超高层结构设计范文

超高层结构设计篇1

关键词：复杂高层；超高层建筑；结构设计要点

1前言

由于复杂高层与超高层建筑建设难度相对较大，为保证人们居住的安全性，相关建筑结构设计人员就应该以提高建筑结构安全性为主要目标，找出更有利于高层建筑建设的结构设计措施，从而在促进建筑行业发展的同时，保证复杂高层与超高层建筑建设能够具有合理性、抗震性，提高人们居住的舒适度与安全性。

2高层建筑整体结构设计特点

高层建筑整体结构设计特点主要体现在以下几方面：一是由于高层建筑相对较高，建筑水平荷载对建筑整体会产生一定的竖向轴应力，并在水平上受到自然灾害、风力等因素影响。因此在设计高层建筑整体结构时，除需要考虑到建筑竖向荷载外，也应该深入考虑到建筑水平荷载。二是由于高层建筑顶部压力相对较大，建筑在后期使用过程中，会出现轴向变形的问题，从而影响建筑梁弯距。因此为了保证高层建筑整体安全性，在结构设计时就应该加强对建筑梁弯矩的重视，避免发生高层建筑轴向变形问题[1]。三是对高层建筑整体抗震性的要求。高层建筑在设计过程中应该重视其结构延性，保证高层建筑能够更好的抵抗地震灾害，从而保证居住人们的生命安全。

3复杂高层与超高层建筑结构设计要点

3.1提高对建筑结构设计的重视，优化结构设计方案

复杂高层与超高层建筑结构设计方案直接决定了建筑结构后期应用的安全性。基于此，在进行结构设计时，相关人员就应该提高对建筑结构设计的重视，从而能够结合建筑工程周围实际情况，优化已经研制出的结构设计方案。首先，复杂高层与超高层建筑结构设计人员应该重视概念设计，在前期设计阶段需要坚持结构设计规则性、整体均衡性等原则，保证建筑结构各个部分都能够发挥出更有力的支持作用；其次，在完善复杂高层与超高层建筑结构设计时，结构设计人员应该加强与工程施工人员的沟通，从而在外观效果、施工效果的角度上实现对建筑结构设计方案的优化，避免建筑结构出现后期转换的问题[2]。最后，由于计算机技术在结构设计过程中发挥了重要的作用，因此相关人员还应该积极采取有效的计算机软件，实现对结构设计方案更科学的优化。

3.2深入分析建筑结构设计指标，提高结构设计的合理性

建筑结构设计指标不仅是复杂高层与超高层建筑结构设计人员应该遵循的指标，也是保证复杂高层与超高层建筑结构设计合理性的重要因素。因此在设计建筑结构时，相关人员就应该加强对以下几点内容的重视，从而提高复杂高层与超高层建筑结构设计的合理性。一是地震荷载指标：在研究人员的深入分析下，发现超高层建筑结构自震周期在6秒至9秒之间，因此在地震荷载指标的影响下，建议复杂高层与超高层建筑结构设计中直线倾斜下降时间控制在十秒左右。同时在分析该项技术指标时，也要全面结合建筑周围的实际情况，从而保证评估结果能够满足建筑结构合理性的要求；二是风荷载指标：由于复杂高层与超高层建筑主要会受到地震以及风力的影响，因此相关人员还应该遵照当前所提出的风荷载指标对建筑结构设计进行全面评估，从而实现对建筑变形的控制，提高建筑居住的安全性。

3.3根据相关建筑结构设计规范，保证结构设计的抗震性

由于建筑结构直接影响着人们的生命安全，因此在建筑行业快速发展的背景下，国家制定了科学、合理的建筑结构设计规范。针对复杂高层与超高层建筑提出的设计规范，有以下两种：《高层建筑混凝土结构技术规程》和《高层建筑抗震规程》。要想保证复杂高层与超高层建筑结构设计更加合理，能够更好的满足建筑抗震性要求，相关人员在设计复杂高层与超高层建筑时，就要严格按照相关建筑结构设计规范进行设计工作。同时也要全面考虑到当前建筑项目所处的外部环境、需求的抗震类别以及施工条件，以保证复杂高层与超高层建筑结构设计抗震能力为建设目标。在按照相关规范设计后，利用相关分析方法对复杂高层与超高层建筑进行结构抗震性的深入分析。

3.4重视后期居住的舒适性，保证建筑结构设计的科学性

在复杂高层与超高层建筑结构设计中，除需要重视上述设计要点外，还需要考虑到后期人们居住的舒适性。一方面，这是当今社会人们生活水平提高后对建筑结构提出的要求，另一方面，也是复杂高层与超高层建筑必须达到的建设目标。由于复杂高层与超高层建筑竖向荷载相对较大，因此在前期施工以及后期居住中，都会出现一定的压缩变形问题[3]。基于此，为了保证后期人们能够居住的更加舒适，在进行建筑结构设计及施工过程中，就应该积极采取预变形技术，并通过计算机软件进行详细的模拟演练，从而保证建筑结构设计能够更加科学合理，更好的满足人们居住要求。

4总结

综上所述，相关结构设计人员在设计复杂高层与超高层建筑时，要深入分析建筑结构设计指标、相关建筑结构设计规范以及居住的舒适程度，从而保证设计人员能够设计出结构更加合理、抗震性能更高、科学性更高的复杂高层与超高层建筑结构方案，保证复杂高层与超高层建筑使用寿命与安全性，为人们居住、工作提供更安全的环境。

参考文献：

[1]刘国荣.试论超高层建筑结构的抗震性设计[J].中国新技术新产品,2015(11):118.

[2]关伟,于连友,贾国熠.关于超高层建筑的相关结构设计讨论[J].门窗,2013(2):215～216.

[3]潘向军,王守君,张静芳.某超高层建筑结构选型及设计[J].河南科学,2012(9):1299～1303.

超高层结构设计篇2

关键词：超高层建筑；设计；构想

中图分类号：TU2 文献标识码：A

根据我国法律规定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。超高层建筑的建造之所以发展速度快，是因为高层建筑能在有效面积的土地上，得以发挥最大的使用效益。尽管建造超高层建筑需要的费用较高，但在我国的城市建设中，随着城市化日益快速发展的需要，为土地使用率的提高，必然会使超高层建筑快速发展。

1 超高层建筑的不同之处

超高层建筑与一般高层建筑结构设计的差异

1.1 从房屋高度上，超高层建筑的房屋高度在100m以上直至有几百米，而一般高层建筑的房屋高度则是在100m以下。

1.2 超高层建筑由于消防的要求，须设置避难层，以保证遇到火灾时人员疏散的安全。对于这些安放有设备设计除考虑实际的荷载之外，更需考虑设备的振动对相邻楼层使用的影响。同时，这些楼层的结构设计，为提高结构的整体刚度，可用来设置结构加强层。

1.3 超高层建筑的结构类型选择上相对要广，除了钢筋混凝土结构外，还有全钢结构和混合结构。而一般高层建筑结构除了特殊条件需要者外，多为钢筋 混凝土结构。

1.4 超高层建筑的平面形状多为方形或近似，对于矩形平面其长宽比也是在2以内，尤其抗震设防的高烈度地区更应采用规则对称平面。否则，在地震作用时由于扭转效应大，易受到损坏。而一般高层建筑平面形状选择余地要大。

1.5 超高层建筑的基础形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面为框架.核心筒或筒中筒，同时，由于基底压力大要求地基承载力很高，除了基岩埋藏较浅可选择天然地基外，一般均采用桩基。

