超限建筑工程设计0.docx
《超限建筑工程设计0.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超限建筑工程设计0.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
超限建筑工程设计0
超限建筑工程
***********
目录
0.前言
1.超限建筑工程界定
1.1抗震概念设计准则
1.1.1判别建筑结构规则性分类准则
1.1.2判断是否超限工程分类准则
1.2超限高层建筑工程界定与审查
2.超限建筑工程设计
2.1地震作用的有关数据
2.2基本概念
2.3超限高层建筑工程设计
2.3.1建筑抗震设计计算
2.3.2建筑抗震措施和抗震构造措施
2.3.3建筑抗震性能化设计
3.应该注意的几个问题
4.太原市建筑设计研究院近年来设计的超限工程建筑工程项目一览表
项目名称
建设地点
建筑面积
高度/层数
结构类型
超限主要内容
设计完成设计时间
5.工程实例：
山西省住房和城乡建设厅《山西省超限高层建筑工程抗震设防审查项目汇编》（2015.5）
0.前言：
近年来随着我国经济的快速发展，各地超高超限的建筑工程如雨后春笋、蓬勃而生、（如我院设计的太原湖滨国际广场（高208m）、茂业天地（208m）、山西信达（240m）、万达广场（180m）、亚泰圣景（168m）、中铁三局科研（170m）等超高超限建筑工程的大量涌现，其专业性、复杂性、特殊性引起大家的关注，且增加了建筑结构设计的难度和工作量，依据国家建筑结构设计规范，参考山西省部分超限建筑工程送审报告。
对超限建筑工程的设计鉴定和处理方法内容做了一些整理，编辑供大家参考。
不妥之处请指正。
依据：
【1】《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
【2】《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
【3】《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中华人民共和国住房和城乡建设建质[2010]109号（部规）
【4】《山西省抗震设防超限高层建筑工程界定规定》晋建质字[2011]221号（省规）
1.超限建筑工程鉴定
1.1抗震概念设计准则
抗规（3.4）、高规（3.4）
1.1.1判别建筑结构规则性分类准则。
“建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。
”从抗震概念设计的角度，根据建筑形体的规则性的不同，建筑可分为四大类：
（1）规则的建筑，它是指建筑形体没有一项不规则指标超过表-1和表-2所规定的不规则性；
（2）不规则的建筑，它是指建筑形体具有一项及以上的不规则指标超过表1所规定的不规则性；
（3）特别不规则的建筑，它是指或者是其建筑形体具有三项及以上不规则指标超过表-1所规定的不规则性，或者是其建筑形体具有一项及以上不规则指标超过表-2所规定的不规则性，或者是其建筑体形具有两项超过表-1所规定的不规则性且其中有一项接近表-2所规定的不规则性；
（4）严重不规则建筑，它是指其建筑体形具有多项不规则指标超过表-1所规定的不规则性或某一项不规则指标大大地超过表-2所规定的不规则性。
平面及竖向不规则的主要类型表-1
序号
不规则类型
简要涵义
参见
1a
扭转不规则
考虑偶然偏心扭转位移比大于1.2
参见GB50011-3.4.2
1b
偏心布置
偏心率大于0.15或相邻层质心相差大于相应边长15%
参见JGJ99-3.2.2
2a
凹凸不规则
平面凹凸尺寸大于相应边长30%等
参见GB50011-3.4.2
2b
组合平面
细腰形或角部重叠形
参见JGJ3-3.4.3
3
楼板不连续
有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高
参见
GB50011-3.4.2
4a
刚度突变
相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%
GB50011-3.4.2
4b
尺寸突变
竖向构件位置缩进大于25%、或外挑大于10%和4m，多塔
参见参见JGJ3-3.5.5
5
构件间断
上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类
参见GB50011-3.4.2
6
承载力突变
相邻层受剪承载力变化大于80%
参见GB50011-3.4.2
7
其他不规则
如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换
已计入1~6项者除外
（部规）
注：
1、深凹进平面在凹口设置连梁，其两侧的变形不同仍视为凹凸不规则，不按楼板
连续中的开洞对待；
2、序号a、b不重复计算不规则项；
3、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
序号
不规则类型
简要涵义
1
