下载文档原格式
超限高层结构设计优化要点汇总（干货！）随着经济的发展,我国的高层建筑越来越多,越来越高,各大城市的地标建筑也多以超高层建筑为主.然而,超限高层建筑的专项审查工作往往占据了设计阶段的大量时间,且其直接奠定了后期的结构造价.在此分享关于超限高层项目的优化要点.超限高层建筑工程是指超出国家规范、规定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、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程.具体判别标准详见《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建质【2015】67号.需要注意的是,对于一些处于超限与否边界附近的建筑工程最好提前与审图机构,审查专家提前沟通好是否需要进行超限审查,以免造成时间上的延误.（1）结构体系结构体系的选取需经过严格比选.常见的各种结构体系优缺点如下表所示：结构体系优点缺点混凝土框架+核心筒造价经济、施工方便自重大、截面大、浪费空间型钢混凝土框架+核心筒结构抗震性能优良造价高钢管混凝土柱+核心筒延性延性好；柱截面较小造价高于型钢混凝土最终采用何种体系可综合考虑时间成本、施工成本、经济效益等方面.（2）风速剖面与风振分析《高规》4．2.7条规定：房屋高度大于200m或有下列情况之一时,宜进行风洞试验判断确定建筑物的风荷载：I.平面形状或立面形状复杂；II.立面开洞或连体建筑III.周围地形和环境较复杂.超限高层建筑分为高度超限和不规则性超限,所以往往需要进行风洞试验.由于风具有明显的地域性,且其强度和方向具有显著的方向性,利用这些特点可以有效降低结构和幕墙的造价.对于高度超过300~400m的超高层建筑,风沿高度方向变化的特性对结构设计影响很大,因此针对具体工程确定适用的最优风速剖面,而不仅依赖于《荷载规范》提供的指数变化曲线,能够有效降低风力作用,取得显著的经济效益.（3）设计地震动参数依据《防震减灾法》：“地震安全性评价单位应当对地震安全性评价报告的质量负责”.一般来说,安评报告提供的结构设计地震动参数往往偏大,将导致结构成本明显增加.通常小震应全部采用安评参数或全部用规范参数,对二者的基底剪力加以比较,按不利情况采用.中、大震计算一般采用规范参数.从而在保证结构安全的同时节约结构造价.此外,采用规范参数时需注意在不同类别场地分界附近的设计特征周期内插,如下图所示.之前笔者参与的北京某超限高层办公项目,8度区Ⅲ类场地,设计地震分组第一组,小震规范谱特征周期Tg=0.45s.因工程场地等效剪切波速接近分界线值,经内插特征周期减小为0.42s,地震作用约降低8%.（4）长周期结构的剪重比在2010版超限审查要求中对剪重比的规定比较严格,在2015版进行了放松,其规定如下：“结构总地震剪力以及各层的地震剪力与其以上各层总重力荷载代表值的比值,应符合抗震规范的要求,Ⅲ、Ⅳ类场地时尚宜适当增加.当结构底部计算的总地震剪力偏小需调整时,其以上各层的剪力、位移也均应适当调整.基本周期大于6s的结构,计算的底部剪力系数比规定值低20%以内,基本周期3.5～5s的结构比规定值低15%以内,即可采用规范关于剪力系数最小值的规定进行设计.基本周期在5～6s 的结构可以插值采用.6度（0.05g）设防且基本周期大于5s的结构,当计算的底部剪力系数比规定值低但按底部剪力系数0.8%换算的层间位移满足规范要求时,即可采用规范关于剪力系数最小值的规定进行抗震承载力验算.”此时,通常来讲可以满足要求.如果还是不能达到最小地震剪力要求,可以通过修改反应谱曲线的方法来使结构达到一定的设计剪重比,或通过位移值来控制结构变形.（5）周期折减系数《高规》4.3.17条对周期折减系数做了具体规定,但对于超高层建筑,若拘泥于规范给定的数值范围很可能造成巨大的浪费.一定要根据工程实际情况,隔墙的布置数量、隔墙材料等综合取值.例如,还是前述笔者说的北京某超限办公项目,框架-核心筒结构,规范给定的数值是0.7~0.8,但考虑到该工程隔墙较少,将周期折减系数取为0.90~0.95,地震作用约降低15%！（6）设计材料的选取I.混凝土高强混凝土：目前国内规范的混凝土最高强度等级为Ｃ8０,实际可生产的最高等级为C150,因此在设计上对于超高层建筑优先考虑高强度混凝土,既能节省材料,又能节省空间.II.钢材高层建筑结构用钢板：与普通结构用钢相比,各项指标均能满足要求,同时具有良好的机械性能与焊接性.