1.6 房屋高度超过150m的超高层建筑结构应具有良好的使用条件，既要满足舒适度，结构顶点最大加速度的控制也要满足相关规定要求，但是高层建筑设计不需要考虑上述问题。

1.7 只有经过国内专家的评估和论证，必要时还须进行振动模型试验，才能确保工程的安全。而一般高层建筑的房屋高度多在规范容许高度范围并已有大量的科研成果和实际工程经验，除非是特别不规则结构，是不需要进行抗震设防专项审查的。

2 超高层建筑结构方案

2.1 抗震设防烈度是超高层结构体系选用首要考虑因素 《抗规》中规定，对于房屋高度超过100m的高层建筑，不同的抗震设防烈度，房屋高度也是不相同的。显然，抗震设防烈度6度最有利于建造超高层建筑。因为地震作用太大，要满足三个水准的设防性能目标，其结构构件截面尺寸大，用材指标很高，并导致工程造价也相当高。

2.1.1 超高层建筑方案应受到结构方案的制约，建筑专业是民用建筑设计中的龙头专业，一个具有较强建筑方案能力和有经验的建筑师在建筑方案时应考虑到建筑结构，使得结构方案具有可实施性。 而对于超高层建筑方案更应首先就要考虑结构方案的可行性，保证居民的生命和财产安全。

2.1.2 超高层建筑结构体系中结构类型的选择，应该根据拟建场地的岩土工程地质条件和抗震性能目标的确定及经济的合理性综合考虑。拟建场地的岩土工程地质条件，是合理选择超高层建筑的结构类型时要考虑的因素之一。

2.2 抗震设计时，所确定的抗震性能目标是超高层建筑结构选型应考虑的另一因素。一般而言，超高层建筑结构设计普遍存在结构超限。一般抗震设计的性能目标要求竖向构件承载力达到中震不屈服或剪力墙底部加强区达到抗剪中震弹性，受弯及框架柱 达到中震不屈服。

2.2.1 采用合理的结构类型，应考虑经济上的合理性。通常从工程造价上比较，钢筋混凝土结构最低，其次是混合结构，最高则是全钢结构。一般混合结构的采用应考虑有利于降低工程造价。另外，超高层建筑结构中的竖向承重构件由于截面积大而会使建筑有效的使用面积减小。

2.2.2 超高层建筑结构类型的选用，施工的合理性应是考虑的又一因素 超高层建筑的房屋高度多在150m以上。房屋高度愈高，施工难度愈大，施工周期也愈长。一般钢筋混凝土结构高层建筑出地面以上的楼层施工进度慢，施工难度很大。所以，不同结构类型，施工进度各不相同。因此，设计应根据不同的房屋高度和业主对工程施工进度的要求，综合考虑以选择合理的结构类型。

2.3 超高建筑结构类型中的混合结构设计

采用型钢混凝土梁，粱的纵筋要穿越柱的腹板或焊接在设置于型钢柱翼缘的钢牛腿上，而型钢柱的箍筋除穿越柱腹板外还要穿越型钢梁的腹板。它与全钢结构相比，即使加上钢筋用量后总用钢量也要低，相应总的工程费用也低。同 时，由于混合结构的主要抗侧构件是钢筋混凝土核心筒，其抗侧刚度大于钢支撑，这就是混合结构目前广泛用于超高层建筑结构的主要原因。

2.4 超高层建筑结构的基础设计

超高层建筑一般多设二层或更多层的地下室， 其基础的埋置深度均能满足稳定要求。而对于基岩埋藏较浅无法建造多层地下室不能满足埋置深度要 求的，则可设置嵌岩锚杆来满足稳定要求。

2.4.1 天然地基基础。对于基底砌置在砂、卵石层的建筑，多是采用等厚板筏形基础。但也有工程采用箱形基础。

2.4.2 桩基基础的设计。超高层建筑的桩基础，由于基底压力大，要求的单桩竖向承载力较高，因此，均采用大直径钻孔灌注桩或有条件的工程场地采用大直径人工挖孔扩底灌注桩。桩端持力层的选择应考虑层厚较大和密实的砂、卵石层或中风化、微风化基岩，以减少桩端沉降变形。

3 超高层建筑的技术及措施

3.1 连廊弱连接支座留足连廊两端活动空间确保不出现下坠，采用抗拉铰接万向支座，并用侧面限位器固定，确保水平荷载直接传递到塔楼主结构。支承连廊的框架柱抗震等级提高为一级，以确保安全性。

3.2 连廊及顶部塔楼结构抗震加强措施。连廊采用空间钢结构桁架，钢筋混凝土楼板的形式，并进行专门设计。顶部莲花座高度较高且外形复杂，采用将芯筒适度上升，外复钢结构形成莲花座外形的结构设计，能极大地减轻自重保证结构强度，从而有效克服鞭梢效应，且施工方便。

3.3 平面扭转不规则抗震加强措施。主要采取调整抗侧力构件的布置，使质心与刚心尽量重合，并加大结构的扭转刚度，以减小结构扭转效应，使结构各楼层的位移比限制在规定范围之内。

结语

超高层建筑双塔结构是一种非常复杂的结构体系，如何科学合理地设计超高层建筑结构已成为一个急需解决的问题。超高层建筑应采用合理的计算模型，通过多种分析进行比较，证明结构设计是可行的，因此设计者要足够重视抗震设计。

参考文献

[1]秦荣.高层与超高层建筑结构[M].北京：科学出版社，2007.

[2]范跃虹，黄宗襄，林振声.超高层和大型公共建筑设计、施工与研究[M].上海：同济大学出版社，2007.

超高层结构设计篇3

关键词:超高层剪力墙结构；性能化设计；弹塑性分析；专项分析

1工程概况

本项目位于南京市鼓楼区，地块总建筑面积约16万m2。地上由5栋超高层住宅、1栋办公楼和4栋6层商业楼组成，项目效果图如图1所示。本文主要论述2#超高层住宅楼（以下称“本工程”）的抗震设计可行性分析过程。本工程建筑面积约3.6万m2，地上49层，地下2层。结构整体高度147.3m，标准层高3m，17层和33层分别设置两个避难层，层高3.15m，采用剪力墙结构体系，本工程的结构模型如图2所示。本工程的主要设计参数见表1。

2基础设计

根据勘察报告揭露的地层情况，同时针对本工程层数高、竖向荷载大的特点，经过试算后采用钻孔嵌岩灌注桩，桩径800mm，以5-2L层中等风化砾岩为桩端持力层，入岩深度为2.0m，单桩竖向抗压承载力特征值为6400kN。本工程采用厚筏基础，筏板厚度2.2m，埋深约11.20m，11.20/147.60=1/13.2>1/18，满足规范要求。

3结构体系

本工程为超高层住宅，结构高度147.3m，结合建筑特点和同类项目设计经验[1-3]，选用剪力墙结构体系。结构布置如图2所示。3.1竖向构件经过反复试算，墙体布置和厚度分布见图3，剪力墙混凝土等级分布为：1~12层为C60，13~24层为C50，22层以上为C40。3.2楼面结构梁宽为200mm或同墙厚，标准层户型内梁高以400mm、450mm为主，X向边梁500mm，Y向边梁为600mm；楼板为120~130mm现浇板；梁、板混凝土等级均为C30。