扭转偏大
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
2
抗扭刚度弱
扭转周期比大于0.9，混合结构扭转周期比大于0.85
3
层刚度偏小
本层侧向刚度小于相邻上层的50%
4
高位转换
框支墙体的转换构件位置：
7度超过5层，8度超过3层
5
厚板转换
7~9度设防的厚板转换结构
6
塔楼偏置
单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%
7
复杂连接
各部分层数、刚度、布置不同的错层连体两端塔楼高度、体型或者沿大底盘某个主轴方向的振动周期显著不同的结构
8
多重复杂
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
特别不规则的项目举例表-2
（抗规3.4）
注：
仅前后错层或左右错层属于表中的一项不规则，多数楼层同时前后、左右错层属于本表的复杂连接
对于多层混凝土结构、其建筑形体不规则性指标宜采用表-3表-4判别。
平面不规则的主要类型表-3
不规则类型
定义和参考指标
扭转不规则
在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移或（层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍
凹凸不规则
平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%
楼板局部不连续
楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面积的30%或较大的楼层错层
（抗规3.4）
竖向不规则的主要类型表-4
不规则类型
定义和参考指标
侧向刚度不规则
该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%
竖向抗侧力构件不连续
竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递
楼层承载力突变
抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%
（抗规3.4）
严重不规则的建筑不应采用。
甲、乙类建筑，高度大于24m丙类混凝土结构建筑，不应采用单跨框架；高度不大于24m的丙类建筑不宜采用单跨框架。
（抗规6.1.5）
1.1.2、判断是否超限工程分类准则
1.对建筑高度的控制准则
（1）超A级高度的建筑（省规第三条）
结构类型
6度
7度
含0.15g）
8度
（0.20g）
8度
（0.30g）
混
凝
土
结
构
框架
60
50
40
35
框架-抗震墙
130
120
100
80
抗震墙
140
120
100
80
部分框支抗震墙
120
100
80
50
框架-核心筒
150
130
100
90
筒中筒
180
150
120
100
板柱-抗震墙
80
70
55
40
较多短肢抗震墙
110
100
60
50
错层的抗震墙和框架-抗震墙
90
80
60
50
混合结构
钢外框架-钢筋混凝土筒
200
160
120
100
型钢混凝土外框架-钢筋混凝土筒
220
190
150
120
结构类型
6、7度（0.10g）
7度
（0.15g）
8度
（0.20g）
8度
（0.30g）
钢
结
构
框架
110
90
90
70
框架-中心支撑
220
200
180
150
框架-偏心支撑（延性墙板）
240
220
200
180
筒体（框筒，筒中筒，桁架筒，束筒）和巨型框架
300
280
260
240
注：
1、当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）时，其高度应比表内数值降低至少10%。
2、钢结构中的筒体不包括混凝土筒。
（2）7度和8度抗震设计时，剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度分别不宜大于80m和60m。
（高规10.1.3）
（3）7度8度抗震设计时，框架-剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度分别不宜大于80m和60m。
（4）具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构，其房屋高度应比高规A级规定的剪力墙结构的最大适用高度适当降低，7度和8度（0.2g）和8度（0.3g）时分别不宜大于100m、80m和60m；B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度A级高度高层建筑不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。
（高规7.1.8）
（5）多层钢筋混凝土结构不宜采用单跨框架。
（抗规6.1.5）
2.对结构抗震性能的控制｛省规第四条（3）（4）（5）（6）（7）（8），见前表-2｝