在实际工程中可根据构件的重要性和具体部位选取合适钢材,以求达到最优的经济效果.（7）施工模拟可通过调整施工顺序人为控制结构的内力生成,将高内力消除,改善结构合理性,降低用钢量.（8）性能目标的合理设置性能目标的设置能够使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,并由业主选择性能目标；对结构的抗震性能睡着进行深入的分析,并通过专家的评估论证.但是在实际的操作过程中往往发现好多工程的性能目标设置过于严格,类似于“有钱就是任性”,但实际上并不合适,只是白白带来了浪费.上述的无论采取何种措施或方法,最好都要事先向审查专家进行沟通交流,以避免在最终的审查中出现通不过或二次审查的情况.。
剪力墙结构抗震性能影响因素摘要：剪力墙结构是利用建筑物墙体作为建筑物的竖向承载体系，并用它抵抗水平力的一种结构体系。
由于剪力墙数量很多,导致结构的基本周期短,地震作用大,而且钢筋和混凝土材料强度不能充分发挥,造成浪费。
文章主要对抗震设计特征周期进行了分析。
关键词: 地震影响系数；设计特征周期；剪力墙随着我国经济快速发展，中、小高层住宅越来越多，剪力墙结构在住宅建设中得到了普遍应用, 为了降低工程造价, 设计人员结合工程实践, 采取了一种墙肢截面高度较小的短肢剪力墙作为主要抗侧力构件。
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，结构所受水平地震作用可按“底部剪力法”或“振型分解反应谱法”进行计算，其公式分别为:(1)底部剪力法:(2)振型分解反应谱法:式中，Geq、Cj、Xji、Gi均为结构自身静力或动力特性，与建设场地无关;而α1和αj则为水平地震影响系数，除受结构自身特性影响外，还受建设场地抗震设防烈度、场地类别、设计地震分组以及阻尼比的影响。
1影响分析根据《建筑抗震设计规范》（以下简称抗规）第5.1.4条:“建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定”。
(1)“抗震设防烈度”对应“抗规”表 5.1.4-1选取水平地震影响系数最大值(σmax);(2)“场地类别”、“设计地震分组”对应表2(“抗规”表5.1.4-2)选取设计特征周期(Tg)，个别地区有特殊规定时除外，如广东，虽为Ⅳ类场地、第一组设计地震分组，但其设计特征周期取值Tg=019s，大于国家规范的0165s;表1特征周期值s(3)“结构自振周期(T)”根据结构实际等效质量及刚度分布确定;(4)“建筑结构阻尼比(ξ)”除有专门规定外，通常取值0.05。
由上述四个参数(σmax、Tg、T、ξ)，结合图1地震影响系数曲线(“抗规”图5.1.5)即可确定“特定场地”、“特定结构”的地震影响系数(α)，并根据公式(1)、公式(2)求取结构所受地震作用值Fek或Fji。
关于PKPM楼层最小地震剪力系数(剪重比)的讨论《抗规》5.2.5《高规》3.1.3规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于表5.2.5给出的楼层最小地震剪力系数值。
(强制条文)1.在PKPM程序里，可由设计人指定薄弱层，也可以由程序自动调整。
2.若选择由程序自动进行调整，程序对结构的每一层分别判断，若某一层剪重比小于规范要求，则相应放大该层的地震作用效应，以使其满足最小剪力系数要求。
但这时应知道该结构的方案可能存在问题。
3.若剪重比不满足要求时，首先要检查有效质量系数是否达到90%。
若没有则应增加计算振型数。
4.有效质量系数满足，但剪重比仍不满足时，反映了结构刚度和质量可能不合理分布，应对结构的方案合理性进行判断，并调整方案，或由程序自动把基底剪力提高。
5.程序自动调整的方法是直接调整构件的地震内力。
如楼层该方向的剪力系数需要调整1.2时，程序自动把构件该方向的地震剪力放大1.2倍。
不调整该方向的地震位移。
中华钢结构论坛里“天上彩虹”一帖：“1.程序对于设计者人工勾选的薄弱层，不论是否是薄弱层，程序一律将相应层的地震剪力放大1.15倍；2.对于人工没有勾选为薄弱层的楼层，程序根据规范的规定进行判断，如果某层是薄弱层，则程序也将该层的地震剪力放大1.15倍；3.对于不规则的建筑结构，其地震作用的计算和内力调整应满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第3.4.3条。