4超限情况及性能目标

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2015]67号）[4]，本工程超限情况主要有两项：①高度超限，结构高度147.3m，高度超过7度区剪力墙的A级最大适用高度23%，同时小于B级最大使用高度，属于高度超限；②楼板不连续，2层入户大堂以及避难层的生活转输水箱均为挑空布置，导致相应楼层挑空位置楼板有效宽度小于50%。遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计原则，本工程的抗震性能目标设为C级[5]。具体结构构件的性能目标如表2所示。

5结构小震弹性分析

5.1小震弹性反应谱分析

采用YJK和MIDAS两个程序对结构进行了小震弹性计算，计算结果汇总如表3所示。根据上述计算结果，可知两个计算程序计算结果相近，说明模型及计算结果合理有效，可以作为工程设计的依据。

5.2小震弹性时程分析

弹性时程补充分析所用地震波《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）（以下简称《高规》）[5]4.3.5节给出了明确的要求。具体应用到实际工程时，文献[6]中也给出了详细的选波操作步骤。图4给出了结构在各组地震波作用下的楼层剪力分布情况，由图4可以得出，各组地震波作用的结构基底剪力和反应谱计算的基底剪力均相差在35%以内，7组时程剪力的平均值和反应谱基底剪力相差在20%以内。同时各楼层的时程剪力平均值均小于CQC计算的楼层剪力，因此后续施工图设计中按照规范反应谱得出的地震力进行计算即可。

6抗震性能化验算

采用YJK程序对本工程进行抗震性能化验算。根据设定的性能目标，主要对底部加强区剪力墙进行如下几个方面的验算：①底部加强区剪力墙中震抗弯不屈服验算。设计时底部加强区边缘构件纵筋采用小震弹性和中震不屈服的包络值。②底部加强区中震抗剪弹性验算。设计时底部加强区墙体水平分布钢筋采用小震弹性和中震弹性的包络值。③底部加强区剪力墙大震作用下的截面限值条件验算。计算结果显示各截面的剪压比均满足规范要求。

7动力弹塑性验算

本工程采用SAUSAGE程序进行罕遇地震作用下的动力弹塑性验算。主要结论为：①结构在罕遇地震作用下X、Y向的层间最大位移角分别为1/192、1/191，小于规范限值1/120；②结构顶点弹塑性和弹性位移曲线形状相似，但随着时间推移，位移曲线逐渐出现明显的相位差；③楼层剪力曲线无突变，弹塑性基底剪力为小震弹性基底剪力的3.1~4.6倍，符合工程的一般规律；④构件的整体损伤程度为连梁＞梁＞剪力墙，70%左右的剪力墙无损伤。以上分析结果均表明结构在罕遇地震作用下能够保持“大震不倒”的设防要求。

8专项分析

8.1楼层开大洞解决措施

由于建筑底部有挑空入户大堂、避难层存在挑空的生活转输水箱间，引起平面中轴处楼板大开洞，相应位置出现严重的弱连接，详见图5。针对楼板大开洞引起的弱连接，首先，控制小震作用下此楼层板内主拉应力不大于混凝土抗拉强度设计值，中震作用下板内主拉应力全部由钢筋承担；其次，对楼板大开洞楼层，去掉弱连接，对结构进行整体分塔分析，按分塔和不分塔模型包络设计。

8.2针对高宽比超限的设计措施

本工程高宽比8.4，大于《高规》[5]第3.3.2条的限值6。针对高宽比大于限值，设计中主要控制如下几个方面：①验算结构刚重比，满足整体稳定性要求，同时考虑“P-Δ”效应；②中震不屈服时，截面拉应力超过混凝土抗拉强度标准值的墙肢内设置型钢，所有拉力全部由型钢承受；③风荷载作用、小震与风荷载组合作用、中震作用时，基础底面与地基之间不出现零应力区，桩基满足承载力设计要求，不出现上拔力；④大震作用下，对结构进行动力弹塑性分析，从严控制罕遇地震下的整体结构的塑性变形。

9结语

本工程为B级高度剪力墙住宅结构，小震作用下两个程序计算结果相近且均满足规范要求；中、大震等效弹性反应谱法计算结果表明底部加强区剪力墙能够满足预设的性能目标要求；动力弹塑性分析结果表明结构能够满足“大震不倒”的设防要求；同时对结构重点部位进行了专项分析，采取合理的计算、设计和构造措施。因此，本工程结构方案抗震设计是安全且可行的。本工程已于2019年3月通过超限审查。

参考文献

[1]杨建平，沈伟，魏大平，等．南京世茂滨江超高层住宅结构抗震设计[J]．建筑结构，2018，48（19）：27-30．

[2]刘金龙，宋九祥，沈伟．某超高层住宅结构关键问题分析[J]．山西建筑，2021，47（03）：32-35．

[3]曹源，李智明．武汉某超限高层住宅结构抗震分析设计[J]．建筑结构，2020，50（S2）：234-238．

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部．超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点：建质[2015]67号[S]．2015．

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部．高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3—2010[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011．

[6]刘金龙，江韩，宋九祥，等．南京世茂G11项目2号楼超高层住宅结构设计[J]．建筑结构，2018，48（S2）：19-23．

超高层结构设计篇4

【关键词】多项不规则超限高层；各项不规则情况对结构主体的影响程度

0.前言

超限高层建筑，是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型的高层建筑工程，体型特别不规则的高层建筑工程，以及有关规范、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程。具体超限情况及主要范围可参照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010]109）中第一章第二条及第七章附录一确定。针对多项不规则的超限高层建筑，首先应结合抗震概念采用相对合理的结构布置，然后分析结构各个不规则情况对结构主体的影响程度，找出了结构薄弱位置，最后采用基于性能的抗震设计方法对结构薄弱位置采取加强措施，达到使结构具有良好的抗震性的目的。本文现以某在建住宅类超限高层为例，重点就本工程结构在各项不规则情况对结构主体的影响程度及结构设计采取的加强措施方面进行阐述。

1.工程概况

某高层住宅位于厦门市五缘湾，是某住宅小区其中一栋，底部为大底盘地下室，地下2层，地上28层，建筑总高度99.10m，底层层高7m，以上各层层高均为3.4m，二层为框支转换层。

本工程为部分框支框架剪力墙结构体系。

建筑抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级。抗震设防烈度为VII度，设计基本地震加速度0.15g，设计地震分组：第二组；场地类别：II类；特征周期Tg=0.40se；按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级的烈度VII度；建筑结构的阻尼比取5%。50年一遇的基本风压：0.8KN/m2，地面粗糙度：A类。

框架抗震等级：框支框架为一级其余为二级；剪力墙抗震等级：底部加强区为一级其余为二级。

2.结构方案布置及结构体系中的不规则问题

（1）结构方案布置：采用部分框支框架剪力墙结构体系。

转换层柱距8～14.5m，型钢混凝土框支柱b*h=1400*1500，型钢BH700x700x32x32，型钢混凝土框支梁b*h=1400x1600，型钢BH 1100X700X25X25

转换层以上柱距为8.0～10.0m，2～24层采用型钢混凝土框架柱，型钢BH400X400X20X25～BH700x700x25x25柱截面，b*h=1200*1200～800*800；24层以上采用钢筋混凝土框架柱b*h=800*800。

楼电梯间处筒体钢筋混凝土墙厚度400～600mm，其余钢筋混凝土墙厚度300～500mm。并对于边榀抗震墙端部设置型钢混凝土暗柱以提高整体延性。

楼盖结构：地下二层～屋顶采用钢筋混凝土梁板体系； 转换层板厚250mm，其余各层板厚100～150mm。主要的抗侧力体系由框架-抗震墙组成。转换层为型钢砼梁、柱，部分内力较大的位置设置了型钢砼梁、柱。结构布置详结构平面布置图（详图2，3）；