另外，不应采用同一楼层中刚度和承载力变化同时不满足高规3.5.2、3.5.3的规定的建筑结构（刚度0.5（0.7.0.8）；承载力0.65（0.8）B级高度不宜采用连体结构（高规10.1.3）；
3.对建筑平面不规则性的控制｛省规第四条9.10.11，省规第五条3（楼板不连续，见前表-2（3）｝
第四条9、凹凸尺寸大：
结构平面凹进或凸出的尺寸l，6度、7度（0.1g）和7度（0.15g）、8度时分别大于相应投影方向总尺寸Bmax的60％和50％。
第四条10、角部重叠：
重叠面积A3，6度、7（0.1g）度和7度（0.15g）、8度时分别小于A1和A2中较小图形的25％和35％。
第四条11、楼板开洞：
开洞后楼板在任一方向的净宽（由净宽不小于2m的楼板累计）小于5m，或开洞面积6度、7度（0.1g）和7度（0.15g）、8度时分别大于盖楼层面积的35％和30％。
另外由于平面布置不规则引起的扭转影响，偶然偏心在规定水平地震力作用下，扭转位移比不大于1.2.，不含裙房楼层位移比不应大于1.4，周期比A级高度不应大于0.9.，B级、混合结构、复杂高层建筑不应大于0.85
4.对建筑竖向不规则性的控制，
（1）竖向刚度突变的控制：
比如楼层侧向刚度。
对框架结构，其楼层侧向刚度（层剪力与层位移之比）不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层楼层侧向刚度平均值的80%；对框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构及筒中筒结构，其楼层侧向刚度（层剪力与层位移角之比）不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的90%；同时，当楼层高度大于相邻上部楼层高度2倍时，该楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的1.1倍。
此外结构底部嵌固层楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的1.5倍（2倍）。
（高规3.5.2.抗规6.1.14.）｛省规第四条3，见前表-2（3）、第五条4a，见前表-1（4a）｝。
带转换层高层建筑，当转换层位置在1、2层时，其等效剪切刚度比γe1宜接近1，非抗震设计时γe1不应小于0.4，抗震设计时γe1不应小于0.5.当转换层设置在2层以上时，转换层与其相邻上层的侧向刚度比不应小于0.6；且宜使转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比γe2接近1（非抗震设计时γe2不应小于0.5.抗震设计时γe2不应小于0.8）（高规10.2.3抗规6.1.9）
（2）对A级高度高层建筑，楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；对B级高度高层建筑，其受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75%。
（省规第五条6，见前表-1（6），高规3.5.3）
（3）竖向构件不连续，其中包括加强层（省规第五条7），见前表-1（7）。
（局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换。
）
（4）建筑立面尺寸突变、上部收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H比大于0.2，上部楼层收进后的水平尺寸B1小于下部楼层水平尺寸B的0.65倍。
下部收进：
楼层的水平尺寸B小于上部楼层尺寸B1的0.8倍，在结构平面向外挑尺寸a大于5m（省规节第四条12.13.高规3.5.5、10.6）
省规第四条12、上部收进：
上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1小于下部楼层水平尺寸B的0.65倍。
注：
不包括单或多塔楼的大底盘和大屋面以上楼电梯间、水箱间等局部突出的情况。
13、下部收进：
下部楼层的水平尺寸B小于上部楼层水平尺寸B1的0.8倍；或在结构平面的较短方向，楼层整体外挑尺寸a大于5m。
1.2超限高层建筑工程界定与审查
详见《山西省抗震设防超限高层建筑工程界定规定》
晋建质字［2011］221号
1、高度超限
（1）建筑高度超过省界定规定表一所列各种结构的适用高度的高层建筑工程（本表混合结构中未列入筒中筒结构高规11.1.2）
（2）超过对剪力墙结构错层高层建筑以及框架-剪力墙结构错层高层建筑的高度规定的工程；（高规10.1.3）
（3）超过对具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构高度规定的高层建筑工程；（高规7.1.8）
（4）单跨框架其高度超过24m的高层建筑工程。
（抗规6.1.5）
2、房室高度虽然不超过所述规定的高层建筑，但其平面或竖向的规则性超过表-1和表-2所要求的高层建筑工程
