超高层建筑抗震设计(6篇)

超高层建筑抗震设计篇1

一、建筑设计与建筑抗震设计的关系

建筑的抗震设计以及抗震性能的高低与人民群众的生命财产安全有着直接联系，而建筑抗震设计又是以建筑设计为基础的。这是由于建筑结构是基于建筑设计的，当建筑设计完成后建筑结构就难以改变。因此建筑设计师在建筑设计前期就应该充分考虑到建筑抗震设计的需求。

二、基于建筑抗震设计的建筑设计措施

（一）建筑结构设计的对称原则

我国出台的建筑抗震设计规范中指出，我国建筑抗震的设计目标是小震不坏，中震可修，大震不倒。对于建筑师和结构工程设计师来说，在进行建筑工程设计师应该秉持着简单、规则的建筑结构原则。一般方形、圆形、为主。建筑的竖向形态的变化要规则，一般可以选择矩形、梯形等变化均匀的形状。对称结构建筑在地震地面平动作用下一般只会出现平移震动，建筑内部构件出现测位移量，内部构件受力均衡；而非对称结构的建筑则会由于刚心和质心不重合，在地面平动的过程中也会出现扭转振动。如建筑内部的构建离刚心较远就会由于超出变形极限而出现损坏，进而导致结构一侧失效而倒塌。

（二）注重建筑构件与连接点处质量

在建筑工程设计和施工过程中建筑构件的合理配置以及连接点处的质量与建筑施工安全质量存在直接的联系。并且在新型建筑材料问世的同时建筑物的外部设计大都汇采用新型建筑材料，例如大理石、瓷砖等。而建筑室内装饰也会使用到吊顶等技术。这些室内以及立面装饰本身存在抗震性能的问题，并且其与建筑主体的牢固连接也是抗震设计的关键。近几年有部分国外高层建筑在发生地震时下起了“玻璃雨”，建筑的玻璃幕墙由于地震导致破损。这是由于当前所使用的玻璃幕墙还无法适应地震中产生变形和扭转。因此建筑如要采用玻璃幕墙则必须保证玻璃幕墙的强度与变形能力。在其与建筑主体连接处要设计为能够在水平向实现变位能力的构造，从而在地震时玻璃幕墙能够与建筑物地震变形脱离，减少玻璃幕墙的损坏。另外，在建筑设计中内隔墙、玻璃隔断等结构件的设计中也要充分考虑其与建筑主体连接点的牢固性，保证其抗震性能。

（三）关注建筑顶部抗震

在高层或超高层的建筑设计过程中，建筑的顶部抗震设计是十分关键的。当前高层或超高层建筑的屋顶普遍存在过高和过重的问题。屋顶过高或过重会导致建筑变形加重，进而强化了地震的破坏作用。对于屋顶建筑以及下层建筑物的安全性能有着极大的负面影响。如建筑的屋顶与下层建筑的重心没有位于同一条直线上，那么建筑屋顶的抗侧力墙也会与下层建筑的抗侧力墙出现分离，当地震出现时则会加剧损坏。因此在高层或超高层建筑设计中应该使用新型高强度轻质的建筑材料，尽可能保证屋顶的重心与下层建筑的重心位于通一条直线。当建筑屋顶的较高时要保证其抗震定性，缓解地震带来的变形作用。

（四）建筑竖向布置

建筑竖向布置主要体现在建筑物的高度结构质量以及刚度的设计中，特别是在高层或超高层建筑中建筑的竖向布置对于建筑抗震设计来说更加重要。建筑楼层的使用功能差异导致建筑物楼层分布的质量和刚度均不一致，例如楼层包括游泳池、会议室、健身房等。楼层的功能需求导致楼层上下之间的刚度差异过大。高层建筑中刚度最差的楼层的抗震性能最为薄弱，在出现地震时即为变形严重的薄弱层。在建筑设计中由于楼层功能不同导致的墙体不连续，柱子不对称等极大的限制了抗震性能。因此在建筑抗震设计中应该尽量保证竖向的刚度分布靠近，尤其是在结构上刚度转换层更加要着重注意。