（2）结构体系中的不规则问题：

本工程不规则情况，具体体现在以下几个方面：

1）扭转不规则：考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2，属于扭转不规则结构。

2）竖向抗侧力构件连续：于地上一层转换。

3）侧向刚度不规则：地上一层侧向刚度（剪力/层间位移）小于上一层70%。

4）结构高宽比6.4>6.0。

针对以上超限情况，综合专家组意见及设计者的理念，制定了本项目的抗震性能目标。

（1）在多遇地震作用下：各构件均保持弹性工作状态。

（2）在设防地震作用下：底部加强区的竖向构件（除框支柱）的抗剪承载力按中震弹性设计，抗弯承载力按中震不屈服设计，框支框架按中震弹性设计。

（3）在罕遇地震作用下，结构的最大弹塑性层间位移角满足规范的限制要求。

3.计算方法与结果分析

3.1计算方法

（1）采用两种不同力学模型的三维空间分析程序进行整体结构内力、位移的对比计算分析，采用PKPM系列软件的STAWE模块计算，并用PKPM的PMSAP模块补充计算校核。

（2）采用弹性动力时程分析方法进行多遇地震的补充计算。

（3）采用PKPM系列软件的PUSH模块进行大震下静力弹塑性计算。

（4）采用FEQ有限元框支剪力墙计算及配筋软件对转换梁及转换梁上一层剪力墙进行复核。

3.2多遇地震及风荷载下弹性分析

此阶段性能设计的目标是保证结构在小震作用下无损坏，可继续使用。就要求结构具有足够的刚度，变形在弹性阶段，不会因为在地震力作用下产生过大位移而影响结构承载力及使用要求。

本工程采用SATWE进行计算，并用PMSAP对比分析。SATWE采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件，采用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙；PMSAP程序基于广义协调理论和子结构技术开发了能够任意开洞的细分墙单元和多边形楼板单元，其面内刚度和面外刚度分别由平面应力膜和弯曲板进行模拟，楼板参与整体结构的计算分析。两个程序均采用振型分解反应谱法进行地震作用计算，并考虑偶然偏心及双向地震作用。

主要计算控制指标：a.周期比；b.层间位移角及扭转位移比；c.剪重比及有效质量系数；d.层刚度比及层抗剪承载力比；e.墙轴压比及稳定性。

结果分析：

A）SATWE和PMSAP的振型反应谱计算多遇水平地震作用，结果基本吻合，刚度适宜，各项指标满足规范要求。

B）对于转换梁上一层框支剪力墙，采用有限元框支剪力墙计算及配筋软件（FEQ），取框支层以下各层及以上三层复核框支层上的剪力墙及框支转换构件，并综合两者的结果进行构件的设计。

3.3多遇地震动力弹性时程分析补充计算

目前抗震规范所采用的平均反应谱法，主要由设防烈度、近震远震、场地土、地震影响系数等参数控制。对于特殊情况如结构体型复杂、超高层等用平均反应谱法计算并不完全准确，规范要求应进行弹性动力时程分析。

选取由中国建研院提供的场地实测地震波，共三条 ，其中两条天然波，一条人工波，具体有以下要求：

（1）每条时程曲线计算得结构底部剪力不应小于反应谱法的65%，多条时程曲线计算所得底部剪力的平均值不应小于反应谱法计算结果的80%。

（2）地震波持续时间不小于建筑基本自振周期的5倍及15s。

（3）选取3组时程曲线计算时，结构地震效应取时程分析结果与振型分解反应谱计算结果的包络值。

结果分析：由最大楼层剪力对比图显示，时程分析及反应谱分析得到的结果曲线基本接近 ，曲线光滑无突变。反应谱分析曲线无法完全包络住时程分析曲线，最大剪力由时程分析的结果控制。结构设计时，24层以上应按时程分析结果与反应谱法的比值对地震作用进行放大，其余楼层仍按反应谱法的计算结果。

A）采用弹性时程分析进行了多遇地震下的补充计算，结果显示：（详图5）。

3.4中震分析

中震作用：此阶段的性能目标是保证结构在中震作用下处于可运行状态，通过适当量化的弹性计算方法，找出薄弱构件并加强，与小震和罕遇地震作，其破损状态可描述为结构大部分均可立即修复，结构和非结构构件允许有微小破损，人员安全，重要的运行应有可靠的保护。

本工程在设计时结合专家审查组意见，提出中震下对结构的关键部位和关键构件采用性能设计，以使有限的资金用在最需要的地方，达到经济效益优化的目的。将此目标量化后分为以下几个方面：

（1）底部加强区的竖向构件（除框支柱）的抗剪承载力按中震弹性设计；抗弯承载力按中震不屈服设计。

（2）框支框架按中震弹性设计。

中震不屈服计算时，水平地震影响系数最大值 amax=0.34，材料强度采用标准值 ，荷载采用标准值 ，抗震等级取四级，属于承载力极限状态设计。

中震弹性计算时，水平地震影响系数最大值 amax=0.34.抗震等级取四级。中震弹性设计取消内力调整系数，保留荷载分项系数，材料强度采用设计值。

中震不屈服设计和中震弹性设计方法都属于性能 设计的范畴。本工程经计算，底部加强区大部分剪力墙及连梁的内力分布合理，基本无超筋现象墙体轴压比最大0.42，构件延续指标良好，符合能设计的要求。

3.5大震下静力弹塑性分析

大震（罕遇地震）作用：αmax=0.72。此阶段性能设计的目标主要是使结构在大震下能够保证其内部人员的生命安全，其破损状态可描述为结构受到中等程度破坏，不会倒塌，一般可保证其内部人员生命安全。本工程通过保证薄弱层（底部加强区）在大震下弹塑性变形的限制，以做到结构大震不倒。

根据X、Y向推覆分析的能力曲线和性能点，得到大震下的最大层间位移角X向为l/187，Y向为1/163，均小于1/120规范限值，符合规范要求。在推覆分析的过程中，塑性铰首先出现在底部加强区的连梁及部分墙肢位置，然后陆续出现。直到性能点位置，剪力墙均未出现剪力铰，在罕遇地震下不发生剪切破坏，有较好的延性，结构具有足够的变形能力，结构的整体抗震性能满足“大震不倒”的抗震性能目标。

4.抗震措施

本工程存在扭转不规则、抗侧力构件不连续，竖向不规则等不规则情况，属超限高层建筑，在初步设计阶段进行了超限高层抗震专项审查，专家组对工程结构设计提出了很多宝贵意见，综合专家组意见及设计者的理念，采用了如下抗震措施：

（1）两端一字型剪力墙端部设置型钢砼暗柱，以提高未封闭阳角处整体延性。

（2）转换层板厚取250mm，钢筋双层双向配置，以加强转换层楼板平面内刚度。

（3）对除转换层以外各层板厚按板跨进行优化以减轻结构自重。

（4）剪刀梯梯板之间设置砼抗震墙以进一步增强楼梯间薄弱位置筒体处抗震墙平面外稳定性。

（5）框支框架及部分受力较大框架柱采用型钢混凝土，使得构件尺寸明显减小，构件延性有较大提高。

5.结论

（1）本工程在结构的抗震设计中引入了基于性能的抗震设计理念，并始终贯彻多道抗震设防的概念，使得结构具有良好的抗震性能，保证了结构体系的安全、合理。遵循“强墙弱梁，强剪弱弯”的原则，连梁应具备良好的耗能性能，作为第一道抗震防线，先于墙肢屈服。