表-1所示为只要有表中所列不规则三项及三项以上时则被视为超限高层建筑工程。
表-2所示为只要有表中所列不规则的一项则被视为超限高层建筑工程。
3、超限高层建筑工程抗震设防专项审查分为二类
（1）一般超限高层建筑工程可由省抗震办或有关行政部门组织超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会成员进行审查。
（2）难度大复杂的超限高层建筑工程、B级以上高度建筑工程，高度超过省规表一混合结构规定的高度的高层建筑工程（高规11.1.2）
高度超过规定的错层结构、塔体显著不同或跨度大于24m的连体结构；同时具有带转换层、加强层、错层、连体四种类型中三种的复杂结构；（高规10.1）
省建设行政主管部门认为审查难度较大的超限建筑工程需要委托全国专家委员会审查。
2.超限建筑工程设计
2.1地震作用的有关数据
2.1.1建筑地震破坏等级
《建筑地震破坏等级划分标准》（建设部90建抗字377号）作为地震后建筑物破坏评判的依据。
该文件已经明确划分了多类房屋（普通砖房、混凝土框架、底层框架砖房、单层工业厂房、单层空旷房屋等|）的地震破坏分级和地震直接经济损失估计方法，总体上可分为五级
名称
破坏描述
继续使用的可能性
变形参考值
基本完好（含完好）
承重构件完好；个别非承重构件轻微损坏；附属构件有不同程度破坏
一般不需修理即可继续使用
<
轻微损坏
个别承重构件轻微裂缝（对钢结构构件指残余变形），个别非承重构件明显破坏；附属构件有不同程度破坏
不需修理或需稍加修理，仍可继续使用
1.5~2
中等破坏
多数承重构件轻微裂缝（或残余变形），部分明显裂缝（或残余变形）；个别非承重构件严重破坏
需一般修理，采取安全措施后可适当使用
3~4
严重破坏
多数承重构件严重破坏或部分倒塌
应排险大修，局部拆除需拆除
<0.9
倒塌
多数承重构件倒塌
需拆除
>
建筑地震破坏等级划分简表
（抗规3.10、条文说明）
注：
个别指5%以下，部分指30%以下，多数指50%以上。
中等破坏的变形参考值，大致取规范弹性和弹塑性位移角限值的平均值，轻微损坏取1/2平均值。
（建筑抗震设计规范统一培训教材戴国莹）
2.1.2设计使用年限、重现期
结构设计使用年限是国务院《建设工程质量管理条例》规定的在设计时考虑施工完成后正常使用、正常维护情况下不需要大修仍可完成预定功能的保修年限，国内外的一般建筑结构均取50年。
结构抗震设计的基准期是抗震规范确定地震作用取值时选用的统计时间参数，也取为50年，即地震发生的超越概率是按50年统计的。
对于设计使用年限不同于50年的结构，其地震作用需要做适当调整，取值经专门研究提出并按规定的权限批准后确定。
设计使用年限对应的重现期（年）
小震
中震
大震
超越概率
设计使用年限
63.2%
10%
2~3%
50
50
475
2475~1642
100
100
949
4950~3284
设计使用年限
50年
70年
100年
调整系数
1
1.15~1.2
1.3~1.4
建筑抗震性态设计通则（试用）CECS160:
2004
2.1.3地震动参数
时程分析所用的地震加速度时程最大值（cm/s2,gal）
抗震设防烈度
小震
中震
大震
6度0.05g
18
50
110
7度0.10g
35
100
220
7度0.15g
55
150
310
8度0.20g
70
200
400
8度0.30g
110
300
510
水平地震影响系数最大值αmax
抗震设防烈度
小震
中震
大震
6度0.05g
0.04
0.11
0.28
7度0.10g
0.08
0.22
0.50
7度0.15g
0.12
0.34
0.72
8度0.20g
0.16
0.45
0.90
8度0.30g
0.24
0.68
1.20
相对小震，中震增大2.75~2.88倍；相对小震，大震增大4.38~6.25倍
（抗规3.2）
2.1.4、特征周期值（S）
设计地震
分组
场地类别
Ⅰ0
Ⅰ1
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
第一组
0.20
0.25
0.35
0.45
0.65
第二组
0.25
0.30
0.40
0.55
0.75
第三组
0.30
0.35
0.45
0.65
0.90
（抗规5.1.4）
2.2基本概念
2.2.1我国GBJ11-89《建筑抗震设计规范》以来的设防目标及设计方法“三水准，两阶段”
三水准“小震不坏、中震可修、大震不倒”
二阶段：
第一阶段为弹性设计阶段。
即通过采用振型分解弹性反应谱理论去求地震作用标准值和相应的地震作用效应（其中包括内力和变形），并按照建筑结构可靠度设计的基本原则和方法，考虑概念设计中要求的各种放大系数进行构件的抗震承载力计算，同时采用各种抗震措施（包括抗震构造措施），以求得能满足第二水准（中震）和第三水准（大震）的相关要求。
第二阶段是弹塑性设计阶段。
要求进行结构在大震作用下的弹塑性变形验算。
这时结构薄弱部位的最大层间位移角应满足要求。
