超限高层建筑工程抗震设计指南

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1、超限高层建筑工程抗震设计指南（征求意见稿）二OO八年十二月二十日第二版前言2005年1月，超限高层建筑工程抗震设计指南（以下简称指南）第一版由当时的上海市建设和管理委员会以沪建建200538号文批准发布，在此后实施的四年时间里，原指南为提高上海市超限高层建筑工程抗震设计质量，加快抗震专项审查的进度，促进审查工作的规范化和科学化，发挥了重要作用，同时也为全国相关省市的超限高层建筑工程的抗震设防审查提供了重要的参考。四年来，上海的超限高层建筑工程有了进一步的发展，积累了新的审查经验，国家有关部门也对抗震审查提出了新的要求。2006年，原建设部发布了修订后的超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点(

2、建质2006220号，以下简称技术要点)。2007年，全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会发布了2007年工作会议文件：关于加强超限高层建筑抗震设防审查工作的建议、超限高层建筑结构抗震性能目标的建议和超限高层建筑抗震设计可行性论证报告的参考格式及要点。2008年，全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会又发布了关于加强超限高层建筑工程抗震设防审查技术把关的建议，对技术要点执行中需要注意的若干问题提出了一些建议(征求意见稿)，包括关于进一步明确超限高层建筑工程范围的建议、关于超限高层建筑工程抗震设防审查结论的基本要求和关于超限高层建筑抗震设防专项审查的若干建议。据此，编制组对原指南进行了

3、修订，以更好地满足上海市超限高层建筑工程建设和管理的需要。与原指南相比，本指南正文增加了两章内容“结构抗震性能设计的基本要求”和“结构抗震体系的基本要求”，附录增加了“超限高层建筑抗震设计可行性论证报告的参考格式及要点”，并对其余部分内容进行了充实和完善。本指南(征求意见稿)是在原指南基础上，经编制组专家对超限高层建筑工程在近些年的新发展、积累的新经验和新成果的科学总结和提炼基础上完成的。请各单位和专家结合各自的工程实际提出意见，并请将意见寄往同济大学结构工程与防灾研究所（上海市四平路1239号同济大学内，邮编200092），或发送电子邮件至jhj73。编制组将在广泛征求各单位和专家意见的基础

4、上，对征求意见稿进行进一步的修改和完善。本指南编写单位和人员如下：主编单位：同济大学参编单位：上海市建筑科学研究院有限公司华东建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司同济大学建筑设计研究院中国船舶工业总公司第九设计研究院上海市抗震办公室上海长福工程结构设计事务所编写人员：主 编 吕西林（以下按姓氏笔划排列）丁洁民 叶光新 汪大绥 扶长生 周国鸣 胡绍隆 顾嗣淳 钱 江 蒋欢军上海市建设工程标准定额管理总站二OO八年十二月第一版前言根据上海市建设和管理委员会沪建建2003第87号文关于下达2003年上海市工程建设规范和标准设计编制计划的批复，由同济大学结构工程与防灾研究所会同有关设计和研

5、究单位的技术人员组成编制组，参照国家和上海市有关规范、规程及建设部超限高层建筑工程抗震设防管理规定，结合上海市多年来的超限高层建筑工程实践及抗震设防专项审查工作经验，编制了超限高层建筑工程抗震设计指南（以下简称指南）。本指南是在广大从事高层建筑抗震研究和设计工作者的多年工程实践经验的基础上，经编制组专家的提炼和概括，并经多方面征求意见后完成的。自改革开放至今，上海已建、在建和拟建的高层建筑工程达6000多幢，其中有不少属超限高层建筑工程。1997年建设部为加强抗震设防管理，发布了第59号部令超限高层建筑工程抗震设防管理暂行规定。1998年上海市建设和管理委员会建立了上海市抗震设防审查专家委员会

6、，并开展了本市的超限高层建筑工程初步设计抗震设防专项审查工作，累计审查项目已达400多项，涉及数千个建筑结构单体。对包括各种结构类型的住宅、商业、办公、通讯、医院、体育等典型超限高层建筑工程，以本市抗震设防专家进行逐项审查的方式，尽力消除结构设计隐患，提高结构抗震安全性和控制设计质量。2003年，建设部将59号部令修改发布为超限高层建筑工程抗震设防管理规定的第111号部令。本指南的发布，就是为了更好地满足上海市超限高层建筑工程建设和管理的实际需要。本指南不是强制性技术标准，而是帮助设计人员理解有关抗震设计标准、掌握超限高层建筑工程抗震设防审查要求、进一步提高超限高层建筑工程抗震设计质量的指导性