”剪重比是反映地震作用大小的重要指标，它可以由“有效质量系数”来控制，当“有效质量系数”大于90%时，可以认为地震作用满足规范要求，此时，再考察结构的剪重比是否合适，否则应修改结构布置、增加结构刚度（也就是说当建筑参与抗震质量在90%以上时，若剪重比还不满足规范要求，说明结构整体刚度太小，这是结构周期偏大）使计算的剪重比能自然满足规范要求。
“有效质量系数”与“振型数”有关，如果“有效质量系数”不满足90%，则可以通过增加振型数来满足。
某超限高层住宅剪力墙结构设计与抗震分析摘要：在超高层住宅建筑中,剪力墙结构为其主要的结构形式。
合理布置剪力墙，能够使超高层建筑具有更强的抗震性、舒适性和安全可靠性。
一般对于建筑高度100m以内的建筑，剪力墙布置较为简单，主要是根据建筑所需的内外墙布置，适当将这些砌体墙在合适的位置改成剪力墙，既满足建筑功能又满足结构安全需要即可。
但对于超高层建筑，尤其超限高层，由于建设方追求户型的品质，结构高宽比远大于规范值，又要求户内剪力墙尽量的薄，这就给我们结构设计带来很大的挑战。
下面就以武汉绿城·黄浦湾项目1#楼为实例介绍一下超高层住宅结构剪力墙设计及抗震分析的一些经验。
关键词：超限高层、性能目标、剪力墙、弹塑性时程1、工程概况武汉绿城·黄浦湾项目坐落武汉江岸区二七滨江商务区。
项目总占地面积47954平方米，拟建建筑面积384674平米，其中地上建筑面积279997㎡，地下建筑面积88997㎡；综合容积率5.84。
拟建建筑含6栋169.9米的超高层；3栋140米超高层；2栋100米以下高层。
本工程 1#楼地下二层，地上层数为 51 层，房屋高度为 169.90m，建筑面积24914m2，为钢筋混凝土剪力墙结构，属于 B 级高度建筑，按《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（2015 版）要求须进行结构抗震专项审查。
1#楼超限情况见下表：2、结构布置及设计理念1#楼结构标准层布置根据上图及结构超限统计表格可以看出，本工程建筑高度169.9m，接近《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2010)中对6度区B级剪力墙结构高度限值（170m）,结构等效高宽比8.6，超规范限值（规范限值）约45%，且该建筑位于长江边，按规范地面粗糙度取B类，风荷载较大，结构层间位移角受风荷载控制。
本工程属于江景豪宅，建筑开间较大，且要求户内剪力墙不能做的太厚（厚度不大于300mm为宜）。
为了满足建筑功能又能满足结构计算指标的要求，本工程设计时，在剪力墙布置方面采取以下措施：（1），建筑四周剪力墙加厚，按400~500mm控制，增强结构整体抗扭及抗侧能力，以满足规范位移比、位移角及刚重比等要求；（2），建筑图中A轴与M轴面需要大开间，不能设置较长的横向墙肢，为解决结构抗侧刚度不足问题，跟建筑专业协商，在阳台部位将剪力墙加厚，形成一个大端柱带一段墙肢的结构型式，既增加结构抗侧刚度，又能减小户内剪力墙厚度。
剪力墙在高层建筑地震性能研究与评估引言随着城市建设的不断发展和人们对住房需求的增加，高层建筑的数量也在不断增加。
然而，高层建筑面临的地震风险也相应增加。
地震是一种自然灾害，对建筑结构造成严重的破坏和人员伤亡，因此，如何增强高层建筑的地震性能成为了一个重要的问题。
在高层建筑中，剪力墙是一种常用的结构形式，在地震中起到了非常重要的作用。
本文将对剪力墙在高层建筑地震性能研究与评估进行探讨。
剪力墙的定义与作用剪力墙是指由厚度较大的混凝土墙体构成的垂直支撑结构，用于抵抗侧向地震力。
通过在建筑结构中设置剪力墙，可以有效地抵抗地震引起的水平荷载，提高建筑结构的抗震能力。
剪力墙的工作原理主要可以分为两个方面。
首先，剪力墙的厚度和坐标位置可以有效地抵抗地震引起的水平荷载，从而降低结构倒塌的风险。
其次，剪力墙可以通过承担一部分水平荷载，减少其他结构构件（例如框架梁柱等）的受力，提高整体结构的刚度和稳定性。
剪力墙的研究方法对于剪力墙的研究与评估，一般可以采用多种方法。
下面将介绍几种常用的研究方法：1. 数值模拟方法数值模拟方法是一种基于计算机模型的研究方法，可以较为准确地模拟地震作用下的剪力墙行为。
通过建立剪力墙的三维有限元模型，可以研究剪力墙的受力性能、位移反应等重要参数。
数值模拟方法可以提供对剪力墙在地震作用下的力学行为的深入理解。
2. 室内试验方法室内试验方法是通过在实验室中搭建具有剪力墙结构的试验模型，对剪力墙在地震作用下的力学行为进行研究。
试验方法可以直接观察和测量剪力墙在地震作用下的位移、应力等参数，从而对剪力墙的抗震性能进行评估。