2.2.2结构抗震性能设计的基本思想
使所有的工程结构在预定的使用年限内，在不同强度水平（或称强度水准）的地震作用下，达到预定的不同的性能目标，就是以抗震性能目标为基准的结构抗震性能设计。
主要特点就是：
使结构抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，业主（或设计者）可以根据建筑结构的使用年限、工程所在地区的设防烈度、场地条件、房屋高度、不规则的部位和程度，以及业主的经济实力、房屋建筑的重要性等去选择所需要的性能目标，并对建筑结构的抗震性能目标做深入的分析，再加以专家评估和认证，采取各种有效的抗震措施，保证超限建筑工程的实现，且有利于建筑结构的创新。
2.2.3性能水准
指在地震作用下结构及其构件进行什么状态（弹性、屈服、不屈服、破坏）结构地震后损坏状况及继续使用的可能性的抗震性能的界定。
D
建筑破坏与变形关系示意图
0A充分运行小震弹性
AB基本运行中震不屈服
BC生命安全中震屈服
CD倒塌屈服
（建筑抗震设计规范统一培训教材戴国莹）
2.2.4结构竖向构件对应于不同状态的最大层间位移角参考值
结构类型
弹性层间位移角
不同破坏状态
弹塑性层间位移角
完好
轻微破坏
中等破坏
不严重破坏
钢筋混凝土框架结构
1/550
1/550
1/250
1/120
1/60
1/50
钢筋混凝土抗震墙、筒中筒
1/1000
1/1000
1/500
1/250
1/135
1/120
钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱抗震墙、框架-核心筒、
1/800
1/800
1/400
1/200
1/110
1/100
钢筋混凝土框支层
1/1000
1/1000
1/500
1/250
1/135
1/120
钢结构
1/250
1/250
1/200
1/100
1/55
1/50
钢框架-混凝土核心筒、型钢混凝土框架-混凝土核心筒
1/800
1/800
1/400
1/200
1/110
1/100
（抗规5.5、高规3.7）
2.3超限高层建筑工程设计
2.3.1抗震设计计算措施
1.应采用两个或两个以上不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力和位移分析计算。
国内目前可以应用的并且经住房和城乡建设部批准的计算程序不少，比如SATWE、SPA2000、MIDAS/GEN、ETABS、ABAQUS、3D3S等。
2.宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，计算时其振型数不应小于15个，对多塔结构的振型数不应少于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%，这主要是为了考虑高振型的影响。
3.质量和刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向水平地震作用的扭转影响。
4.采用弹性动力时程分析法作补充计算，并且注意弹性动力时程分析时应符合下面要求：
（1）应按建筑物场地类别和设计地震分组选择不少于二组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响曲线应与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，并在各周期点上相差不大于20%。
（2）地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期的5倍和15s，地震波的时间间距可取0.01s或0.02s。
（3）输入地震加速度最大值。
（4）弹性时程分析结果，一般采用7条波的平均值与振型分解反应谱法计算结果进行比较，并取其较大者。
若采用3条波时，应取多条波的包络值与振型分解反应谱进行比较，并取其大值进行结构构件的承载力分析计算。
对于超限较多或结构体型复杂时，应直接采用多条波的包络值与振型分解反应谱法进行比较，并取其大值进行结构构件的承载力分析计算。
5.当在水平荷载或水平地震作用下不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.4.1条规定时，应考虑重力二阶效应的不利影响，亦即应考虑P-∆影响。
6.高度不超过150m的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法；高度超过200m时，应采用弹塑性时程分析方法；高度在150~200m之间,可视结构不规则性程度选择静力弹塑性或弹塑性时程分析方法。
高度超过300m的结构、新型结构或特殊复杂的结构，应由两个独立计算进行校核，并分析验算薄弱层部位的变形和应力状态。
7.弹塑性计算的分析应以混凝土构件的实际配筋、型钢和钢构件的实际截面规格为基础，不应以估算的配筋和钢构件代替。
8.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
升级会员 