7、技术资料。因此，本指南的编写中，文字表述方面既使用了规范（标准）的常用语言，也使用了类似“条文说明”和教科书中讲明道理的表达方法。限于条件，本指南中尚有不少问题有待于今后进一步深入研究和更多的工程实践来完善。因此，请各单位在使用本指南的过程中，结合工程实际，注意总结经验和积累资料，如发现需要修改和补充之处，请将意见和资料寄往同济大学结构工程与防灾研究所（上海市四平路1239号同济大学内，邮编200092），以便今后进一步修改完善。本指南编写单位和人员如下：主编单位：同济大学参编单位：上海市建筑科学研究院有限公司华东建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司同济大学建筑设计研究院中国船舶工

8、业总公司第九设计研究院上海市抗震办公室编写人员：主 编 吕西林（以下按姓氏笔划排列）丁洁民 叶光新 汪大绥 周国鸣 胡绍隆 顾嗣淳 钱 江上海市建设工程标准定额管理总站二OO五年一月目 录1 总则 12 术语和符号 32.1 术语 32.2 主要符号 33 超限高层建筑工程的认定和抗震概念设计 53.1 建筑物高度超限的认定 53.2 高度超限控制及概念设计要求 63.3 建筑物规则性超限的认定 63.4 建筑物规则性超限程度控制 93.5 特殊超限情况的处理 124 结构抗震性能设计的基本要求 234.1 地震设防水准 234.2 抗震性能水准234.3 抗震性能目标244.4 实施结构抗震

9、性能设计的方法. 245 结构抗震计算分析的基本要求 285.1 计算分析方面的总体要求 285.2 超限大跨空间结构的要求 295.3 高度超限时的抗震计算分析要求 295.4 平面规则性超限时的计算要求 305.5 立面规则性超限时的计算分析要求 305.6 结构扭转效应的控制 . 326 结构抗震体系的基本要求336.1 结构体系的一般要求336.2 板柱结构体系346.3 钢管混凝土结构体系366.4 巨型结构体系377 结构抗震构造措施要点 397.1 高度超限时的抗震构造要求397.2 平面规则性超限时的抗震构造要求397.3 立面规则性超限时的抗震构造要求397.4 减少结构地震

10、扭转效应的措施418 地基基础抗震设计要求 428.1 高度超限时地基基础的抗震要求 428.2 平面不规则或平面尺寸过长时的抗震要求 428.3 竖向不规则或建筑物高差较大时的抗震设计要求 428.4 超限高层建筑下有液化土层和软弱土层时的抗震措施 429 结构抗震试验的要求 43附录A超限高层建筑工程专项审查送审资料实例 .44附录B 钢筋混凝土构件的骨架曲线和恢复力关系 .55附录C超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点 .61附录D超限高层建筑抗震设计可行性论证报告的参考格式及要点 721 总则 为更好地贯彻执行中华人民共和国建筑法和中华人民共和国防震减灾法，并实行以预防为主的方针，

11、提高超限高层建筑工程抗震设计质量，制定本设计指南。 按本设计指南进行抗震设计的建筑，其最低抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 超限高层建筑工程，是指超出国家和上海市现行规范、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，以及有关的政府管理机构文件中规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程。 本设计指南是对国家建筑抗震设计规范( GB

12、50011-2001)、高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)、高层民用建筑钢结构技术规程( JGJ99-98)、建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2004）、上海市高层建筑钢结构设计规程（DG/TJ08-32-2008）、上海市钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程（DGJ08-31-2001）、上海市高层建筑钢混凝土混合结构设计工程（DG/TJ08-015-2004）和上海市建筑抗震设计规程(DGJ08-9-2003)的补充。遵循本指南进行抗震设计的超限高层建筑工程，还应符合国家和上海市现行的有关强制性标准的规定。1.0.5 超限高层建筑工程抗震设计时，除应遵守现有技术标准的

13、要求外，还应有特殊的要求，包括下列内容：1 超限程度的控制和结构抗震概念设计；2 结构抗震性能设计的要求；3 结构抗震计算分析的要求；4 结构抗震体系的要求；5 结构抗震构造措施的要求；6 地基基础抗震设计要求；7 必要时，应包括结构抗震试验的要求。1.0.6 本设计指南倡导建筑形体多样化与结构受力合理性统一的原则，使建筑物既满足建筑功能和形体美观的要求，又保证地震下的结构安全。本设计指南也倡导抗震结构的概念设计与计算分析并重的原则，设计者应通过已有的工程经验、仔细的结构抗震概念设计、精细的结构分析、有针对性的抗震措施或必要的结构抗震试验验证，来满足超限高层建筑工程抗震设计时的特殊要求。1.0

14、.7 当在现有的技术和经济条件下，结构安全与建筑美观之间出现矛盾时，应以结构安全为重。影响结构安全的建筑方案，包括局部方案，均应服从结构安全的需要；当结构采取措施能解决安全问题而不影响建筑构思时，应明确结构采取措施所需增加的投入，以供业主决策。2 术语和符号2.1 术语2.1.1 高层建筑 tall buildings10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物。2.1.2 房屋高度 building height自室外地面至房屋主要屋面的高度。2.1.3 高宽比 ratio of height to width of building plan (aspect ratio of build

