(灰色) 超高建筑结构设计几个重要概念问题2

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三、结构类型超限
抗震规范、高层建筑混凝土结构规程和高层钢结构规程未列Байду номын сангаас入的其他高层结构类型，特殊形式的大型公共建筑及超长悬挑结 构，特大跨度的连体结构等。
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结构的抗震性能化设计
抗震性能化设计理念和方法，自20世纪90年代在美国兴起，并日 益得到工程界的关注。我国2010年发布的《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010和即将发布的《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ32011包括了此内容。 抗震性能化设计是建筑结构抗震设计的一个重要发展，它的特点是： 使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过度，业主（设计 者）可选择所需的性能目标；抗震设计中更强调实施性能目标的深入分 析和论证，有利于建筑结构的创新，经过论证（包括试验）可以采用现 行标准规范中还未规定的新的结构体系；有利于针对不同设防类别、设 防烈度、场地条件、结构类型和不规则性及建筑使用功能、投资大小、 震后损失和修复难易程度等，对建筑结构采用不同的性能目标和抗震措 施。 复杂和超限高层结构设计比较适合采用抗震性能化设计方法补充设 计。
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3、结构抗震性能水准可按表2进行宏观判别，各种性能水准结 构的楼板均不应出现受剪破坏。 表2 各种性能水准结构预期的震后性能状况
损坏部位 结构抗震 性能水准 宏观损坏 程度 继续使用的可能性 普通竖向构件 关键构件 耗能构件 一般不需修理即可 继续使用 稍加修理即可继续 使用 一般修理后才可继续使 用 修复或加固后才可 继续使用
（2.2）
式中 Rk——材料强度标准值计算的截面承载力。
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（3）第3性能水准的结构应进行弹塑性分析，在中震或大震作用下， 竖向构件及关键构件的正截面承载力宜满足式（2.2）的要求，其受剪 承载力满足式（2.1）的要求；部分耗能构件进入屈服阶段，但抗剪承 载力满足式（2.2）的要求。大震作用下，结构薄弱部位的最大层间位 移角应满足规范限值。 （4）第4性能水准的结构应进行弹塑性分析，在中震或大震作用下， 关键构件的抗震承载力宜满足式（2.2）的要求；部分竖向构件以及大 部分耗能构件进入屈服阶段，但钢筋混凝土构件的受剪截面应满足式 （2.3）的要求（简称截面限值）。大震作用下，结构薄弱部位的最大 层间位移角应满足规范限值。 （2.3）
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三、框架梁梁端剪力、弯矩是否放开调整 1、框架柱偏压、轴压比控制，其配筋一般由抗震构造控制， 柱剪力调整后，柱的实际配筋一般未能得到调整增大，实际框架柱承 载能力未能得到有效提高。而框架梁纯弯，梁端弯矩调整，配筋成比 例增大，实际框架梁承载能力得到明显提高。 2、计算分析表明，仅对相互正交的两个主轴x、y方向分别进 行内力分析及承载力设计，不能真实反应结构的空间强度；构件中最 不利受力状态随构件的不同和地震作用方向不同而不同。一些算例表 明，当地震作用方向与结构的主轴方向一致时，梁处于最不受力状态， 而当地震作用方向与结构的主轴方向呈45°时，大多数柱处最不利受 力状态。
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3、日本、美国及我国台湾、汶川等震害表明，楼盖整浇的钢 筋混凝土结构的竖向构件墙、柱破坏严重，而由于整浇楼盖对框架梁 的“增强”、“卸荷”效应，楼盖梁板一般不出现破坏。如果考虑框 架梁梁端剪力、弯矩放开调整，实际结构承载能力将向“强梁弱柱” 方向发展，不利于整体结构“强柱弱梁”的延性抗震。
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一、抗震性能目标的设定和选用 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2011将结构抗震性能 目标分为A、B、C、D四个等级，结构抗震性能分为1、2、3、4、 5五个水准（下表），每个性能目标均与一组在指定地震地面运 动下的结构抗震性能水准相应。
性能目标 性能水准 地震水准 多遇地震（小震） 设防烈度地震（中 震） 罕遇地震（大震）
各类筒体和巨型结构
300
300
260
180
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注：平面和竖向均不规则（部分框支结构指框支层以上的楼层不规则），其高度比表内数值减少不少于10%。
二、不规则超限 1、结构布置同时具有下表中三项及三项以上不规则的高层建筑。
