超限高层结构设计中的一些问题

4、最新规定
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(如取规范所规定的较大值
或基底剪力的25%)；超高的框架-核心筒结构， 其混凝土内筒和外框之间的刚度宜有一个适当 的比例，框架部分计算分配的楼层地震剪力， 除底部个别楼层、加强层及其相邻上下层外， 多数不低于基底剪力的8%（最大宜达到10%），
（3）框筒梁、柱示意图
（4）基础平面示意图
2、长沙远大小天城
长沙远大小天城位于长沙 县星沙镇远大城，地上 97层，地下2层。建筑高 度401m，结构高度 349.2m。钢束筒结构。 当前状况：高度太高，影 响飞行，要求修改设计。
J97
J57小天城
J40远望一号
修改后的设计：一变两。
（1）各层平面示意图
建筑平面图
6、长沙梅溪湖国际文化艺术中心
工程概况：本工程由大剧场、小剧场和艺术馆 三部分组成。大剧场两个主轴方向的跨度分别 为223m 和166m ，高52.5m。艺术馆两个 方向的最大跨度分别为176 m 和90m，高 41.4m 。属大跨超限结构。
建设单位：长沙梅溪湖实业有限公司
设计单位：广州珠江外资建筑设计院有限公司
较差 4、材料的用量较多 1、当地面运动周期长时易发
生共振 2、非结构构件的损害较大 3、变形大，二阶效应较大，
稳定性较差
结构刚度是结构的基本特性，是结构其他 性能代表值。 结构的刚度要刚柔适当，不要走极端。 当前的主要倾向是刚度偏柔。 几个例子比较：
上海环球金融中心：101层，492m，6.50s。 远大小天城：97层，349.20m，6.35s。 长沙某广场：59层，267.90m，6.60s。
建设单位：长沙国际会展中心投资开发公司
设计单位：同济大学建筑设计研究院（集团）
有限公司
结构类型：钢屋盖+钢筋混凝土墙和柱。
当前状况：已通过结构超限审查。
（1）结构图
（2）内景图2
8、长沙大王山冰雪世界
本工程由于结构复杂，造价过高，正在将钢 结构修改为钢筋混凝土结构，结构的跨度也 将减少。
（1）平面形式
（2）结构特点
在避难层处设置加强层和 水平环带，增加结构的整 体性。
（3）基础形式
根据地基情况采用桩筏基础。
5、长沙新楚·擎天广场
本工程位于五一大道以北， 燕山路以南，佳兆业广场以 东，芙蓉华天宾馆以西。本 项目为双塔结构，西塔63层， 高280m；东塔57层，高 310m；地下6层，33m 。 总面积为33.2万m2。两个 塔楼均为高层混合结构。
（一）什么结构属于超限高层结构
（1）高度超过A级高度的高层建筑； （2）跨度大于120m，悬挑长度大于40m ，
单向长度大于300m的结构； （3）平面和立面具有三项或三项以上一般不规
则的结构； （4）具有一项特别不规则的结构； （5）特殊类型的高层结构。
（二）工程实例
1、长沙远大天空城市大厦
拟建中的长沙远 大天空城市，原 设计为220层， 838m高，总建 筑面积约100万 m2 。
结构平面好，超限设计事半功倍；结构平面不 好，超限设计将遇见许多困难。
高宽比是房屋结构刚度、整体稳定、承载力和 经济合理的宏观控制。
房屋底部平面的短边边长不宜小于房屋高度的 1/8。
核心筒的短边边长不宜小于房屋高度的1/12。
T 1塔楼平面
长沙国际金融中心
T 2塔楼平面
好的结构平面
西安新长安二期
大震下的反应谱曲线： 特点：自振周期大于6s 后反应谱曲线按直线下降。
小震下按规范和按设计反应谱的楼层剪力比较：
小震下按规范和按设计反应谱的楼层倾覆力矩 比较：
小震下按规范和按设计反应谱的楼层剪力比较：
3、安评存在的问题
1）各地需要进行安评的建筑高度相差很大。 如：上海市2009年规定下列高层结构需要进 行抗震安全性评价：
房屋结构高度 /m 450 500 550 600 650 700 750 800
结构自振周期 /s
7.861 8.293 8.685 9.035 9.344 9.613 9.840 10.020
（四）风洞试验基本知识
1、规范的风荷载取值（长沙地区）
