超限高层建筑结构抗震设计需重视的几个问题-徐培福

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7度，65层，305m
2层、5层楼板开大洞
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3. 结构方案设计中注意的问题
⑤ 结构两个正交方向的第一平动周期比大于0.8
– 天津嘉里中心，59层，200m – 调整前T1x=4.654s，T1y=3.653s，T1x/T1y=0.785
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3. 结构方案设计中注意的问题
⑥ 加强层伸臂桁架深入筒体剪力墙 伸臂桁架内力计算可不计楼板作用
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3. 结构方案设计中注意的问题
③ 层刚度比和层抗剪承载力比
– 不宜有层刚度和层抗剪承载力都比较弱或刚满足规范 限值的楼层 – 刚度计算 Ki Vi / Ui 美国UBC Ki Vi / Ui / hi
• • • 国内有不同意见，目前正在研究。一般情况下仍先按规范规 定 纯框架结构：砌体填充墙对层刚度影响大，计算中宜考虑层 高增加直接降低层抗剪承载力，按规范计算层刚度比较合适 剪力墙、框剪、框架－核心筒结构，与纯框架结构不同。通 过研究确定是否采用 Ki Vi / Ui / hi 。对加强层、设备层也 可先按此计算。
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4. 对计算分析的要求
④ 弹塑性分析的软件，工程计算结果有时出 现不合理情况。如不能比较合理的计入结 构阻尼比，使弹塑性计算的基底剪力大于 弹性计算结果。计算参数的随意性大
弹塑性分析软件要加紧研究改进
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4. 对计算分析的要求
⑤ 高度超过200m的超限高层结构 – 要进行弹塑性时程分析 ⑥ 高度超过300m或新型结构体系或特别复 杂的超限高层 – 要有另一个单位，采用不同的软件进行 独立计算校核
• 目前国内外的技术水平很难对超限高层强 震下的性能作出有把握的判断 • 适当提高抗震设防标准，增加的造价仅占 总造价的5～10％
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2.提高抗震设防标准的主要措施
① 适当提高抗震性能目标 ② 对设计反应谱和地震动参数、地震波选取 的要求
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① 适当提高抗震性能目标
根据超高和复杂的程度确定性能目标 • 加强范围：竖向构件、转换构件、斜撑等关键构件
地震区划考虑地震发生的概率、风险及现实的经 济条件确定 30多年来，仍有8次强震发生在低烈度区或附近
• 1976年唐山大地震 • 2008年汶川大地震
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• 国家、业主有较好的经济实力 • 超限高层严重破坏、倒塌对社会、人民生 命、经济产生巨大伤害和冲击
– 超限高层建筑集中成千上万人员 – 强震时难以逃生（绝对位移振幅可达几米）
U2(m)
罕遇地震作用下，所有连廊隔震支座的最大变形分 别为39.5cm，支座选用最大位移量50cm
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3. 结构方案设计中注意的 问题
⑧ 鞭梢效应的计算 按大震分析
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4. 对计算分析的要求
① 现有软件为结构工程师提供了十分必要的 分析工具，但仍需要工程师的分析判断 ② 弹性静力分析的计算原则严格遵守规范规 定 ③ 工程计算出现怪异情况的，设计工程师要 分析，软件工程师要及时改正
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北京财富中心II期
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3. 结构方案设计中注意的问题
⑦ 滑动连体要按大震计算其位移量，预留足够 的间隔
北京当代MOMA
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0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
X向El-Centro波
0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 0 2 4 6 8 10 Time(s) 12 14 16 18 20
• 全高范围 • 关键部位
• 性能目标
– 正截面承载力（压弯、拉弯、轴压、轴拉）
• 中震弹性 • 中震不屈服
– 抗剪承载力
• 大震不屈服 • 中震弹性
相当于设防烈度 提高1度多
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② 对设计反应谱和地震动参数、 地震波选取的要求
• 小震反应谱、地震动参数取规范和安评报告的较大 值 • 中震、大震以规范为主，如安评报告的地震反应较 大，作为参考 • 弹性和弹塑性时程分析至少采用三组地震波，各组 地震波反应谱要与设计反应谱相近
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3. 结构方案设计中注Βιβλιοθήκη Baidu的问题
① 特别复杂或高度超B级高度