序 1a 1b 2a 2b 3 4a 4b 5 6 7 不规则类型 扭转不规则 偏心布置 凹凸不规则 组合平面 楼板不连续 刚度突变 尺寸突变 构件间断 承载力突变 局部不规则 简要涵义 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2 偏心率大于0.15或相邻层心质相差大于相应边长15% 平面凹凸尺寸大于相应边长30%等 细腰形或角部重叠形 有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高 相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80% 竖向构件位置缩进道大于25%，或外挑大于10%和4m 上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类 相邻层受剪承载力变化大于80% 如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换 备注 见GB50011-3.4.2 见JGJ99-3.2.2 见GB50011-3.4.2 见JGJ3-4.3.3 见GB50011-3.4.2 见GB50011-3.4.2 见JGJ-4.4.5 见GB50011-3.4.2 见GB50011-3.4.2 已计入1~6项者除外
超高建筑结构设计 几个重要概念问题
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1、超限高层 2、结构的抗震性能化设计 3、框架柱剪力调整 4、结构构件合适含钢率
5、舒适度
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超限高层
下列高层建筑属于超限高层 一、高度超限 房屋高度超过下表的高层建筑
结构类型 框架 框架—抗震墙 抗震墙 部分框支抗震墙 混凝土 结 构 框架—核心筒 筒中筒 板柱—抗震墙 较多短肢墙 错层的抗震墙和框架--抗震墙 混合 结构 钢外框—钢筋混凝土筒 型钢混凝土外框--钢筋混凝土筒 框架 钢结构 框架—支撑（抗震墙板） 200 220 110 220 6度 60 130 140 120 150 180 80 7度(含0.15g) 50 120 120 100 130 150 70 100 80 160 190 110 220 8度(含0.20g) 40 100 100 80 100 120 55 60 60 120 150 90 200 9度 24 50 60 不应采用 70 80 不应采用 不应采用 不应采用 70 70 50 140
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框架柱剪力调整
一、剪力调整概念 受力需要：框架—剪力墙（核心筒）结构在小震作用下， 弹性计算变形协调所得的框架柱剪力较小；大震作用下，剪 力墙（核心筒）及连梁出现裂缝后，刚度退化，框架柱剪力 将大大增加。 抗震需要：提高结构第二道防线框架的抗震能力。
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二、剪力调整计算原则 按《高层混凝土结构规程》JGJ3-8.1.4条：
——重力荷载代表值的构件剪力； ——地震作用标准值的构件剪力，不需乘以与抗震 等级有关的增大系数，抗震等级按四级。 式中
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（5）第5性能水准的结构应进行弹塑性分析，在大震作用下，关键构 件的抗震承载力宜满足式（2.2）的要求；较多的竖向构件进入屈服阶 段，但不允许同一楼层的竖向构件全部屈服；竖向构件的受剪截面应满 足式（2.3）的要求；允许部分耗能构件发生比较严重的破坏；结构薄 弱部位的最大层间位移角应满足规范限值。
结构构件合适含钢率
超高层建筑结构除必须满足各种工况受力需求外，尚需对各 类构件适当增加配置各种受力筋和非受力构造筋，确定各类结构构 件合适含钢率，是控制超高层建筑结构承载力、延性、刚度及裂缝 使之正常工作的一个重要的设计原则和手段，同时会带来较好的经 济效益。
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一、超高层现浇钢筋混凝土结构构件要配置合适含钢率，主要有以下 两个方面考虑： 1、目前结构设计计算主要计入重力、风、地震等荷载效应，而 几乎都末计入温差变化，混凝土收缩徐变及地基差异沉降等非荷载效 应，对超高层建筑结构，这些非荷载效应更显突出。就已计入的荷载 效应来说，风和地震作用，还有许多不确定不准确因素，计算理论大 多采用弹性，与实际混凝土弹塑性有差距。因此在满足目前结构计算 手段得到的受力需要的配筋基础上，还须对各类结构构件受力钢筋尤 其是非受力钢筋予以适当调整配置，除满足理论计算需要外，还需达 到合适含钢率，使超高层建筑结构处于较佳工作状态。
4、结构弹塑性分析 （1）高层不超过150m的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法；高层超 过200m时，应采用动力弹塑性分析方法；高度在150~200m之间，可 视结构不规则程度选择静力或动力分析法。高度超过300m的结构或新 型结构或特别复杂结构，应由两个不同单位进行独立的计算校核； （2）弹塑性计算分析应以混凝土构件的实际配筋、型钢和钢构件的实 际规格为基础，不应以估算的配筋和钢构件替代； （3）复杂结构应进行施工模拟分析，应以施工全过程完成后的内力为 初始状态； （4）动力弹塑性分析宜采用双向或三向地震波输入，计算结构宜取多 组波计算结构包括值； （5）应对计算分析结果进行合理性判断。