三、结束语

超高层建筑抗震设计篇2

【关键词】超限高层建筑；建筑工程；抗震设计；对策

如今，随着建筑行业的兴起，居住建筑与人们的生活就密切的联系着，但是近年来，随着人们的生活水平的不断提高，人们都在不断的关注着住宅的面积、位置以及建筑的抗震设计等问题，所以超限高层建筑抗震设计很受人们的关注。因此，与居民生活相关的抗震设计的好坏直接的影响着居民的使用，能否综合利用实用、美观和人性化等因素对给超限高建筑工程抗震进行科学的设计是一个重要研究内容。超限高建筑由于自身高、大以及给抗震设计繁琐等原因，其在设计方面应该要不同于其他建筑上卡座设计，要根据其特点进行设计，体现出超限高层建筑抗震设计的不同风格。

一、对超限高层建筑工程抗震设计的基本要求

（一）在进行超限高层建筑工程的设计过程中，要严格的对建筑物本身的稳定性能、承载能力、整体延性等多个方面进行综合性研究和考虑。在工程的设计过程中，对于其结构的构建要严格的符合安全的具体要求，还要对可能出现的问题进行防治和加强，采取必要的措施进行加固，大力提高超限高层建筑本身的抗震能力。

（二）在进行建筑物的设计过程中，要采取措施尽量来设计出多层次的抗震防线。在我国超高层建筑物中，每一个建筑物如果具有良好的抗震体系，就必须有多个比较良好的延伸性分体构成，这些构建要结合在一起，能在起到整体的配合作用下也不会影响它们之间的相互作用。在进行超限高层建筑物设计中，会设计更多地抗震防线，这主要是由于在一起比较强烈的地震之后，一定会有更多地余震出现，如果只有一道抗震防线，那么建筑物的安全性和稳定性就会受到很大的冲击，很难保障建筑物和人民生命财产的安全。所以，扎起进行超限高层建筑物设计的过程中，要尽量的多设计一些抗震防线，保证其主要的耗能构建具有非常高的延伸性和刚柔性。这样，不仅能有效地保证超限超高层建筑物的结构不遭到破坏或者影响，而且还能对地震能量的有效减缓有很大的帮助作用，大大的提升超限高层建筑的整体性能。在这个过程中，也不能对超限高层建筑物内部的构件爱你之间的有效联系不能忽视，对于每一栋楼、一层楼来说，在对使用的耗能构件出现屈服后，要严格的对其进行弹性监测，能大大的提高其长久的使用能力和抗震能力。

（三）对于超限高层建筑物中的薄弱环节要密切的进行重视和控制，采取必要的措施来提高建筑物本身的整体抗震性，如果发生地震，超限高层建筑的主要构件可以很大的程度上承受较大的冲击力，这就需要大力的对超限高层建筑物的薄弱环节进行严格的检查、观察和研究工作，要严格的采取有效地措施对其进行加固，对所处于的承载力和弹性力的均衡点等进行严格的处理和控制，保证在地震发生的情况下能及时的发现问题，进行及时的处理。

二、超限高层建筑抗震设计的处理方式

在我国很多的超限高层建筑中，针对其整体的安全性和稳定性，要根据具体的实际情况采取必要的措施进行加固措施，防止在地震发生时出现不必要的隐患，对人民生命财产安全造成不必要的损害，这样能大大的保证超限高层建筑在遭受到地震冲击时更好地发挥其稳定性和安全性。

（一）构件的具体加强措施。一是要尽量的增加建筑物底部的剪力墙厚度；二是在底部大量的增加一些钢筋混凝土柱或者加大其的配箍特征值；三是对于连接梁之间的配筋来说，需要采取交叉暗掌的形式进行搭建；四是对于框架支柱的轴压比要进行比较严格的控制；五对于节点或者锚固的有效加强可以采取构造的措施来加以实现。

（二）梁式转换层的主要结构。一是要将梁的转换层向上加伸到两层，二是对于剪力墙的配筋强度要合理的进行提升；三是对于框支柱的压轴比要采取有效措施进行控制，使用钢筋混凝土梁柱；四是在进行配筋的使用时，在进行转换层的使用上可以利用双向或者双层配筋；五是对于建筑物的整体结构要进行严格的调整，满足在其设计上的刚度要求；六是要合理的对混凝土的梁结构的节点和配筋进行合理的设置。

（三）对于竖向湖或者结构进行平面布置过程中，要严格避免扭转所带来的严重影响，还要大力的保证侧向的刚度能在比较均匀的水平层次上发生变化。对于构件的整体布置，要严格的通过充分的分析、研究和计算，反复的、多层次的进行调整，最大的得到一个最佳的、最合理的位置，这样可有效地保证在地震发生情况下不会出现偏移现象。