– 宜采用钢与混凝土组合构件或钢构件 – 控制自重（1.6t/m2）和剪力墙厚度（1.2m）
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沈阳茂业中心 主塔楼： 7度，70层， 284m
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结构方案对比 结构体系 钢筋混凝土框架 型钢混凝土筒 钢管砼柱钢梁 型钢混凝土筒 总质量 （万吨） 26.5 21.8 每平米质量 （吨/米2） 1.76 1.43
– 设计中取三组地震波反应的包络值 – 美国2007年旧金山北加州结构工程师协会“非常规高层 建筑抗震设计和审查公告”规定七组地震波反应的平均 值
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三、超限高层抗震设计的 若干要求
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超限高层抗震设计的若干要求
1. 对业主及建筑师要从技术可行性及经济代 价上加以必要协调和约束 2. 对无震害经验、无试验依据、现有软件难 以分析判断或抗震概念上难以接受的结构 方案、构件、节点，要进行必要的试验研 究 3. 结构方案设计中需注意的问题 4. 对计算分析的要求
B12T1N B12T1S B12T2N B12T2S B23T2N B23T2S B23T3N B23T3S B35T3N B35T3S B35T5N B35T5S B56T5N B56T5S B56T6S B56T6N B69T6N B69T6S B69T9N B69T9S B78T7N B78T7S B78T8N B78T8S B89T8N B89T8S B89T9N B89T9S
调整后最大墙厚1m
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北京财富中心II期,61层，264m
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北京财富中心II期
• 8度，61层，264m • 钢管混凝土柱、钢梁
– 钢管混凝土柱外径1.3m
• 钢板剪力墙：基底～13层
– 首层层高10.47m，墙厚1.2m – 二层墙厚1m
• 26层、41层设加强层
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3. 结构方案设计中注意的问题
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4. 对计算分析的要求
⑦ 特别复杂的超限高层结构计算应考虑施工 模拟 – 抗震设计的内力组合应以施工全过程完 成后的静载内力和位移为初始状态 – 施工中应采取可靠的支撑体系
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4. 对计算分析的要求
⑧ 大震作用下的弹塑性分析的目标和内容
– 位移、层间位移<1/100 – 塑性铰出现次序、分布 – 剪力墙连梁如不能保证抗剪承载力，则计算 中不能作为塑性铰而仅仅是铰接链杆 – 各构件的损坏情况，薄弱部位分析
– 层抗剪承载力计算中，加强层的斜撑承载力不能采用 25 绝对值的叠加
南京德基广场： 49层，209m， 11层、24层、37层设加强层
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Ki Vi / Ui
Ki Vi / Ui / hi
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3. 结构方案设计中注意的问题
④ 楼板大开洞
– 情况复杂 – 弹性楼板不计入平面外刚度，按大震计算楼 板应力 – 计算对竖向构件的不利影响
• 结构比较规则
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• 设防烈度6度，实际影响烈度7度
– 轻微损坏
• 设防烈度7度，实际影响烈度8度强～9度
– 损坏比较多，没有严重破坏
• 设防烈度7度，实际影响烈度9度强
– 没有严重破坏
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二、超限高层应适当提高 抗震设防标准
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1.提高抗震设防标准的必要性
• 地震发生的不确定性 • 地震区划（设防烈度）可能出现的误差
② 框架－核心筒及框架－剪力墙结构中， 框架剪力调整
– 取0.2V0和1.5Vimax的较小值（不能自定放大 系数2.0等），有利于防止各个击溃 – 超B级高度较多时，取0.2V0和1.5Vimax的较 大值
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• 中震复核计算中，框架剪力调整仍需要， 但框架梁不必调整，有利于强震下的“强 柱弱梁” • 除9度一级外，按 Mc c Mb ，低估了梁的 极限抗弯承载力（实配钢筋及楼板作用未 考虑），相反高估了柱的承载力（强震下 柱轴力变化降低其承载力）
超限高层建筑结构抗震 设计需重视的几个问题
中国建筑科学研究院 徐培福
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一、汶川大地震高层 钢筋混凝土结构震害概括
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汶川大地震高层钢筋混凝土结构震害概括
建研院70多名专家反映的四川、甘肃、陕西某些城 镇情况： • 高度：8层～30层 • 结构类型
– – – – 框架 框架－剪力墙 剪力墙 框架－核心筒