④ 单塔或大小 不等 的多塔 位置 偏离 过多 的大 底盘 (裙 房 ) 高层建筑;
⑤ 7、8度抗震设防时采用厚板转换的高层建筑。 《高规》第 10. 2. 2条规定的转换层位置高度主 要针对框 支 - 剪力墙结构, 对底部带转换层的框 架 - 核心筒 结构和外 筒为密柱框架的筒中 筒结构, 其转换层位置可适当提高。
和总结, 提出了建议和意见, 可供超限高层设计参考。
关键词: 超限高层建筑结构; 抗震设计; 扭转效应; 抗侧刚度; 转换结构; 施工顺序模拟; 概念设计
中图分类号: TU 352. 1
文献标识码: A
文章编号: 1008- 3707 ( 2005) 04- 0001- 04
随着城市建 设的发 展, 高层 建筑越 来越 多, 各种体 型复 杂的不规则高层 结构 时有 出现。如 正在建 设中 的上海 环球 金融中心, 地面以上达 到 101 层, 高度 492 m, 采 用筒中 筒混 合结构, 内筒在 340 m 以下采用钢筋混凝土结构, 340 m 以上 采用钢斜撑混凝 土筒体 结构; 外 框筒采 用巨 型柱、斜撑 和周 边桁架组成的巨型斜 撑框架结构, 并在 竖向设置三 道 3层层 高的伸臂桁架加强层 。浙江温 州的世界贸易 中心大厦, 地面 以上 68层, 结构 高度 近 300 m, 钢 筋混 凝土 筒 中筒 体系, 10 层以下抽柱转换, 转换层以下为型钢 混凝土柱。宁 波浙海大 厦二期工程主 楼 52 层, 结构高 度 160 m, 6层 以上 为住 宅, 6 层以下为商场、银行办公、会所 及游泳池等, 采用钢 筋混凝土 框支 - 剪力 墙结构体系, 第 6层通过厚 板进行高位转换。嘉 兴中港城五星级酒 店主楼 地面以 上 55层, 高度 近 230 m, 钢 筋混凝土框架 - 核心筒结构体 系, 底部 10层位置抽柱 转换, 转换层以下为型 钢混凝 土柱, 由 于核心 筒宽 度较小 , 为 满足 侧向位移和结构整体 稳定要求, 分 别在第 25 层和 40 层设置 了水平加强层。以 上这 些高层 建筑 在高度 或结 构规则 性等 方面均超出了现行国 家规范、规程的适 用高度和有 关的抗震 设计规定, 如不对其 抗震设 防进 行专门 研究, 不 进行超 限设 计可行性论证并采取有效的抗 震加强措施, 将危及 结构的抗 震安全。
规范中定义的位移 比和周期比, 应 是对高层建 筑结构整 体振动效应的 反映, 不是 结构的 局部 振动, 因此, 只 有按 刚 性楼板假定 计算得到的位移比和周期比才有 意义。对因楼 板局部不连续 需要定义 弹性 楼板 的工程, 应 分两 次计算, 计 算位移比和周期比时应 采用 刚性楼板假定 , 计算各工况内 力、变形 时 采 用 能 反 映 楼 板 平 面 内 实 际 刚 度进 行了抗 震设 计专 项审查, 工 程设计还委托 中国建研院进行了结构整体模型振动台试验。
1 超限高层建筑的界限范围
根据建设 部第 111号令《超限高层建筑工程抗 震设防管 理规定》[ 1]和《超限高层建筑 工程抗 震设防专 项审查 技术要 点》[ 2] , 超限高层建筑工程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 应进 行抗震 专项审查的高 层建筑工程。
根据基于性能抗震设计的基本 思想, 在 这种情况下 结构的某 些不规 则程 度 限值 指 标 可有 所 放宽。 文献 [ 2] 明 确 提 到:
规则性要求的严格程度, 可 依据抗 震设防 烈度 不同有 所区 别。当计算的最 大水平 位移、层 间位移 值很 小时, 扭转 位移 比的控制可略 有放 宽 。 文献 [ 6] 建 议: 小震 下弹 性计 算的 最大层间位移不超 过规范 限值的 1 /3, 构件对 应于标 准值的 抗震承载力满足在中震下的地 震内力组合要 求时, 扭转位移 比可放松。
1. 1 高度超限, 即房屋高度超出规范、规程所规定 的最大适用高度
这里所 指的 最 大适 用 高度, 对 于钢 筋 混凝 土 结构 应按 《抗规》[3] 第 6章 的规定 采用; 对钢 结构 应按 《抗规 》第 8章 的规定采用; 对钢 - 混凝土 混合结 构应按 《高 规》[4] 第 11章 的规定采用; B 级高度高层建筑的抗 震设防应 纳入超 限高层 建筑的管理范 畴。
4 层刚度计算与薄弱层判别
4. 1 楼层抗侧刚度的三种计算方法
正确判别薄弱层 位置, 并从承载力 和细部构造 两方面对 薄弱部位采取综合加 强措施, 是超限高 层抗震设计 的重要环
节。目前大多数结构软件判别 薄弱层位置的 方法, 是采用计 算楼层侧向 刚度 的 相 对 比值 来 实 现 的。现 行 《抗 规 》、《高
2. 2 对结构计算分析模型、计算结果的审查
1) 结构自振周期、振型是否合理, 各楼层 地震剪 力与其 上各层总重力荷载代 表值的比值是否满足规范要求;
2)结构总体扭转效应是否得到控制, 考虑偶然 偏心下的 各楼层扭转位移比及结构周期 比 (以扭转为主的第 一自振周 期与以 平 动 为 主 的第 一 自 振 周 期 的 比 值 ) 是 否 满 足 规 定 限值;
7)结构时程分析所 采用的 地震 波和计 算结 果是 否符合 规范要求;
8)薄弱层和薄弱部位的判别是否正确, 必要时 应采用静 力弹塑性分 析 ( PU SH - OVER 推 覆 分析 ) 结 果 加以 判 别和 确定;
9)转换结构应有重力荷载下的结构施工 模拟分析。
2. 3 对抗震加强措施的审查
位移比限 值在一定 条件下 应可 放松。对 于 6 度区 的某 些高层建筑, 小震下按弹性计算的最大 水平位移和 层间位移 角均很小, 但为满足 风荷载 作用 下的刚 度和 承载 力要求, 结 构可具有中 震 (设 防烈 度 ) 作用 下弹 性计 算的 承载 力水 准。
杨学林等: 超限高层建筑抗震设计中的若干问题
有些高层建筑 虽然 高度未 超出 适用高 度, 但体 型复 杂, 结构规则性较差, 也应按超限高层的有 关规定进行 抗震设计 可行性论证并采 取有 效的 抗震措 施。如浙 江电 力调度 大楼 地面 以上仅 15 层, 结构高 度约 65 m, 未超过 结构 的适 用高 度, 但建筑体型十分复杂, 结构平 面和竖向 存在多项不 规则,
杨学林等: 超限高层建筑抗震设计中的若干问题
程度超过规定值 很多 的高 层建筑。 平面不 规则 类型主 要有 扭转不规则、凹凸不规则、楼板 局部不连续等; 竖向 不规则主 要有侧向刚度不 规则、竖向 抗侧 力构件 不连 续、楼层承 载力
突变等。当裙房高度超过主楼高度 20% 时, 如主楼相对于裙 房的收进尺寸 > 25% , 则应按侧向刚度不规则考虑。
( 2)结构布置明 显不规则的复杂结构和混合结构的高层 建筑, 如:
① 同时具有两 种以上复杂类型 ( 带转换层、带加 强层和 具有错层、连体、多塔 )的高层建筑;