15、ings) 房屋高度与建筑平面宽度之比。2.1.4 抗震设防标准 seismic fortification criterion 衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度和建筑使用功能的重要性确定。2.1.5 建筑抗震概念设计 seismic concept design of buildings 根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。2.1.6 抗震措施 seismic fortification measures 除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。2.1.7 抗震构造措施 details of seis

16、mic design 根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。 抗震性能水准 seismic performance levels 建筑物在预计的地震作用下所允许的最大破坏程度。 抗震性能目标 seismic performance objectives也称抗震设防目标，是针对各级地震设防水准期望建筑物达到的抗震性能水平。2.2 主要符号C30 表示立方体强度标准值为30N/mm2的混凝土强度等级；Ki 表示第i楼层的等效剪切刚度；b 建筑平面局部突出宽度；bc 建筑平面局部凹口累计深度或楼板开洞宽度；B 建筑平面的典型宽度；Bmax 建筑平面最大宽度；

17、H 房屋高度；l 建筑平面局部突出长度；lc 建筑平面局部凹口长度或楼板开洞长度；L 建筑平面长度；S1、S2 建筑平面中开洞两侧的楼板有效宽度； 承载力抗震调整系数；、 分别为结构构件承载力设计值和标准值；、 分别为重力荷载代表值的效应和多遇地震作用标准值的效应；、 分别为多遇水平地震作用和竖向地震作用标准值的效应； 风荷载标准值的效应；、 在结构构件中分别由重力荷载代表值和多遇地震作用标准值产生的剪力；、 分别为混凝土抗压强度标准值和抗拉强度标准值。3 超限高层建筑工程的认定和抗震概念设计3.1 建筑物高度超限的认定 建筑物高度超过表3.1.1规定高度的高层建筑工程，属高度超限的高层建筑工

18、程。表3.1.1 高层建筑的最大适用高度（m）结构体系抗震设防烈度6度7度8度混凝土结构框架605545框架剪力墙130120100全部落地剪力墙140120100部分框支剪力墙12010080部分短肢剪力墙12010060框架核心筒150130100筒中筒180150120板柱剪力墙403530错层的剪力墙和框架剪力墙1008060混合结构钢框架钢筋混凝土筒体200160120型钢混凝土框架钢筋混凝土筒体220190150钢结构框架11011090框架支撑 (抗震墙板)220220200各类筒体和巨型结构300300260 对表3.1.1中结构体系的说明： 1 平面和竖向均不规则，或IV类场

19、地，最大适用高度降低20%。 2 近年来全国和地方规范中出现了“部分短肢剪力墙结构”的术语，但对“部分”的定义全国和地方规范中都没有给出。根据结构分析研究和上海市的工程实践，用短肢剪力墙截面面积与同一层中所有剪力墙截面面积的比例（简称短肢墙比例），可以来近似地定义“部分短肢剪力墙”结构，并采取结构抗震设计措施。当短肢墙比例不大于20时，可以按全部落地剪力墙结构控制建筑物的高度，但短肢墙部分的抗震措施仍应按短肢墙的规定执行。当采用短肢墙比例进行判别时，应在建筑物的两个主轴方向分别计算，取较大的比例作为控制条件。 3 钢筋混凝土板柱剪力墙结构是指无内部纵梁和横梁的无梁楼盖结构，对这种结构体系的抗震

20、研究很少，因此设计规范中一般都对这种结构的高度限制较严。由于目前在高层建筑中应用的无梁楼盖体系中楼板的厚度越来越大，原有的设计规定也不一定全部适用。根据上海市的工程经验，在这种结构体系中，当楼板的厚度不小于相应跨度的1/18时，可以按框架剪力墙结构控制建筑物的高度，但在结构设计时仍应在框架受力方向设置暗梁。应该指出，采用较厚楼板的无梁楼板体系虽可以满足内部美观或一些特殊建筑功能的要求，但会明显增加整个结构的混凝土用量和建筑物自重，对结构抗震是不利的。3.2 高度超限控制及概念设计要求1 钢筋混凝土框架结构房屋，其高度不宜超过表的最大适用高度。超过时宜改用框架剪力墙结构。2 部分短肢剪力墙结构房

21、屋，其高度不宜超过表的最大适用高度。超过时宜改用框架剪力墙结构或剪力墙结构。3 钢筋混凝土框架核心筒结构房屋，丙类建筑的高度不宜超过高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)中B级高度建筑的最大适用高度，乙类建筑的超高程度宜从严控制。接近上述超高上限时，宜在结构的底部采用劲性混凝土柱、钢管混凝土柱或者钢管与混凝土双重组合柱。大于超高上限时，宜改变结构体系，例如改为筒中筒结构、巨型结构或钢与混凝土混合结构等。 4 钢筋混凝土筒中筒结构房屋，丙类建筑的高度不宜超过高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)中B级高度建筑的最大适用高度，乙类建筑的超高程度宜从严控制，超过上述限值时宜改变结

