95H/B8.217.0超限上海環(huán)

19、球金融中心的高度和高寬比遠遠超過了規(guī)范限值；且結(jié)構(gòu)豎向變化較大；筒體多次轉(zhuǎn)換；多重結(jié)構(gòu)體系混用，是屬于特別復(fù)雜的超高層結(jié)構(gòu)體系。為確保其結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全和可靠，深入認識超高層復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的抗震性能和破壞機理，建設(shè)方委托同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)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(nèi)容L 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(wǎng)模擬鋼筋混凝土，由銅材模擬鋼結(jié)構(gòu)。動力試驗主要相似關(guān)系為：Sl =1/50，SE =0.32，Sa =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

20、L1.4）。沿結(jié)構(gòu)的X和Y方向共布置了40個加速度傳感器、9個位移計和25個應(yīng)變片。試驗?zāi)M的地震輸入為El Centro波、San Fernando波和上海人工SHW2波。根據(jù)模型結(jié)構(gòu)模擬地震振動臺試驗結(jié)果，結(jié)構(gòu)在七度多遇到七度罕遇地震作用下，沒發(fā)生明顯損壞，結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)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(zhuǎn)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。L巨型柱-斜撐-帶狀桁架弦桿節(jié)點的靜力反復(fù)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，

21、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(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)果表明，節(jié)點設(shè)計滿足小震和大震時的抗震要求，并具有較高的安全儲備。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L1.4計算分析內(nèi)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(jié)構(gòu)的彈性計算；用ANSYS進行核芯筒轉(zhuǎn)換層的精細有限元分析；對整體結(jié)構(gòu)進行彈塑性動力時程計算；用ANSYS進行試驗節(jié)

22、點的計算分析。上述計算結(jié)果表明，上海環(huán)球金融中心大廈的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計滿足我國設(shè)計標準的要求，節(jié)點和整體結(jié)構(gòu)體系具有較大的安全儲備，結(jié)構(gòu)抗震性能很好。L1.5針對超限的結(jié)構(gòu)措施 1 結(jié)構(gòu)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(diào)整6層以下各層水平剛度，增加結(jié)構(gòu)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。例2 ?；春＞A苑2 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(cè)，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

23、為18層，整個基地覆蓋一層地下室，為汽車庫和設(shè)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(gòu)件由落地剪力墻和框支柱組成，二層及以上豎向構(gòu)件全部為剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）的規(guī)定，該項目各樓均屬于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。另外，2樓為建造空中健身房，在1723層中部樓板缺失，立面上形成兩個約20m×20m的大洞（圖L2.1），因此結(jié)構(gòu)形式更為復(fù)雜。圖L2.2 結(jié)構(gòu)底層及標準層平面圖圖L2.1 淮海晶華苑2樓模型結(jié)構(gòu)立面圖L2.2結(jié)構(gòu)超限情況淮海晶華苑2樓平面長69m，寬18.15m，除底層層高為8.1m，其余各層均為3.

24、05m，結(jié)構(gòu)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(shè)有24根型鋼混凝土框支柱(圖L2.1)；2層設(shè)鋼筋混凝土梁式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換層；大屋面以上局部突出。L 結(jié)構(gòu)超限情況檢查（表L2.1，各符號含義參見JGJ3-2002）結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)體系中部分豎向構(gòu)件的布置不連續(xù)，因此在豎向規(guī)則性方面也超限。表L2. 1 結(jié)構(gòu)高度、高寬比

25、、平面形狀規(guī)則性檢查2樓規(guī)范限值檢查結(jié)果H (m)96.55100滿足B (m)18.15H/B 5.306.0滿足L (m)69.00Bmax(m)18.15B (m)11.10l (m) 7.05b (m)22.25L/B 6.206.0超限l/Bmax 0.390.35超限l/b 0.322.0滿足L 結(jié)構(gòu)超限結(jié)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(fù)雜體型高層建筑。為確保該高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全和可靠，首先在同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室進行2樓整體結(jié)構(gòu)的模擬地震振動臺試驗，然后針對整體試驗中較薄弱的轉(zhuǎn)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