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3 4
抗扭刚度弱
层刚度偏小 高位转换
扭转周期比大于0.9，混合结构扭转周期比大于0.85
本层侧向刚度小于相邻上层的50% 框支墙体的转换构件位置：7度超过5层，8度超过3层
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6 7 8
厚板转换
塔楼偏置 复杂连接 多重复杂
7~9度设防的厚板转换结构
单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20% 各部分层数、刚度、布置不同的错层或连体两端塔楼显著不同的结构 结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔等复杂类型的3种
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图1 框架剪力调整弯矩示意
图2 水平地震作用下框架弯矩示意
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《高层混凝土结构规程》JGJ3-8.1.4-2条：各层框架所承担的地震 总剪力按本条第1款调整后，应按调整前、后总剪力的比值调整每 根框架柱和与之相连框架梁的剪力及端部弯矩标准值，框架柱的轴 力标准值可不予调整； 由节点力系平衡，相连层i框架梁j的梁端剪力、弯矩调整为：
注：深凹进平面在凹口设置连梁，其两侧的变形不同时仍视为平面凹凸不规则，不按楼板不 连续开洞对待； 序号a、b不重复计算不规则项； 局部的不规则，视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。
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二、不规则超限 2、结构布置具有下表中一项不规则的高层建筑 。
序 1
不规则类型 扭转偏大
简要涵义 裙房以上的较多楼层，考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.4
第1水准
完好、无损坏 基本完好、 轻微损坏 轻度损坏
无损坏
无损坏
无损坏
第2水准
无损坏
无损坏
轻微损坏 轻度损坏、 部分中度损坏 中度损坏、部分 比较严重 损坏 比较严重损坏
第3水准
轻微损坏
轻微损坏
第4水准
中度损坏
部分构件 中度损坏 部分构件 比较严重损坏
轻度损坏
第5水准
比较严重损坏
中度损坏
需排险大修
注：普通竖向构件是指关键构件之外的竖向构件；关键构件是指该构件的 失效可能引起结构的连续破坏或危及生命的严重破坏；耗能构件包括框架梁、 13 剪力墙连梁及耗能支撑等。
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2、抗震性能水准 （1）第1抗震性能水准结构，应满足弹性设计要求。小震作用下，其 承载力和变形符合现行规范的规定；在中震或大震作用下，全部结构构 件的抗震承载力宜符合下式要求（简称中震或大震弹性）；
（2.1）
式中 ——地震作用标准值的构件内力，不需乘与抗震 等级有关的增大系数，抗震等级按四级。 （2）第2性能水准结构，在中震或大震作用下，竖向构件及关键构件 的抗震承载力宜满足式（2.1）要求；耗能构件的受剪承载力宜满足式 （2.1）要求，其正载面承载力宜符合下式要求（简称中震或大震不屈 服）；
A
1 1 2
B
1 2 3
C
1 3 4
D
1 4 5
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1、抗震性能目标 A、B、C、D四级性能目标的结构，在小震作用下均应满足 第1抗震性能水准，即满足弹性设计要求；在中震或大震作用下， 四种性能目标所要求的结构抗震性能水准有较大的区别。 （1）A级性能目标是最高等级，中震作用下要求结构达到第1 抗震性能水准，大震作用下要求结构达到第2抗震性能水准，即 结构仍处于基本弹性状态； （2）B级性能目标，要求结构在中震作用下满足第2抗震性能 水准，大震作用下满足第3抗震性能水准，结构仅有轻度损坏； （3）C级性能目标，要求结构在中震作用下满足第3抗震性能 水准，大震作用下满足第4抗震性能水准，结构中度损坏； （4）D级性能目标是最低等级，要求结构在中震作用下满足 第4抗震性能水准，大震作用下满足第5抗震性能水准，结构有比 较严重的损坏，但不致倒塌发生危及生命的严重破坏。
四、剪力如何调整 1、小震作用下做钢筋混凝土框架—剪力墙（核心筒）结构柱剪力放 开调整十分必要。 2、不必过分强调地震作用下框架节点力系平衡，以利于解决框架梁 端超筋问题。 3、限制调整相连框架梁梁端弯矩、剪力，调整系数一般取1.5~2.0， 以利于框架梁先屈服发挥延性，以利于相对强化框架柱。
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