22、构类型，采用强度和延性更好的结构材料和结构体系。3.3 建筑物规则性超限的认定 下列工程为规则性超限的高层建筑工程：1 同时具有下述三项或三项以上不规则情况的高层建筑工程：(1) 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（计算该指标时应采用刚性楼板模型），或偏心率大于0.15，或相邻层质心相差较大；(2) 建筑平面长宽比抗震设防烈度7度时大于6.0，抗震设防烈度8度时大于5.0；(3) 结构平面凹进的长度（从按抗侧力构件截面中心线算起，设置的拉梁不能视为平面轮廓，下同）大于相应投影方向总尺寸的30%；或凸出的长度大于相应投影方向总尺寸的30%

23、，且凸出的宽度小于相应投影方向总尺寸的30或小于凸出长度的50%（见图3.3.1-1）；图3.3.1-1 结构平面凹进或凸出不规则示意图(4) 结构平面为角部重叠形或细腰形；(5) 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面积的30（见图3.3.1-2）；b 5时， lbj不应大于2，超过此值时宜调整建筑和结构平面布置。图3.4.1-1 凹口深度超限的平面布置示意图 图-2 楼板间连接较弱的平面示意图bj 图3.4.1-3 局部突出超限的平面示意图3.4.2 竖向规则性超限程度控制和抗震概念设计 1 一般情况下，结构的侧向刚度宜用等效剪

24、切刚度来表征，并按上海市建筑抗震设计规程中的方法计算。在初步设计时，应按此刚度进行控制。2 立面收进幅度过大是一种常见的竖向不规则性情况，但收进的最大尺寸也应有个限度，可从结构等效剪切刚度的变化来控制，即收进层等效剪切刚度与下层等效剪切刚度之比不宜小于50%，且连续两次收进后的等效剪切刚度不宜小于未收进层的30%。3 连体建筑也是容易形成竖向不规则的结构型式，如图-1所示。连体建筑顶部的重量一般较大，对结构抗震很不利，因此，应控制连体部位的层数，一般情况下连体部位的层数不宜过多。当连体部位的层数超过该建筑总层数的 20时，对结构抗震极为不利，并会大大增加结构的造价。连接体下的两个塔楼的层刚度不

25、宜相差太大（不宜相差30及以上）。图3.4.2-1 连体建筑及立面开大洞建筑示意图4 立面开大洞建筑也容易形成竖向刚度突变，成为竖向不规则性结构。立面开大洞后对洞口周边的构件受力极为不利，洞口越大，结构的抗震性能越差，因此，立面开洞的尺寸也应进行限制，洞口宜设置在中部，洞口尺寸不宜大于整个建筑立面面积的30。5 大底盘多塔楼建筑由于底盘刚度与塔楼刚度有差异以及底盘尺寸与塔楼尺寸有较大差异，也容易造成竖向刚度变化较大而成为竖向不规则结构，如图3.4.2-2所示。多塔楼建筑结构各塔楼的层数、平面和等效剪切刚度宜接近，塔楼对底盘宜对称布置，各塔楼结构的质心与底盘结构刚度中心的距离不宜大于该方向底盘边

26、长的25%。图3.4.2-2 大底盘多塔楼示意图6 带转换层结构由于结构上部楼层的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，容易造成竖向刚度有突变，从而形成竖向不规则结构。转换层的结构型式，宜优先采用梁式转换，并避免主、次梁多次转换。对于采用框支层的转换层，其位置7度时不应超过7层，8度时不应超过5层。3.5 特殊超限情况的处理当确因工程需要，在建筑物总高度方面超过第3.2节的控制要求时，或在建筑物的规则性方面超过第3.3节及第3.4节的控制要求而不能改变建筑物结构体系时，应有可靠的设计依据，例如试验研究（包括整体结构模型试验、节点试验）和精细的结构分析（包括弹性和弹塑性时程分析、静力非线性分析）等。

27、特殊超限高层建筑工程实例如下：例1 上海环球金融中心大厦L1.1 工程概况上海环球金融中心大厦建于上海市陆家嘴金融贸易区，系一幢以办公为主，集商贸、宾馆、观光、展览及其它公共设施于一体的大型超高层建筑，其建筑效果图见图L1.1。主楼地下3层，地上101层，地面以上结构高度492m，拟建成目前世界最高的建筑物。大楼建筑面积为252935m2，裙房为33370m2，地下室为63751m2，合计约35万m2。上海环球金融中心结构体系复杂，采用了三重结构体系抵抗水平荷载，它们由巨型框架、钢筋混凝土核心筒和伸臂钢桁架组成（见图L1.2）；核心筒竖向不连续，在57层-60层及78层-79层楼层处进行了二次