规范的风荷载取值适用于房屋不是特别高且 体型比较规则、周围环境比较简单的建筑。
框架-核心筒结构有两道抗震设防体系，是很好 的结构体系。但是，框架与核心筒的刚度要协 调才能很好的受力。 框架承担的剪力应满足下面两个条件的限制：
Vf ≥ min（0.2Q0, 1.5Vf,max）
当前的主要问题时核心筒的刚度较大，框架的刚 度很弱。在风荷载和地震作用下，结构的弯矩和 剪力几乎全由核心筒承担。
最小不低于5%。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。
长沙世茂广场，巨型框架结构
采用巨型框架，加 强层不在同一平面 内。
天津117大楼
巨型框架-核心筒-巨型支撑筒结构
上海金茂大厦
台北101大楼
（二）建筑立面要平缓变化
结构竖向刚度变化要平缓，防止突变。
平缓变化的立面
2、什么情况下宜进行风洞试验？
房屋高度大于200m或有下列情况之一时， 宜进行风洞试验： （1）平面形状或立面形状复杂； （2）立面开洞或连体建筑； （3）周围地形和环境复杂。
3、风洞试验常用方法
（1）测力试验：直接测量刚性缩尺模型总体风荷载，包 括高层建筑的高频底部力的测量。此法方法较简 单，省时省钱。
当前状况：2012年通过了 超限审查，正在施工中。
（1）平面形式
（2）结构体系
（3）基础形式
长沙国际金融大厦的特点是：基坑深度 37m，基坑底部为中风化土，采用天然 地基和筏板基础。
4、长沙世茂广场
长沙世茂广场位于长沙市五 一大道与建湘路交叉处的西 北角，地下4层，地上75层， 建筑高度347.9m，结构高 度327.75 m。 结构形式：钢筋混凝土核心 筒+型钢混凝土柱。 当前状况：正在施工中。
结构平面图
好的结构平面
郑州绿地中央广场
结构平面图
好的结构平面
上海中心
好的结构平面
2、两个方向的刚度相差不宜过大
两个方向的刚度相差较大时，在风荷载和地震作 用下，结构的扭转较大；核心筒的高宽比大，结 构的刚度弱，变形大。
3、框架与核心筒的刚度要协调
框架-核心筒结构是当今我国超限高层建筑的主 要结构体系。
还可以用计算机软件进行风荷载模拟。
4、风洞试验
模型比例：1/300～1/500； 考虑周围建筑或地貌影响。
风向角间隔：10度。共进行36个风向的测量。风 速11.88m/s。
5、与规范值比较
长沙地区的风洞试验实测值一般情况下略低于规范值， 但局部可能高于规范值，按包络图设计。
6、按包络值进行设计
2、我国300多栋建筑结构高度与结构自振 周期的关系
3、建议的结构自振周期最大限值
建议的结构自振周期最大限值
房屋结构高度 /m 50 100 150 200 250 300 350 400
结构自振周期 /s
1.280 2.588 3.829 5.000 5.722 6.318 6.873 7.388
（三）超限结构的设计队伍不断壮大
省院； 中机国际设计院； 航三院； 湖大设计院； 多个外省市在湘设计单位。
二、超限高层结构设计中的一些问题
（一）建筑平面是否合理至关重要
1、选择对抗风和抗震有利的结构平面
有利的结构平面：圆形、正方形、多边形、椭 圆形等。
不利的结构平面：长条形、长椭圆形、Y 字形、 十字形、工字形等。
2、天空城市的安评结果
按安评的地震参数：
按规范的地震参数：
50年超
Amax
越概率 (cm/s2)
αmax
Tg
小震
18
0.04
0.35
中震
50
0.12
0.35
大震
125
0.28
0.40
γ
h1
h2
0.97
0.026 1.268
0.97
0.026 1.268
0.97
0.026 1.268
设计反应谱的参数
超限高层结构设 计中的一些问题
沈蒲生
2014.12.29
主要介绍的内容：
● 我省超限高层建筑的概况 ● 超限高层结构设计中的一些问题
一、我省超限高层建筑的概况
高层建筑是一个国家和地区经济繁荣、 科技进步的象征。
改革开放以来，我省的高层建筑得到了 飞速的发展。
近年来，我省的高层建筑在高度、跨度 和结构复杂程度等方面正在发生深刻的 变化，超限高层结构越来越多。