（2）不同的超限高层，应根据其具体超限情况及超限程度，以及业主的经济实力，确定结构在不同水准地震作用下所需达到的性能目标。必要时尚应进行相关的试验加以论证。

（3）对于复杂的超限高层建筑，应采用合理的计算模型，通过多种结构分析软件进行对比分析，使得计算结果更接近结构真实的受力情况。

（4）水平力作用性质不同时，所采用的结构布置策略也不同。对于地震力控制的高层，应注意结构刚度与质量的协调，刚度应适宜，否则刚度太大相应地震惯牲力增大；而风荷载控制的高层，结构刚度是关键因素，质量影响则相对较小。

本工程存在多项不规则情况，属于超限高层建筑。由于在结构设计时采取了相对合理的结构布置，并对结构的薄弱处采取了加强措施，从而减小了体型不规则带来的不利影响，使得结构仍具有良好的抗震性能，计算结果满足现行规范和规程的要求。

【参考文献】

[1]1lGB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].

超高层结构设计篇5

关键词：高层结构设计技术性指标审查建筑结构

中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：

1.超限高层结构设计基本理念与措施：

（一）各种类型的结构应有其合适的使用高度、单位面积自重和墙体厚度。结构的总体刚度应适当(含两个主轴方向的刚度协调符合规范的要求)，变形特征应合理；楼层最大层间位移和扭转位移比符合规范、规程的要求。 (二) 应明确多道防线的要求。框架与墙体、筒体共同抗侧力的各类结构中，框架部分地震剪力的调整应依据其超限程度比规范的规定适当增加。主要抗侧力构件中沿全高不开洞的单肢墙，应针对其延性不足采取相应措施。 (三) 超高时应从严掌握建筑结构规则性的要求，明确竖向不规则和水平向不规则的程度，应注意楼板局部开大洞导致较多数量的长短柱共用和细腰形平面可能造成的不利影响 。 (四)转换层应严格控制上下刚度比；墙体通过次梁转换和柱顶墙体开洞，水平加强层的设置数量、位置、结构形式，应认真分析比较；伸臂的构件内力计算宜采用弹性膜楼板假定，上下弦杆应贯通核心筒的墙体，墙体在伸臂斜腹杆的节点处应采取措施避免应力集中导致破坏。 (五) 多塔、连体、错层等复杂体型的结构，应尽量减少不规则的类型和不规则的程度；应注意分析局部区域或沿某个地震作用方向上可能存在的问题，分别采取相应加强措施。 (六) 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，必要时可取结构整体模型和分开模型计算的不利情况，或要求某部分结构在设防烈度下保持弹性工作状态。 (七) 注意加强楼板的整体性，避免楼板的削弱部位在大震下受剪破坏；当楼板在板面或板厚内开洞较大时，宜进行截面受剪承载力验算。

2.超限高层建筑工程抗震设防设计措施：

对主体结构总高度超过350m的超限高层建筑工程。抗震设防应符合下列具体要求： (一) 高层建筑工程超限设计可行性论证报告应说明其超限的类型(如高度、转换层形式和位置、多塔、连体、错层、加强层、竖向不规则、平面不规则、超限大跨空间结构等)和程度，并提出有效控制安全的技术措施，包括抗震技术措施的适用性、可靠性，整体结构及其薄弱部位的加强措施和预期的性能目标。 (二) 岩土工程勘察报告应包括岩土特性参数、地基承载力、场地类别、液化评价、剪切波速测试成果及地基方案。当设计有要求时，应按规范规定提供结构工程时程分析所需的资料。 处于抗震不利地段时，应有相应的边坡稳定评价、断裂影响和地形影响等抗震性能评价内容。

可能存在的其他问题：对于特殊体型或风洞试验结果与荷载规范规定相差较大的风荷载取值以及特殊超限高层建筑工程(规模大、高宽比大等)的隔震、减震技术，宜由相关专业的专家在抗震设防专项审查前进行专门论证。

关于建筑结构抗震概念设计：

注：表中大型建筑工程的范围，参见《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223

超限高层建筑工程设计总结：

1. 基础设计概况(包括：主楼和裙房的基础类型，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)

2. 建筑结构布置和选型(包括：主楼高度和层数，出屋面高度和层数，裙房高度和层数，特大型屋盖的尺寸；建筑平面和竖向的规则性；结构类型是否属于复杂类型；特大型屋盖结构的形式；混凝土结构抗震等级等)

3.勘察报告基本数据(包括：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.结果结构分析 (包括：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，竖向地震取值；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；构件最大剪压比和钢结构应力比；楼层刚度比；大型空间结构屋盖稳定性等)

超高层结构设计篇6

[关键词]超限高层; 抗震性能目标; 弹性分析; 动力弹塑性分析

中图分类号：TU241.8 文献标识码A 文章编号

Seismic design of exceed-limit tall building of a project

Gao Fei

（Huasen Architecture & Engineering Design Consultants Ltd.,Shenzhen 518054）

Abstract: The structure plan, the seismic analysis and the seismic fortification measures of a project is described in the article. For the exceed-limit height, performance based seismic design was adopted, and the elastic analysis of multi-models using different programs and the static elastic-plastic analysis are given to ensure all the potential states of loading are enveloped. Some specific constructional measures are taken to assure the design meets the performance objectives.

Keywords: exceed-limit tall building; seismic performance objectives; elastic analysis; elastic-plastic analysis

0工程概述

本工程为一栋36层办公楼，地下设有2层地下室，总高度147.80 m。属超高层一类建筑，耐火等级为一级。

此工程结构采用框架-核心筒结构，为B级高度钢筋混凝土高层结构，其结构图详图1.

图1标准层结构平面图

工程设计年限50年，地震烈度7度，设计地震分组为第一组，基本加速度值为0.10g[1]。根据

《钢筋混凝土高层建筑设计规范》[2]（以下简称

《高规》），框架及筒体抗震等级为一级。

根据《广东省实施〈高层建筑混凝土结构技术规程〉（JGJ 3-2002补充规定》[3]，变形验算按50年重现期风荷载，基本风压值Wo=0.55KN/；强度验算按100年重现期风荷载，基本风压值Wo=0.605KN/。地面粗糙度为C类，风载体形系数取μs=1.4。

基础采用人工挖孔桩。桩端持力层选用中风化或微风化花岗岩层，桩端承载力特征值为6500，12000kPa。桩径主要为1.0～2.2m，桩长约13～39m。桩基的安全等级为一级。

本工程场地地震安全性评价报告提供的多遇地震影响系数取值大于规范值,为安全起见,本工程多遇地震反应谱部分采用安评报告提供的数值进行计算，设防地震和罕遇地震仍按规范值计算。

1 超限类型及工程抗震性能目标

（1）塔楼高度143.40m，为超B级高度；

（2）扭转不规则，楼层最大弹性层间位移与平均值的比值为1.30，大于1.20；

根据以上超限判定，对应的各类型结构构件抗震性能目标见表1。

各类型结构构件抗震性能目标表1

2弹性计算结果及分析

采用SATWE及ETABS两个软件进行多遇地震下的弹性计算分析。计算中考虑偶然偏心，双向地震及扭转耦联影响。两种程序计算结果基本一致，周期比、层间位移角、最大扭转位移比、层间刚度比及楼层受剪承载力比等指标均满足规范要求，说明计算模型能较好的反应结构在风及地震作用下的弹性受力性能。表2为计算结果部分数据，剪重比按规范调整后为1.6%。