28、转换，连接部分构造复杂；伸臂桁架在核心筒内不贯通；周边巨型斜撑不封闭，巨型柱B在42层以上分叉后，所形成的倾斜面上未设置斜撑，由于考虑到建筑立面效果和采光的要求，巨型斜撑采用的是单向斜撑。图L1.1 上海环球金融中心巨型斜撑巨型柱 A带状桁架核芯筒伸臂桁架巨型柱 B巨型柱 A巨型柱 B图L1.2 三重结构体系该结构类型为混合结构，巨型柱采用钢骨混凝土，带状桁架及转换桁架采用钢桁架；巨型斜撑、伸臂桁架采用钢管混凝土；核心筒在79层以下为钢筋混凝土剪力墙，79层以上的核芯筒采用钢支撑和钢支撑外包混凝土的混合结构形式。L1.2 结构超限情况上海环球金融中心的建筑平面为59.95m59.95m的正方形

29、（图L1.3），形状规则，无局部凸凹；建筑的立面形状逐渐变化（图L1.1），无过大外挑和内收。因此，上海环球金融中心的平面布置和竖向体型无明显的不规则性。但核芯筒竖向布置不连续，这不符合抗震规范条规定的“抗震设计时，竖向抗侧力构件宜上下连续贯通”的要求。带状桁架、伸臂桁架和核芯筒内的转换桁架等结构加强层，使得结构的楼层侧向刚度沿竖向分布不均匀。结构高度、高宽比超限情况检查见表L1.1（各符号含义参见JGJ3-2002）。 图L1.3 标准层结构平面 图L1.4 整体结构振动台试验模型表L1.1 结构高度、高宽比检查主楼规范限值检查结果H (m)492190超限B (m)57.95L (m)57

30、.95H/B8.217.0超限上海环球金融中心的高度和高宽比远远超过了规范限值；且结构竖向变化较大；筒体多次转换；多重结构体系混用，是属于特别复杂的超高层结构体系。为确保其结构设计的安全和可靠，深入认识超高层复杂结构体系的抗震性能和破坏机理，建设方委托同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了如下几方面的试验和理论研究工作。L1.3 试验研究内容L 整体模型模拟地震振动台试验上海环球金融中心模拟地震振动台试验整体模型为强度模型，由微粒混凝土、镀锌铁丝和镀锌丝网模拟钢筋混凝土，由铜材模拟钢结构。动力试验主要相似关系为：Sl =1/50，SE =0.32，Sa =2.5。整体模型竣工后总高度约为10

31、.184m，模型及配重约14.7t（图L1.4）。沿结构的X和Y方向共布置了40个加速度传感器、9个位移计和25个应变片。试验模拟的地震输入为El Centro波、San Fernando波和上海人工SHW2波。根据模型结构模拟地震振动台试验结果，结构在七度多遇到七度罕遇地震作用下，没发生明显损坏，结构动力反应满足规范要求；在特大地震作用时（8度罕遇），从15层的周边剪力墙向巨型柱转换的6层处，巨型柱出现明显的破坏，7层楼面多根钢柱出现较大变形、甚至屈服破坏，但仍满足“大震不倒”的要求。L巨型柱-斜撑-带状桁架弦杆节点的静力反复加载试验试验节点选取53层54层的柱-斜撑-桁架弦杆节点，在一个试

32、件中包含54层和55层位置的两个节点，对所选择的典型节点进行2组不同类型试件的静力反复加载试验：纯钢骨节点试件；钢骨钢筋混凝土节点试件，试件与原型结构的缩尺比例为1：7。每组分别进行2个试件的试验，共制作了4个试件。试验将纯钢骨节点试件加载至破坏；对钢骨钢筋混凝土的节点试件施加相当于罕遇地震水平的荷载。试验结果表明，节点设计满足小震和大震时的抗震要求，并具有较高的安全储备。图L1.5钢骨钢筋混凝土节点试件图L1.6纯钢骨节点试件L1.4 计算分析内容对上海环球金融中心分别进行了如下方面的理论研究：用ANSYS进行整体结构的弹性计算；用ANSYS进行核芯筒转换层的精细有限元分析；对整体结构进行弹

33、塑性动力时程计算；用ANSYS进行试验节点的计算分析 。上述计算结果表明，上海环球金融中心大厦的结构抗震设计满足我国设计标准的要求，节点和整体结构体系具有较大的安全储备，结构抗震性能很好。L1.5 针对超限的结构措施 1 结构的抗震等级适当提高一级（已是特一级的不再提高）； 2 建议适当调整6层以下各层水平刚度，增加结构延性； 3 在伸臂桁架、带状桁架与巨型斜撑的交汇处，加强节点的连接； 4 适当加强6层7层楼层外围钢柱的刚度。例2 海淮海晶华苑2 楼L2.1 工程概况上海淮海晶华苑项目基地位于上海市淮海中路南侧，北靠桃源路，东邻柳林路，西连普安路，南为淮海中路警署和曙光医院。该项目由三栋板式