三、超限高层建筑设计中应注意的问题

（一）强柱弱梁。今年来，我国的地震灾害频繁发生，所以在超限高层建筑框架的结构设计中，应该加强对房梁的设计，让梁端形成塑形铰，节点处于弹性状态，柱端处于非弹性状态。柱强梁弱是相对于梁端截面的相对弯曲能力而言的，一般来说柱端截面的抗弯曲能力越大其增强的幅度越大，是在出现地震的情况下，决定柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动的能力，保证柱能在意外发生时不造成破坏。梁端纵筋超配程度的大小是由柱强于梁的幅度大小决定的，在梁和柱端塑性铰的形成过程中，塑性内力分布和其动力特征都有一定的变化。在建筑条件允许的条件下，尽量将柱的截面尺寸扩大，使柱和梁的线刚度比值大于1，控制柱的轴压，增加延续性。在对截面进行承载力运算时，应该将柱的设计按照梁弱柱强的原则进行放大，将柱的配筋构造进行强化。梁端的纵向受拉钢筋不得过高，避免在地震中不能形成塑性铰，或者将塑性铰转移。在设计中注意节点的构造，把塑性铰向梁跨内移动。

（二）强剪弱弯。在建筑框架结构中采用强剪弱弯的设计，可以保证构件的延性，在建筑中有可能出现脆性破坏，就要求在建筑中加大各构件的抗弯曲能力和抗剪承载力，这能够有效的应对地震对建筑框架的破坏，一旦遇到地震等突况能够保证不出现脆性剪切失效的状况。对于建筑框架结构中应该加强对抗剪验算和构造的设计，使结构框架能够符合相关规范的要求。

（三）构造措施。1.在建筑框架结构中，要注意对大跨度的柱网进行框架设计，在楼梯间处的框架柱和平台梁相连接，楼梯间的柱可能为短柱，这就应该对柱箍筋进行全长加密的措施，有些工程设计中没有对此设计引起重视，往往忽略了其重要性；2.对框架的外立面进行设计的过程中，如果外立面为带形窗时，由于设置连续的窗过梁，这就说明外框架柱可能为短柱，应该对其构造采取一定的措施；3.在结构框架的设计中，有可能会出现框架结构长度超过一定的规范限值，某些建筑不需要留缝，为了减少裂缝，应该采用混凝土对裂缝进行浇注。在后浇带的设置中，应该采用细密的双向配筋，其构造间距应该小于150，对后浇带进行适当的加强。

四、结语

随着超限高层建筑的高度在逐渐的提高，难度在逐渐的增大，这样就对其的结构提出了更多地复杂性和更多地技术难题，抗震设计关系着超限高层建筑物本身的稳定性和安全性，想要真正的保证超限高建筑的安全使用能力，就要进一步加大对其抗震设计提出更多地措施，加大对其的重视力度。所以说，在进行超限高层建筑建设的过程中，要做好抗震设计，真正的反映出我国综合国力的提高。相信在未来我国建筑业的发展过程中，超限高层建筑的发展方向一定出朝着安全、环保和经济的发展方向前进。

参考文献：

[1]黄志华，吕西林.上海市超限高层建筑工程的若干问题研究[J].结构工程师，2007，23（05）：1-18.

[2]吕西林.高层建筑设计与分析中的力学问题[A].走向21世纪的中国力学[C]，北京：清华大学出版社，1996：155-163.

[3]瞿国辉.超限高层建筑工程抗震设计中的若干问题[J].科技风，2012，（17）.

超高层建筑抗震设计篇3

【关键词】：静力弹塑性分析；动力弹塑性分析；超限高层建筑结构；抗震设计

中图分类号：TU97文献标识码：A

【前言】

近些年来，社会经济实力的上升，促使我国高层建筑的规模得到了较大幅度的提升，使得房屋的数量不断的增加，不少较为复杂的结构及形体得以出现。对于这些高层建筑结构来说，其中有一部分都超出了抗震设计的规范范围及相关的抗震设计的规定之外。怎样能够对这些建筑在地震中产生的可靠性进行分析与评估，受到研究者们的关注。静力弹塑性分析方法能够有效的来对结构弹塑性下的强度、变形需求及探测结构的设计进行分析。特别是在对一些不规则结构进行分析时，其可以弥除弹性分析过程中不能做到的一些环节，动力弹塑性分析方法能够有效的来对结构的屈服机制及相关的薄弱环节进行判断，这是结构弹塑性分析过程中一种最为有效的方法。