塔楼弹性反应谱计算分析结果 表2

采用SATWE软件按建筑场地类别和设计地震分组，选用五组天然地震波和二组人工模拟地震波进行结构弹性时程分析，分析结果详表3。

计算结果表明，每条时程曲线计算所得结构基底剪力均大于振型分解反应谱法的65%，七条时程曲线计算所得结构基底剪力的平均值大于振型分解反应谱法的80%，地震波的选择满足规范要求。

弹性时程分析结果 表3

注：基底剪力单位为kN

3中震设计

中震设计以基本烈度地震参数输入结构进行抗震分析，结构的内力调整系数取1.0；中震不屈服设计时，荷载分项系数和材料分项系数取1.0；中震弹性设计时荷载分项系数和材料分项系数按规范取值。

采用SATWE软件进行计算，框架柱在设防地震作用下计算配筋与多遇地震作用时基本相同，提高纵筋最小配筋率和最小体积配箍率进行配筋，在设防地震作用下，框架柱可保持弹性状态；落地剪力墙在设防地震作用下，竖向钢筋计算配筋偏大，提高剪力墙约束边缘构件配筋率进行配筋，能满足设防目标要求；连梁及普通框架梁，设防地震作用下大部分计算配筋比多遇地震时大，部分连梁及框架梁超筋，梁端出现屈服，设计时适当加强配筋，特别是箍筋，以保证梁的屈服性质是具有延性的抗弯屈服。

4罕遇地震下动力弹塑性分析

非线性动力时程分析是进行结构非线性地震反应分析最完善的方法。这种动力分析方法除去了非线性静力推覆分析方法的局限性，可以准确体现高振型的影响, 也能够正确地自动地对多向地震输入的效应进行迭加组合。

在分析中，重力荷载的施加与地震波的输入将分两步进行。第一步，施加重力荷载的代表值。

第二步，施加地震作用，地震加速度时程作用在地面结点上，沿整体坐标系的X方向或Y方向。在时程分析中，主方向与次方向的峰值加速度的比值为1.0 : 0.85。

为进行结构的非线性地震反应分析，本工程采用软件MIDAS Building验算结构在罕遇地震作用下的结构抗震性能，考察其是否能够满足结构抗震性能目标。

MIDAS Building的非线性梁柱单元使用了准确性较高的柔度法，可以使用较少的单元得到准确的结果。本工程对混凝土梁柱构件采用修正武田三折线滞回模型。混凝土墙采用纤维模型模拟，墙竖向纤维数量取5、水平纤维数量取3，混凝土材料的本构关系选择混凝土结构设计规范附录C中单轴受压曲线；钢材默认选择双折线本构；剪切特性默认取三折线类型。利用应变等级定义混凝土材料所处的受力状态级别，第1等级可认为是弹性状态，第2等级可认为是开裂状态，第3等级可定义为屈服状态，第4等级可认为是屈服后状态，第5等级可认为是极限状态。

塔楼梁铰及墙铰分布图详图2~3。各类构件塑性铰的发展过程：1.梁铰首先在中下部洞口连梁位置出现，随即次梁出现塑性铰，然后沿楼层方向发展；2.柱铰首先在裙房柱和上部楼层出现，然后沿楼层方向发展；3.墙铰首先在楼层中下部洞口上部墙肢出现，并沿楼层方向逐渐展开。出铰情况表明，在罕遇地震作用下，剪力墙承担了绝大部分的地震作用，结构整体上处于塑性发展阶段的初期，结构整体上满足“大震不倒”的性能目标。

图2Y向梁铰分布图

图3墙铰分布图

5超限结构抗震加强措施

针对本工程超限情况，采取了以下措施：

（1）根据抗震概念设计及大震弹塑性分析的结果对关注部位采取适当构造。

（2）结合风荷载下强度需要，对部分连梁加强构造，保证连梁的抗剪承载能力。

（3）加强周边框架梁刚度。

（4）对混凝土剪力墙，按照规范规定设置边缘约束构件和构造边缘构件。

（5）严格控制框架柱和底部加强区核心筒墙体的轴压比。

（6）裙楼双筒间楼板加厚，并采用双层双向配筋，每层单向配筋率不应小于0.25%。

6结语

该工程属于超限高层建筑，对关键构件设定了三水准抗震性能目标。在设计过程中，采用多个程序对结构进行了弹性，弹塑性计算分析，除保证结构在小震及风荷载作用下处于弹性状态外，补充了关键构件在中震和大震下的验算，并对重要构件采取了加强措施，实现了预期的性能目标，满足规范要求。

参 考 文 献

[1]GB50011-2010 建筑抗震设计规范 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

超高层结构设计篇7

[关键词]超B级高度的超限设计；框支剪力墙结构；性能目标；静力弹塑性分析；超限高层抗震性能分析方法

1工程概况

银海湾项目位于珠海市香洲区港湾大道银坑段，由三栋建筑总高度超150米的住宅以及会所组成，总建筑面积约19万平方米，总平面图、效果图详见图1、图2。

图1 总平面图

图2 效果图

2自然条件及结构布置

本工程建筑物的设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，设防烈度为7度，地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类,阻尼比为0.05，水平地震影响系数为0.08。风荷载取100年重现期的基本风压0.90kN/m2，地面粗糙度类别为B类。

根据建筑物的使用要求，抗震设防及场地条件综合分析，结构体系采用框支剪力墙结构，转换层结构详见图3。

图3 转换层结构平面图

3结构超限情况

本工程属于《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010[1](以下简称《高规》)和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010[2] (以下简称《抗规》)规定的超B级高度高层建筑；同时存在框支层，也属于竖向构件不连续；另外还存在楼板不连续和侧向刚度突变的一般规则性超限，但不存在严重不规则，综和分析本工程属于高度超限和一般规则性超限工程，需报超限高层建筑工程抗震设防专项审查，进行性能设计。

《高规》中对性能设计提出了如表1要求，每个性能目标均与结构抗震性能水准相对应。

结构抗震性能目标表.1

性能目标

地震水准 A B C D

多遇地震 1 1 1 1

设防烈度地震 1 2 3 4

预估的罕遇地震 2 3 4 5

《抗规》也对性能设计做了类似的要求。

针对超限情况，综合考虑设防类别、设防烈度、场地条件、结构特性、建造费用、震后损伤和修复难易程度等各方面因素，结合《高规》和《抗规》规定，设定本工程抗震性能目标为性能C。性能目标C是指小震下满足结构抗震性能水准1的要求，中震下满足性能水准3的要求，大震下满足性能水准4的要求，设定目标详见表1.