34、高层住宅楼组成，其中1楼和2楼为29层，3楼为18层，整个基地覆盖一层地下室，为汽车库和设备用房。三栋高层建筑均为底部大空间部分框支剪力墙体系，底部大空间层数为一层，竖向构件由落地剪力墙和框支柱组成，二层及以上竖向构件全部为剪力墙结构。根据高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）的规定，该项目各楼均属于复杂高层建筑结构。另外，2楼为建造空中健身房，在1723层中部楼板缺失，立面上形成两个约20m20m的大洞（图L2.1），因此结构形式更为复杂。图L2.2 结构底层及标准层平面图图L2.1 淮海晶华苑2楼模型结构立面图L2.2 结构超限情况淮海晶华苑2楼平面长69m，宽18.15m，除底

35、层层高为8.1m，其余各层均为3.05m，结构总高96.55m。该住宅为钢筋混凝土底部大空间、部分框支、短肢剪力墙筒体体系，底层大空间，三个剪力墙筒体落地，并设有24根型钢混凝土框支柱(图L2.1)；2层设钢筋混凝土梁式转换层；1723层中部楼板缺失，立面上形成两个21.35m19.8m的大洞；在24层布置型钢混凝土梁式转换层；大屋面以上局部突出。L 结构超限情况检查（表L2.1，各符号含义参见JGJ3-2002）结构竖向规则性检查：淮海晶华苑2楼为底部大空间部分框支、短肢剪力墙筒体体系，其立面大洞口上部形成连体结构，使得结构体系中部分竖向构件的布置不连续，因此在竖向规则性方面也超限。表L2.

36、 1 结构高度、高宽比、平面形状规则性检查2楼规范限值检查结果H (m)96.55100满足B (m)18.15H/B 5.306.0满足L (m)69.00Bmax (m)18.15B (m)11.10l (m) 7.05b (m)22.25L/B 6.206.0超限l/Bmax 0.390.35超限l/b 0.322.0满足L 结构超限结论及针对性研究淮海晶华苑2楼属平面规则性超限、竖向特别不规则的复杂体型高层建筑。为确保该高层结构设计的安全和可靠，首先在同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行2楼整体结构的模拟地震振动台试验，然后针对整体试验中较薄弱的转换层上的短肢剪力墙肢、短肢剪力墙间连

37、梁分别进行了节点的拟静力试验；并对上述内容分别作了计算分析，作为该复杂高层结构优化设计和验证的依据。L2.3 试验研究内容L 整体模型模拟地震振动台试验淮海晶华苑2楼模拟地震振动台试验整体模型为强度模型，由微粒混凝土、镀锌铁丝和镀锌丝网模拟钢筋混凝土，由铜材模拟钢结构。动力试验主要相似关系为： Sl =1/20，SE =0.35，Sa =3。整体模型竣工后总高度约为5.2m，模型及配重约17t，刚性底座重约5t（图L2.1）。在试验时沿结构的X和Y方向分别布置了30个加速度传感器、6个位移计和13个应变片。试验模拟地震输入为El Centro波、Pasadena波和上海人工波SHW2，其中前两

38、种波为双向水平输入，加速度幅值之间的比例关系为1:0.85。试验表明，淮海晶华苑2楼的结构设计在整体上是满足“小震不坏，大震不倒”的要求，具有较高的安全储备，但在大震作用下，2层转换层上短肢墙肢在根部被整体剪坏；结构的鞭梢效应明显。L 与转换梁相连短肢剪力墙肢拟静力试验该节点试验制作了两个配筋不同的L形短肢剪力墙试件（图L2.3），缩尺比均为1/2。拟静力试验时先在竖向给试件施加400kN荷载（轴压比约为0.248），水平向则按荷载位移混合控制的方法进行。试验表明短肢剪力墙试件滞回曲线较为饱满，具有较好的耗能特性；最终破坏形式均为弯曲破坏，配筋较高试件的受剪切影响较大。L 短肢剪力墙连梁节点拟

39、静力试验该节点试验制作了两个配筋不同的T形短肢剪力墙连梁试件（图L2.4），缩尺比均为1/2。拟静力试验时先在竖向给试件施加200kN荷载（轴压比约为0.105），水平向则按荷载位移混合控制的方法进行。试件破坏均发生在连梁中，为连梁弯剪型破坏，属延性破坏模式；节点区短肢剪力墙的纵筋配筋率及连梁配箍率较高试件的节点的承载能力较高。图L2.4 短肢剪力墙连梁节点拟静力试验图图L2.3 转换层上短肢剪力墙肢拟静力试验图L2.4 计算分析内容对上海淮海晶华苑2楼整体结构分别进行了(1) SATWE设计计算；(2) SAP84动力特性、振型分解反应谱计算和弹性时程分析；(3) STRAND7动力特性和弹