26、試驗；并對上述內(nèi)容分別作了計算分析，作為該復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和驗證的依據(jù)。L2.3試驗研究內(nèi)容L 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型為強度模型，由微?；炷?、鍍鋅鐵絲和鍍鋅絲網(wǎng)模擬鋼筋混凝土，由銅材模擬鋼結(jié)構(gòu)。動力試驗主要相似關(guān)系為： Sl =1/20，SE =0.35，Sa =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(jié)構(gòu)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(yīng)變片。試驗?zāi)M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

27、幅值之間的比例關(guān)系為1:0.85。試驗表明，淮海晶華苑2樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計在整體上是滿足“小震不壞，大震不倒”的要求，具有較高的安全儲備，但在大震作用下，2層轉(zhuǎn)換層上短肢墻肢在根部被整體剪壞；結(jié)構(gòu)的鞭梢效應(yīng)明顯。L 與轉(zhuǎn)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），縮尺比均為1/2。擬靜力試驗時先在豎向給試件施加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。L 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

28、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)點的承載能力較高。圖L2.4 短肢剪力墻連梁節(jié)點擬靜力試驗圖圖L2.3 轉(zhuǎn)換層上短肢剪力墻肢擬靜力試驗圖L2.4計算分析內(nèi)容對上?；春＞A苑2樓整體結(jié)構(gòu)分別進行了(1)SATWE設(shè)計計算；(2)SAP84動力特性、振型分解反應(yīng)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(jié)果表明，大屋面

29、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(yīng)節(jié)點的計算分析，包括：(1)與轉(zhuǎn)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(jié)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(shè)計規(guī)范中對節(jié)點設(shè)計的要求。L2.5針對超限的結(jié)構(gòu)措施1 突出大屋面部分剪力墻（筒體）鞭梢效應(yīng)明顯，建議提高其強度、改善延性；2 適當提高結(jié)構(gòu)抗震等級；3 嚴格控制水平位移；4 框支柱采用勁性結(jié)構(gòu)，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(cè)為

30、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76927m2，地面以下總建筑面積為13566m2。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)總高度48.95m。結(jié)構(gòu)平面示意圖見圖L3.1，建筑立面見圖L3.2。圖L3.1 結(jié)構(gòu)平面示意圖上海久百城市廣場為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，南北方向長約132.7m，東西方向?qū)捈s105.2m。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分為平面布置不對稱的東西兩翼，其中

31、西翼南立面在結(jié)構(gòu)六層以上整體收進，東翼南立面隨結(jié)構(gòu)高度增加逐漸收進，東西兩翼北面在中庭轉(zhuǎn)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，為了滿足建筑功能的需要，結(jié)構(gòu)多處設(shè)置有豎向不連續(xù)柱。該商廈結(jié)構(gòu)體型非常復(fù)雜，在地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)復(fù)雜，可能出現(xiàn)較大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，有必要對結(jié)構(gòu)薄弱部位和結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進行較深入的研究。L3.2 結(jié)構(gòu)超限情況L 結(jié)構(gòu)超限情況檢查久百城市廣場結(jié)構(gòu)布置存在平面及豎向不規(guī)則，主要有： 1 結(jié)構(gòu)平面凹進大大超過該投影方向總尺寸的30%，超過了75%； 2 結(jié)構(gòu)多處設(shè)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(zhuǎn)換、三角托架轉(zhuǎn)換和大梁轉(zhuǎn)換等三種不同

32、方式；3 結(jié)構(gòu)六層以上整體不規(guī)則收進。L 結(jié)構(gòu)超限結(jié)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(fù)雜體型高層建筑，為確保其結(jié)構(gòu)設(shè)計安全可靠，建設(shè)方委托同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室進行整體結(jié)構(gòu)模型模擬地震振動臺試驗；對整體結(jié)構(gòu)進行了計算分析；在原型結(jié)構(gòu)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(nèi)容L 整體結(jié)構(gòu)模型模擬地震振動臺試驗久百城市廣場整體結(jié)構(gòu)模型為動力相似模型，由微粒混凝土、鍍鋅鐵絲（網(wǎng)）模擬鋼筋混凝土，由紫銅模擬鋼結(jié)構(gòu)。主要動力相似關(guān)系為：1/25，1/10，1.2。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(zhì)量為22.6t，其中模型和附加質(zhì)量15.4t，底座質(zhì)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(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。位移傳感器共6個,布置在結(jié)構(gòu)屋面層和6層，每層各3個（X向2個、Y向1個）。根據(jù)上海地區(qū)七度抗震設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)阻尼比的變化情況