根据超限情况和设防目标，结合实际情况，采用量化的分析手段使结构满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三设防水准，通过分析论证，找出结构的薄弱位置，并采取针对的加强措施。

抗震设计性能目标（C级）表1

地震烈度

（50年超越概率） 多遇地震

（63％） 设防烈度

（10％） 罕遇地震

（2％）

规范规定的抗震概念 小震不坏 中震可修 大震不倒

最低抗震性能要求 第1水准 第4水准 第5水准

允许层间位移角 1/800 1/120

构件抗震设计目标 关键构件 框支梁、柱 弹性 中震弹性1

大震不屈服

框支层重要框架梁、柱 弹性 中震弹性1

大震不屈服

框支层落地剪力墙框支层以上底部加强区剪力墙 弹性 中震弹性1

抗剪大震不屈服

抗弯允许（局部）进入塑性

框支层以上框架柱 弹性 中震弹性1

抗剪大震不屈服

框支层以上底部加强区框架梁 抗弯允许进入塑性

楼板 弹性 钢筋不屈服

耗能构件：连梁 弹性 抗弯允许多数进入塑性 允许进入塑性

抗剪不屈服

普通框架梁 弹性 抗弯允许少数进入塑性 允许进入塑性

抗剪不屈服

普通竖向构件（剪力墙） 受弯 弹性 中震不屈服 允许（局部）进入塑性

受剪 弹性 中震不屈服 允许（局部）进入塑性

说明：1表示在没有风荷载参与组合情况下，地震力不考虑调整系数，但考虑荷载分项系数，满足材料设计强度的要求。

②表示在大震状态下楼板钢筋的性能目标是钢筋不屈服，中震状态同样也能满足中震可修。

MIDAS同SATWE小震计算结果对比 表2

计算软件 SATWE MIDAS

总重量(t) 136529.750 132736.739

结构基本自振周期 周期

(秒) 平动系数

（X+Y） 扭转

系数 周期

(秒) 平动系数

（X+Y） 扭转

系数

T1 3.5484 0.95+0.01 0.04 3.6803 0.98+0.01 0.01

T2 3.2844 0.01+0.99 0.00 3.2124 0.01+0.98 0.01

T3 3.0162 0.05+0.00 0.95 3.1035 0.00+0.01 0.99

扭转第一自振周期/平动第一自振周期 0.850 0.843

X向 Y向 X向 Y向

风载下位移 最大Δu/h(楼层) 1/1788(16F) 1/901(29F) 1/1984(17F) 1/1095(29F)

地震作用下位移 最大Δu/h(楼层) 1/1379(20F) 1/1368(33F) 1/1554(18F) 1/1833(31F)

偶然偏心下的最大水平位移

或层间位移与其平均值之比 1.29(47F) 1.30(8F) - -

结构底层(6F)地震作用力（剪重比） 16944.15

（1.60%） 17375.99（1.64%） 15445.98

（1.60%） 15554.637（1.60%）

与上一层侧向刚度的70％的比值或与上三层侧向平均刚度的80％的比值的较小值

(层数) 0.8804(6F) 0.8554(6F) 0.724(6F) 0.823(6F)

与上层抗剪承载力的比值的最小值(层数) ＞0.8 ＞0.8 - -

架空层上部与下部结构等效侧向刚度比

(剪弯刚度) 0.8331＜1.3 0.6047＜1.3 - -

结构底层(6F)总地震倾覆力矩（kN.m）

（框架柱承担比例） 1213342.38（12.52%） 1230852.38 (3.95%) 1140457.253

(8.68%) 1136355.912

(3.09%)

结构整体稳定验算的刚重比 4.59 5.55 - -

有效质量系数 99.83% 99.58% 93.96 % 92.25 %

墙柱最大轴压比 0.50(7F墙) 0.68(8F柱) - -

4结构分析计算

4.1计算介绍

本工程超限高层建筑，采用SATWE、MIDAS两个软件进行弹性静力分析、采用SATWE软件进行了弹性动力时程分析、中震弹性分析、中（大）震不屈服分析，采用MIDAS软件进行弹塑性静力分析（PUSHOVER），采用MIDAS软件进行大震作用下的楼板应力分析。通过分析以验证结构能否满足抗震设防标准，并找到结构薄弱位置，制定针对性地加强措施。

4.2小震弹性分析

采用空间结构分析程序SATWE软件进行多遇地震（小震）作用分析，采用MIDAS软件进一步分析计算作为参考对照比较。计算结果均满足规范要求，未出现原则性冲突或矛盾的结果，表明计算结果是可信的，同时说明结构体系、结构布置和构件尺寸基本合理。通过以上分析，我们认为本工程结构布置和受力形态基本合理，各部分构件能够实现多遇地震下满足性能水准1要求。计算结果比较详见表2。地震作用下层间位移角比较见图3。

图3 X层间位移角比较Y层间位移角比较

4.3中震分析

中震不屈服分析时考虑的主要因素：1、采用SATWE软件进行中震不屈服验算，αmax调整到0.23，点取中震不屈服验算；2、结构阻尼比采用0.05；3、荷载分项系数均取1.0（组合值系数不变）；4、不计结构抗震的内力增大系数、结构的抗震内力调整；5、中梁刚度放大系数1.4。6、不计算风荷载；7、材料强度取标准值；8、抗震承载力调整系数取γre=1.0。

在设防烈度地震作用下（αmax=0.23时）经中震不屈服验算，耗能构件满足性能目标，普通竖向构件满足性能目标。

结果表明按小震结果设计，按规范采取构造加强措施，可以保证在中震作用下，满足规范“中震可修”的抗震设防目标,基本能够保证中震作用下性能水准3的目标。

4.4大震分析

结构在较大的地震作用下某些部位要发生屈服甚至破坏退出工作，从而结构的工作状态会从弹性过渡到弹塑性，随着塑性的发生和发展，结构的反应性能会发生改变，应此需要考虑结构进入非线性状态的地震反应分析。经过非线性分析后，通过出铰顺序判断“强柱弱梁”、通过铰类型判断“强剪弱弯”；通过弹塑性层间位移角验算结构大震下的位移是否满足规范要求通过对结构、构件的承载能力和延性的判断进行性能设计(调整线弹性设计结果)。

通过MIDAS进行拉PUSHOVER分析，塑性铰类型选取FEMA铰（塑性铰位移限值详见图4），荷载加载模式采用模态形式，初始荷载为1.0DL+0.5LL。MIDAS性能曲线详见图5，位移曲线详见图6。

图4FEMA铰塑性铰位移限值

各阶段性能点对应的含义：

A点：未加载状态。B点：出现塑性铰。

IO=直接居住极限状态(Immediate Occupancy)

LS=安全极限状态(Life Safety)

CP=防止坍塌极限状态(Collapse Prevention)

C点：开始倒塌点。E点：最大变形能力位置。

图5X向性能曲线Y向性能曲线

图6X向性能点层间位移Y向性能点层间位移

通过分析，弹塑性需求谱与能力谱相交得到罕遇地震作用下的性能点，从图中可知：

（1）从能力谱上可以看到，结构有足够的抗倒塌能力，能抵御罕遇地震作用，同时有一定的上升空间，保证“大震不倒”。

（2）在罕遇地震作用下，最大层间位移角分别为X向1/212，Y向1/270，整移满足规范限值1/120的要求。

通过分析，认为本工程在大震作用下关键构件能满足大震不屈服，部分连梁、框架梁、普通竖向构件出现明显裂缝，进入塑性，但大部分竖向墙体仍处于弹性状态，基本能够瞒足设定的性能目标，可以实现罕遇地震作用下的性能水准4。

5针对性的加强措施

通过对结构的中、大震性能分析，对关键构件（框支框架、落地剪力墙）以及底部加强区剪力墙进行大震作用下的承载力复核，使之较小震、中震阶段有较大的提高，施工图设计按性能设计要求配筋；