40、塑性时程分析，计算结果表明，大屋面以下部分的最大弹塑性层间位移角约为1/130，满足规范要求。另外进行了与试验相应节点的计算分析，包括：(1) 与转换梁相连短肢剪力墙肢的ANSYS计算分析；(2) 短肢剪力墙连梁节点ANSYS计算分析，节点非线性计算的结果表明，上述节点的受力合理，配筋适当，具有较高的延性，满足设计规范中对节点设计的要求。L2.5 针对超限的结构措施1 突出大屋面部分剪力墙（筒体）鞭梢效应明显，建议提高其强度、改善延性；2 适当提高结构抗震等级；3 严格控制水平位移；4 框支柱采用劲性结构，并适当提高体积配筋率；5 严格控制框支柱的轴压比。例3 海久百城市广场L3.1工程概况上

41、海久百城市广场位于上海市静安区，其南侧为地铁2号线静安寺站，东临机场城市航站楼，北临南京西路，为一集商场、办公、餐饮于一体的综合性商厦。占地面积10690 m2，地面以上总建筑面积为76927m2，地面以下总建筑面积为13566m2。结构地下1层，其中地下一层层高6.3m；地面以上共9层，一层层高5.75m，二九层层高5.40m，结构总高度48.95m。结构平面示意图见图L3.1，建筑立面见图L3.2。图L3.1 结构平面示意图上海久百城市广场为钢筋混凝土框架结构，南北方向长约132.7m，东西方向宽约105.2m。结构在三层以上（含三层）各层楼面沿平面长边方向布置有长约72.5m的中庭。中庭

42、将结构分为平面布置不对称的东西两翼，其中西翼南立面在结构六层以上整体收进，东翼南立面随结构高度增加逐渐收进，东西两翼北面在中庭转角部位相连接，南面在三层、四层和五层各有一钢桥连接。另外，为了满足建筑功能的需要，结构多处设置有竖向不连续柱。该商厦结构体型非常复杂，在地震作用下结构反应复杂，可能出现较大的扭转反应，有必要对结构薄弱部位和结构的扭转效应进行较深入的研究。L3.2 结构超限情况L 结构超限情况检查久百城市广场结构布置存在平面及竖向不规则，主要有： 1 结构平面凹进大大超过该投影方向总尺寸的30%，超过了75%； 2 结构多处设置有竖向不连续柱，中庭布置有5根斜柱，竖向也不连续；采用了斜

43、柱转换、三角托架转换和大梁转换等三种不同方式；3 结构六层以上整体不规则收进。L 结构超限结论及针对性研究久百城市广场属于平面及竖向特别不规则的复杂体型高层建筑，为确保其结构设计安全可靠，建设方委托同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行整体结构模型模拟地震振动台试验；对整体结构进行了计算分析；在原型结构竣工后，还进行了现场环境随机振动测试。L3.3 试验研究内容L 整体结构模型模拟地震振动台试验久百城市广场整体结构模型为动力相似模型，由微粒混凝土、镀锌铁丝（网）模拟钢筋混凝土，由紫铜模拟钢结构。主要动力相似关系为：1/25，1/10，1.2。模型总高度为2400mm，其中模型本身高2000mm

44、，模型底座厚400mm，模型总质量为22.6t，其中模型和附加质量15.4t，底座质量7.2t。试验前对振动测试系统进行标定，模型固定在振动台上见图L3.2。图L3.2 模型固定在振动台上加速度传感器测点共47个，所有楼层均布置有23个加速度测点，以测定结构的扭转反应。位移传感器共6个,布置在结构屋面层和6层，每层各3个（X向2个、Y向1个）。根据上海地区七度抗震设防及类场地要求，选用El Centro波、Pasadena波和SHW2作为振动台输入。从多遇到罕遇依次模拟不同水准地震对结构的作用；并采用白噪声对其进行扫频，分析模型自振频率和结构阻尼比的变化情况；采集结构模型加速度和位移反应数据；

45、对结构变形和开裂状况进行宏观观察。结构在地震作用下具有明显的扭转振动反应，局部楼层具有较大的层间位移。在七度多遇地震作用下，结构有较明显的位移、扭转变形；最大层间位移角与规范规定的1/550限值非常接近。在七度基本烈度地震作用下，结构多处梁柱节点区域发生开裂，结构自振频率下降，刚度降低。在七度罕遇地震作用下，结构大多数节点区域出现不同程度的开裂，局部开裂严重部位出现混凝土压碎、崩落现象。结构自振频率进一步下降，刚度有较大程度的降低；层间位移角最大值为170。模拟地震振动台试验表明，原结构满足我国抗震设计规范“小震不坏，大震不倒”的设计要求，但原结构设计方案中可能存在以下的薄弱部位： 1 结构2

46、6轴-EH轴间中庭两翼钢桥支座部位附近的竖向构件； 2 结构中庭西翼六层结构整体收进部位及其相邻部位梁柱节点区域； 3 结构中庭北侧转角部位二层以上斜柱； 4 结构15轴-NR轴范围内二层以上梁柱节点区域。L 现场环境随机振动测试原型结构竣工后，在不同楼层依次布置加速度传感器，测试整体结构在环境随机振动下的反应，获得整体结构动力特性。与振动台试验和计算分析进行比较，结果较吻合。L3.4 计算分析内容采用SAP84有限元结构分析通用程序对调整后的建筑结构进行三维计算分析，建立了薄膜楼板模型。抗震设防烈度按7度考虑，采用上海市的设计反应谱，场地类别为IV类，近震，场地特征周期取T0.9s。采用振型