3. 实际工程观测方法实际工程观测方法是通过对实际建筑中的剪力墙进行监测与观测，对其在地震作用下的性能进行评估。
通过安装传感器等测量设备，可以实时监测剪力墙的位移、应力等参数，并与设计参数进行对比。
实际工程观测方法可以提供对剪力墙在实际工程中的抗震性能的直接评估。
剪力墙的评估指标对剪力墙的地震性能进行评估时，一般需要考虑以下几个重要指标：1. 位移指标剪力墙在地震作用下的位移是评估其性能的重要指标之一。
高层建筑结构抗震设计分析摘要：近年来，高层建筑在我国越来越普及，其结构抗震设计原则主要是基于“小震不损、中震可修、大震不倒”三大设防标准。
建筑结构的抗震设计主要通过两个设计阶段来实现结构的抗震目标。
建筑抗震设防的第一阶段主要是验算结构的承载力。
用地震动参数计算建筑结构地震作用的弹性特征值及其地震效应，用分项系数分析建筑结构截面的承载力，以满足小震的抗震要求。
地震下可修复的建筑结构的设防要求主要是根据建筑结构的设防措施来实现的。
本文论述了高层建筑结构抗震设计的要点。
关键词：高层建筑结构；抗震设计引言随着时代的发展，高层建筑受到许多大中城市的追捧，成为城市综合实力的象征。
然而，在地震灾害面前，高层建筑结构需要承受更大的地震作用，一旦倒塌，将面临不可估量的损失。
因此，在设计中要加强结构的抗震设计，充分考虑工程选址、结构体系和材料应用，尽可能提高高层建筑结构的整体抗震性能。
1高层建筑结构抗震设计问题1.1工程选址问题高层建筑需要很强的承载力和延性作为支撑，对地质条件要求很高。
根据相关研究，地震灾害中，地面错动、软土沉降、土壤液化和边坡失稳都是导致建筑结构破坏的重要因素。
因此，工程选址成为抗震设计的首要内容，设计烈度必须根据基本烈度和场地烈度来确定。
如遇不良地质条件或有特殊意义的建筑，可在基本烈度的基础上适度提高设计条件，综合勘察场地的地形、地质条件、水文条件等方面，为建筑结构抗震设计提供准确的数据支持。
1.2抗震设计问题在高层建筑结构设计中，抗震设计作为一项难度大、重要性高的关键工作，也需要引起设计人员的重视，这方面的问题不容忽视。
一旦建筑结构的抗震设计不合理，不仅会增加建筑结构变形的风险，还会导致地震作用下的严重破坏，影响建筑结构的安全。
通过具体分析高层建筑结构抗震设计中存在的问题，一是设计人员不能准确把握抗震设计要求，抗震等级和具体参数选择不合理，会导致后续抗震设计工作的错误指导，造成高层建筑结构整体稳定性不足。
高层建筑结构剪重比设计探讨根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）（简称高规）规定：水平地震剪力系数剪重比等于楼层地震作用与重力荷载代表值的比值，是抗震设计的重要控制指标之一。
出于对结构安全的考虑，高规提出不同抗震设防烈度下楼层剪重比的限值，当计算结构水平地震作用效应的剪重比小于规范规定的限值时，须对楼层设计用的地震剪力进行相应的调整。
规范以规定剪重比限值的方式来控制基底和楼层最小地震剪力的做法对保证结构的抗震安全性是有一定作用的，但对剪重比限值的合理性以及实际设计中怎样合理地调整剪重比以满足规范限值的要求，还存在不同的看法，下面结合笔者的工作实践，对此问题提出相应的建议。
1 场地类别对剪重比限值的影响如上所述，高规中剪重比限值的水准对应于Ⅱ类场地的地震作用，那么其他场地类别的限值是否需要调整呢？试作如下分析。
高规反应谱地震影响系数α值在周期T≥5Tg（Tg为场地特征周期）的下降段由下式确定：（1）式中：αmax为地震影响系数最大值；γ为衰减系数，阻尼比取0. 05时，γ=0. 9；η1为直线下降段的下降斜率调整系数；η2为阻尼调整系数。
高规 4.3.8 条对η1，η2 的取值有相应规定，代入式（1）后可得：（2）式（2）表明α值与场地特征周期Tg（即场地类别）有关，且其影響是不可忽略的。
表1 为不同场地类别在T=3.5，5.0s 时的地震影响系数值，中间为线性变化。
表1 不同场地类别和烈度的α值如第1节所述，规范规定的地震作用下高层建筑基底剪力限值在周期T=3.5s 时，即相当于Ⅱ类场地、同周期T、同总质量M时对应单质点结构的基底剪力，那么基底剪重比λ限值应反映出不同场地类别的影响，得：（3）式中：T =3.5s时，ξ=1.0；T=5.0s 时，ξ=0.88；中间为线性变化。
得到不同场地类别时的剪重比限值如表2所示，表中是根据对规范规定对应于Ⅱ类场地的认识推导至其他场地类别所得到的结果，是否妥当，尚需进一步研究和讨论。