② 高位转换结构 (如 6度、7度 时超过 5 层, 8度 时超过 3层 );
③ 各部分层数 、结构布置或 刚度等 有较大 不同的 错层、 连体高层建筑;
浙江建筑 第 22卷第 4期 2005年 8月
超限高层建筑抗震设计中的若干问题
杨学林, 益德清
(浙江省建筑设计研究院, 浙江 杭州 310006)
摘 要: 超限高层建筑由于在高度或结构规则性等方面超出了现行 国家规范、规程 的适用高 度和有关的 抗震设计 规定, 在设
计技术上存在的问题较多, 对其进行抗震设防专项管理、对抗震设计实行专项审查, 是确保超限高层建筑结构安 全可靠、避免和消 除抗震安全隐患的重要措施。本文对超限高层建筑的界限范围、抗震专 项审查的主要内 容及设计计 算中的若 干问题进 行了研究
1. 2 高度虽不超限, 但建筑结构布置属于《抗规》 和《高规》规定的特别不规则高层结构
( 1) 同时 具有两项以上平面、竖向 不规则或某 项不规则
收稿日期: 2005 - 06- 08 第一作者: 杨学林, 博士, 教授级高级工程师。 第二作者: 益德清, 中国工程设计大师, 教授级高级工程师。
Ⅰ
对抗震等 级、内力 调整、轴 压比、剪压 比、钢材 的材 质选 取等方面的加 强措施, 应根 据烈 度、超限程 度和 构件 在结构 中所处部位的 不同, 区别对待、综合考虑; 应根据结 构的实际 情况, 采用 增设芯 柱、约束边 缘构件、型钢 混凝土、钢 管混凝 土构件、钢结构的减 震耗能 设计 等提高 延性 的措 施; 抗震薄 弱部位应在承 载力和细部构造两方面采取相应的综合措施。
压比控制等是 否适当; 同时 为高 度超限 时, 薄弱 层地 震剪力 和不落地竖向 构件传递 给水平 转换 构件的 地震 内力 调整系 数, 应取大于现行规范、规程的规定值;
6)对于钢结构及钢 - 混凝土混合结构, 钢框架 承担的地 震剪力应比现 行规范的 规定 值适 当增加, 超 高越 多, 增加值 也应越大;
对带较多 短肢墙的剪力 墙结构, 最 大适 用高度 应按 《高 规》第 7章第 7. 1. 2 条的规 定采 用, 即 7度 和 8 度抗 震时分 别为 100 m 和 60 m, 6 度 时 规 程 未 给 出具 体 规 定, 建议 按 120 m考虑; 错 层结构的最大适用高度应按《高规》第 10章的 规定采用, 6度时建议按 100 m 考虑。
2 超限高层抗震设计专项审查的主要内容
抗震专项审查的主要内容 包括抗震设防 依据、岩土工程 勘察成果、地基基础方案、结构 抗震概念设计、结构 总体计算 结果、薄弱层和 薄 弱部 位的 判 断以 及采 取 的抗 震加 强 措施 等。针对超限设计可行性论证 的主要内容包括:
2. 1 对超限程度的审查
结构高度超限 时, 应对其 结构 规则 性的要 求从 严掌 握, 高度超过规定的适用 高度越多, 对其规 则性指标的 控制应越 严; 高度未超过最大 适用高 度但 规则性 超限 的高层 建筑, 应 对结构的不规则 程度加 以控 制, 避免 采用严 重不 规则结 构。 所谓严重不规则结 构 [ 1], 是 指建 筑体形 复杂, 多 项不规 则指 标超过规范、规程规 定的上 限值, 或 某一项 指标 大大超 过规 定值, 具有严重的抗震薄弱环节, 存在明显 的地震安全 隐患, 地震时可能导致严重 破坏的结构。对于严重 不规则结 构, 必 须调整建筑方案或结 构类型和体系, 防止大震下结构倒塌。