47、分解反应谱法计算地震反应，各振型贡献按SRSS组合。采用上海市建筑抗震设计规程 SHW1、SHW2进行结构的弹性时程反应分析，地面运动最大加速度为35gal。计算中，采用薄膜楼板模型，模态阻尼比均按 0.05 取值。计算结果包括：1）结构动力特性；2）抗震变形验算；3）结构构件强度与配筋验算。主要结论有： 1 结构扭转周期与第1平动周期之比为0.90； 2 计算得到的结构顶点反应位移角及结构最大层间位移角均未超出规范限值； 3 底层柱轴压比验算结果表明：2轴与N轴、12轴与G轴、12轴与F轴交汇处的3根柱子轴压比较高，但满足框架结构一级抗震等级的要求；4 验算各个构件的配筋未发现超筋现象；5

48、时程分析结构反应较反应谱法结果略大，但仍未超出规范限值。L3.5 针对超限的结构措施根据上述研究工作，提出针对超限的结构措施有： 1 框架结构抗震等级整体提高到一级； 2 采取有效措施增加结构的抗扭刚度，并减小结构刚度和质量中心的偏心； 3 适当增加结构薄弱部位构件的强度和延性； 4 采用局部增加剪力墙的方式进行结构调整，以有效地降低整体结构扭转反应。4 结构抗震性能设计的基本要求4.1 地震设防水准 超限高层建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类三个抗震设防类别。抗震设防类别的划分应符合国家标准建筑抗震设防分类标准(GB50223)的规定，各抗震设防类别建筑的抗震设防标准应不低于国

49、家标准建筑抗震设计规范(GB50011)的规定。 超限高层建筑所在地区遭受的地震影响，应采用下列规定的设计地震动参数：1 一般情况下，应采用建筑所在地区的抗震设防烈度(中国地震动参数区划图的地震基本烈度)的设计基本地震加速度和设计特征周期。2 对已作过抗震设防区划的地区、厂矿和小区，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数确定。3 对已进行过场地地震安全性评价(以下简称为安评)的工程项目，可按下列规定的地震动参数确定：(1) 对于多遇地震，应通过各个主轴方向的主要振型所对应的底部剪力的对比分析，按安评结果和规范结果二者的较大值采用，不能部分采用规范参数、部分采用安评参数，且计算结果应满足规范最小

50、剪力系数的要求；(2) 对于设防烈度地震和罕遇地震，地震作用的取值一般可按规范参数采用，也可根据经济条件取大于规范值的安评参数，此时不考虑最小剪力系数。4 抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值的对应关系、设计特征周期的取值按国家标准建筑抗震设计规范(GB50011)和上海市工程建设规范建筑抗震设计规程(DGJ08-9-2003)采用。4.2 抗震性能水准 超限高层建筑的抗震性能水准可分为完全可运行、运行、基本运行、可修复、生命安全五个等级，其综合描述见表4.2.1。表 各级抗震性能水准的综合描述抗震性能水准性能描述完全运行结构未受损、功能完整运行结构基本完好，基本处于弹性状态，地震作用后的结构

51、动力特性与弹性状态的动力特性基本一致，主要竖向和抗侧力结构构件及连接节点基本完好，次要构件轻微开裂，建筑的功能在地震时和地震后能继续保持。基本运行结构轻微受损，主要竖向和抗侧力结构体系基本保持震前的承载能力和特性，次要构件屈服，建筑功能受扰但稍作修整即可继续使用。可修复结构遭受一定损伤但保持稳定，花费合理的费用能修复，功能受损，短期无法恢复，人员安全生命安全(防止倒塌)结构严重破坏但竖向承重系统幸免倒塌，功能严重受损，人员安全 超限高层建筑各级抗震性能水准对应的楼层内的最大层间位移角限值宜符合下列要求：1 高度不大于150米和高度不小于250米的超限高层建筑，最大层间位移角限值宜符合表的规定；

52、2 高度在150250米之间的超限高层建筑，最大层间位移角限值宜根据高度按第1款的限值线性插入取用。表 超限高层建筑的层间位移角限值结构类型抗震性能水准完全运行运行基本运行可修复生命安全高度不大于150米钢筋混凝土框架1/5501/2501/2001/1001/50钢筋混凝土剪力墙、筒中筒1/10001/5001/4001/2501/120钢筋混凝土框架剪力墙、框架核心筒、板柱剪力墙1/8001/4001/3001/2001/100钢筋混凝土框支层1/10001/5001/4001/2501/120钢框架钢筋混凝土筒体、型钢混凝土框架钢筋混凝土筒体1/8001/4001/3001/2001/100钢结构1/3001/2001/1501/1001/50高度不小于250米1/5001/2501/2001/150