（1）部分底部加强区采用型钢混凝土框支柱、钢骨混凝土梁及钢骨混凝土剪力墙，剪力墙钢骨伸至7层楼面（底部加强区）。

（2）钢骨含钢量大于6.0%，并满足钢砼承载力比率大于0.10,框架柱钢筋配筋率大于1.0%；

（3）加大底部加强区剪力墙配筋率：0.6%。

（4）剪力墙约束边缘构件设置的范围取至7层楼面，配筋率为1.4%~1.5%(规范1.4%),体积配箍率加大至2.2%(规范1.83%)。

（5）底部加强区约束边缘构件钢筋采用三级钢筋，增强剪力墙的极限抗弯能力；

6.结束语

本工程超限高层建筑，采用SATWE、MIDAS两个软件进行弹性静力分析、采用SATWE软件进行了弹性动力时程分析、中震弹性分析、中（大）震不屈服分析，采用MIDAS软件进行弹塑性静力分析（PUSHOVER），采用MIDAS软件进行大震作用下的楼板应力分析。结果表明，各项控制指标符合规范要求。经针对性采取特别的抗震加强措施后，本工程可以满足预先设定的性能目标，可以满足使用功能的要求，并满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的安全性要求。

本工程经过上述详细分析，得到超限专家的一致认可，顺利通过了超限审查。说明类似工程采用规范的计算方法和构造措施，是行之有效的。但对于不同工程，需要根据具体实际情况、超限部位，采取针对性的计算和加强措施，才能满足安全性和合理性。

参 考 文 献

[1] JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]，北京，中国建筑工业出版社，2010。

[2] GB50011-2010建筑抗震设计规范[S]，北京，中国建筑工业出版社，2010。

超高层结构设计篇8

关键词： 超限高层 剪力墙结构 抗震性能设计

中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0054-01

1 工程概况

某规划高层建筑住宅为全现浇钢筋混凝土剪力墙结构，建筑层数51层，地下2层，地下二层结构层高为4.5 m，地下一层结构层高为5.0 m；地面首层层高4.0 m，其他以上均为3.0 m层高的住宅，建筑至大屋面高度为154 m。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）判定，该结构为B级高度钢筋混凝土结构超高层建筑。根据《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008），本工程的抗震设防类别为标准设防类，结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。本工程结构超限类型及超限程度属高度超限、平面扭转不规则、平面凸凹不规则的超限高层建筑。

2 结构体系设计

本工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05 g，设计地震分组为第一组。地质报告显示，建筑所处场地土类型为中软场地土，场地类别为Ⅱ类。

楼面采用全现浇钢筋混凝土梁板式结构。根据建筑功能要求并结合结构抗侧刚度的需要，在建筑物、转角处，利用电梯井、楼梯间、设备用房等处均匀设置剪力墙，剪力墙底部厚为400 mm，从下向上逐渐减薄到200 mm。楼梯间及电梯井核心筒与周围竖向构件相连处的楼板厚度采用150 mm，大屋面的楼板厚度为150 mm。上部结构的嵌固端为地下室顶板。主楼地上部分剪力墙、连梁及框架梁抗震等级均为二级，地下室一层抗震等级为二级，地下室二层抗震等级为三级。主楼基础采用桩筏基础，筏板厚度h=2.600 m，桩基采用钢筋混凝土后注浆钻孔灌注桩，桩径为1200 mm，桩单桩竖向抗压承载力特征值Ra=7600kN，桩端进入持力层深度不小于10 m，有效桩长不小于30 m，工程桩桩身混凝土强度等级为C40。本工程为B级高度高层建筑，属超限高层建筑，确定抗震性能目标为D级。

3 结构抗震性能设计思路

（1）根据多遇地震及风荷载等荷载作用下的弹性计算结果，按现行规范进行结构设计。

（2）利用屈服判别法进行设防烈度地震作用下结构构件的屈服验算，对结构的损伤程度进行分析。

（3）通过静力弹塑性方法验算罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角等指标是否满足规范要求，并对结构的损伤程度进行分析，确定结构薄弱部位，提出结构抗震加强措施。

4 多遇地震作用下的弹性分析

（1）根据高规5.1.12条规定，结构计算采用两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算，并进行对比分析。

（2）根据高规5.1.13条规定，抗震设计时，考虑平扭耦联计算结构的扭转效应（CQC法），振型数不小于15，且各振型参与质量之和不小于总质量的90%。

（3）考虑双向水平地震作用下的扭转效应。

（4）计算单向地震作用下的扭转位移比（考虑偶然偏心的影响）。

（5）各种计算均考虑施工过程的模拟。

（6） SATWE/PMSAP/Midas弹性计算对比如下：

a.SATWE前三周期分别为3.95、3.84、3.11，PMSAP前三周期分别为4.10、3.94、3.27，PMSAP前三周期分别为4.13、4.04、3.41；

b.SATWE最大层间位移角1/1211 （X向地震）、1/1303 （Y向地震）、1/2442 （X向风）、1/2519 （Y向风）；PMSAP最大层间位移角 1/1194 （X向地震）、1/1241 （Y向地震）、1/2526 （X向风）、1/2633 （Y向风）；

c. 三种计算位移比分别为1.37、1.35、1.34；有效质量系数分别为98.1%、98.4%、98.3%。

5 中震弹性及中震不屈服验算

在设防烈度地震（中震）作用下，关键构件（底部加强区的核心筒、底部加强区的剪力墙）竖向构件的正截面承载力和受剪承载力均符合规定；关键构件均满足中震不屈服的要求。部分楼层的框架梁、连梁出现较轻微的抗弯屈服，进入屈服阶段，但其受剪承载力未出现明显退化，属于局部延性损坏，经一般修理可继续使用。结构在设防烈度地震（中震）作用下能达到预期的性能目标。

6 大震作用下弹塑性分析

采用MIDAS/Gen进行大震作用下的结构静力弹塑性分析（Pushover分析），在MIDAS/Gen中使用ATC-40（1996）和FEMA-273（1997）提供的能力谱法来对建筑物的抗震性能进行评价。

在本工程的Pushover分析中，选择三种类型的水平荷载分布模式，即模态分布模式、加速度常量分布模式和风荷载工况倒三角分布模式。考虑到结构布置及荷载分布的非对称性，每种荷载分别按X、Y两个主方向加载。Pushover分析完成后，由结构塑性铰的分布，判断结构薄弱位置，根据塑性铰所处的状态，检验结构构件是否满足大震作用下性能水准的要求。

分析各个工况的能力谱曲线有以下特点：

（1）在设定目标范围内，各荷载工况下得到的能力曲线均平滑上升，未出现陡降段或突变段。各能力谱大震需求谱均有交点。

（2）结构在X方向和Y方向的结构刚度和强度较为一致。

（3）模态分布加载模式更不利，而加速度常量加载模式过于保守。同时这也说明了推覆分析的结果在很大程度上依赖于水平荷载分布模式，选择多种加载模式并相互校验有利于对结构抗震性能的更好掌握。

7 结语

本工程为B级高度钢筋混凝土高层建筑，针对本工程采用了抗震性能设计方法，确定抗震性能目标为D级。

（1）用三个空间分析程序SATWE、PMSAP和MIDAS进行计算，施工图设计时取三个程序计算得到的不利结果进行结构构件的设计。

（2）根据静力弹塑性的分析结果，对结构中塑性状态程度较深的框架梁，将考虑适当加大截面、提高配筋率，以提高其承载力，防止这些部位发生较大的破坏。

（3）本工程能达到“小震不坏”“大震不倒”的抗震设防要求。