按包络图设计。
我国已经编制《建筑工程风洞试验方法 标准》，风洞试验可按这个标准的规定 进行。
（五）地震安全性评价基本知识
1、什么结构需要进行安全性评价？
根据湖南省政府2001年第134号令：坚硬、中 硬场地上80m以上或者中软、软弱场地上60m 以上高层建筑工程；百百万人口以上城市的各 类救灾应急指挥机构用房，应进行抗震安全性 评价。
结构形式：钢束 筒结构。
原设计方案
建设地点：长沙 市望城区。
现设计方案
修改后的方案为 202层，建筑高 度838m，屋面 高度727.2m 。
经过1年半左右 的超限审查，于 2014.4.1日通过 了全国超限委员 会的结构超限审 查。
（1）各段基本平面示意图
（2）单个框筒平面示意图
每个框筒由4块大 的预制板覆盖。
小震、中震、大震的放大系数按2.25取值。 即：
max

Amax m
g

Amax 2.25 980

Amax 2.25 1000
当按上式计算的αmax值小于规范值时，按规 范值计算。
设计用的地震参数：
50年超
Amax
越概率 (cm/s2)
αmax
Tg
小震
30
0.068
0.35
中震
85
0.191
0.40
大震
160
0.360
0.40
γ
h1
h2
0.97
0.026 1.268
0.97
0.026 1.268
0.97
0.026 1.268
小震下的反应谱曲线： 特点：自振周期大于6s后反应谱曲线为水平线。
中震下的反应谱曲线：
特点：自振周期大于6s后反应谱曲线按直线下降。 华东院《设计指南》：如结构周期大于6s时，超过 6s 部分的反应谱曲线，可按照斜率0.02线性延伸衰 减。
突变的立面
做好结构方案设计是做好结构设计的关键 一步。
结构设计人员从方案设计阶段开始就应介 入设计。
结构设计人员在整个设计过程中都应加强 与建筑设计人员以及其他工种设计人员的 沟通。
（三）结构刚度是结构最基本的特性
1、结构刚度的重要性
地震作用下，刚性结构和柔性结构的特点如下表。
结构
刚性 结构
柔性 结构
除此之外，我省近年来在建和拟建的超 限高层建筑还有：
长沙湖南出版集团泊富大厦 长沙湖南日报传媒大厦文化产业大楼
长沙华远金外滩 长沙保利国际广场 长沙碧桂园威尼斯城四期1号至5号栋 长沙楷林国际 长沙绿地中心项目T1办公楼 长沙顺天国际金融中心南楼
长沙达美梅溪湖c-19地块1号栋 吉首艾利尚信国际酒店 常德大剧院 湖南省博物馆改扩建工程 长沙嘉熙中心 长沙佳兆业·云顶梅溪湖项目17、18号栋 长沙佳兆业广场 长沙广告产业园一期1号栋 长沙芙蓉国 · 豪庭广场
（2）测压试验：在刚性缩尺模型上布置许多测点，直接 测量各测点上的风压值。此法较麻烦，但结果较 好。
（3）气动弹性模型试验：采用弹性缩尺模型，直接测量 总体平均和动力荷载及响应，包括位移、扭转角和 加速度。此法测量结果比较能够反应结构的真实受 力情况，特别是动力响应情况，但模型制作要求 高，试验费用较高。
J57平面图 J40平面图
（2）单个框筒结构示意图
（3）梁、柱结构
3、长沙国际金融中心
长沙国际金融中心，T1塔 楼高452m，T2塔楼高 318m，总建筑面积为100 万平方米。由香港九龙仓 公司投资，上海华东院设 计。
结构形式：钢筋混凝土核 心筒+型钢混凝土柱。
建设地点：长沙市解放路 与黄兴南路交叉处。
优点 1、当地面运动周期较长时震害
较小 2、结构变形小，非结构构件的
损害小 3、安全储备较大 4、刚度大，空间整体性好 1、当地面的运动周期短时震害
较小 2、地震作用及效应较小 3、结构的自重较轻，材料用量
较少
缺点 1、当地面运动周期短时有产
生共振的可能性 2、地震作用及效应较大 3、结构的变形能力小，延性
结构形式：（钢）框架-剪力墙结构
当前状况：已经2）大剧院和剖面
（3）艺术馆平面图
（4）艺术馆横剖面
7、长沙国际会展中心
工程概况：长沙国际会展中心集展览中心、会 议中心、商务中心、购物中心和接待中心为一 体，地上建筑面积约30.8万平方米，地下建筑 面积约12.8万平方米。工程西邻浏阳河，紧邻 武广高铁新城。