一、工程概况的反应

1、对外框筒具有情况的分析

外框筒在工程实施的过程中是依据建筑的外形来进行设置进行。在本座大楼中，其存在的四个面均是呈现出外凸弧形，四个角的局部具有凹进部分。其存在的外框筒的基本柱的距离为5.5m左右，这是为了底部出入口大门净空的设置。并且因为大柱距处于外框筒的中部，进行对外框筒造成的影响比较小，为了对结构的延性做到提高，就需要对构建的截面进行减小，在大楼的14层之下的距离使用型钢混凝土柱来进行实施。

2、对内筒具有情况的分析

在研究的大楼中，其主塔楼的内筒是经过四个相关的小筒来进行联系在一起的。并且每一个小筒都是使用多道的剪力墙来组成的，因为明确的受力，使其具有较好的抗震效果。在内筒墙体的厚度从上到下来进行减小的时候，其混凝土的也从C60变化为C40，这样就可以实现对结构具有的自身重量做到有效的减小。

3、计算模型及假定条件的分析

在工程实施过程中，需要将其方烈度调置为七度作用，将其加速度也进行降低，因为在工程实施过程中使用的为钢筋混凝土筒的中筒结构，内筒为混凝土剪力墙核心筒的结构设置，并将外筒设置为外筒，把其距离设置为四米上下，并将楼层的20层以下都使用钢筋混凝土结构来进行设置，另外还需要在相关规定中表示出来。把钢筋混凝土的最大高度设置为230米作用。但就次楼来说，超出了几十米，因此就属于一种超限高层建筑。对于高层建筑来说，其结构中具有梁及柱等结构。梁、支撑及柱都属于一维构建，并且可以使用空间杆单元来做到对承受状态的模拟，并且可以根据受力条件的不同，需要把两端进行连接起来，分为一端固定连接，一端铰接及两端铰接的几种情况。并且当柱截面过大的时候，需要对剪切变形的影响进行考虑。剪力墙为高层建筑的主要抗侧力构件，在有限元理论的基础上，用壳元来模拟剪力墙的受力状态是比较切合实际的。楼板可采用平面板元和壳元来模拟其受力状态。

4、对静力弹性分析的采用

我们在分析的过程主要是对SATWE及ETABS这两个程序的使用，从而能够做到对众值烈度下地震作用进行反应谱分析。根据相关程序反应的结果显示，一个工程周期所使用的时间大约是在四点五秒上下。另外分析软件分析的结果，这种最大层间所具有的位移角为1/1583，而是这是在对四十五层楼进行模拟所得到的结果。另外通过另一种软件分析显示，其出现的位移角为1/1551。并且这是在对第三十八层楼进行模拟所得到结果。这两种软件所得到的结果均能够满足相关的规定与标准。都把中筒结构层的最大位移角控制在1/1500之中。因此所得到的结果就表示了这种方法能够起到对七级地震进行抵抗的效果。

5、对弹性时程的相关分析‘

在分析的过程中，根据场地的特征来选择两条天然波，并且将其所对应的峰值调到与设防烈度相适应的位置之上。通过对多条时程曲线所得到的结果显示，其得到的平均值都大于振型分解反应谱法的80%，并将其作为控制条件。经过相关的计算可以得出，使用人工波过程中，当采用最大的速度来对其进行时程进行分析的时候，就会得到结构底部所具有的剪力刚刚超出反应谱的60%上。是哟两条天然波的过程中，采用最大加速度来进行的时候，其得到的结构底部剪力不能满足相关规定所给出的要求。

二、使用静力与动力弹塑性分析来对超限高层结构的抗震性研究过程

1、使用静力弹塑性分析的应用过程

当使用ETABS这种非线性有限元计算分析软件来进行分析的时候，就可以建立起三维有限元模型，从而做到对建筑结构的弹塑性分析。根据分析的结果表明了，结构在7度的时候，当遇到较大地震的时候，其层间所发生的位移为1/156，这样得到的结果是小于相关规定中所设置的1/120限值标准。因此在发生这样7度地震的时候，建筑也不会受到影响。并且在对其塑性铰的分布问题进行分析之后，就会知道建筑物的部分柱子的脚部及顶部会有塑性铰的形成，其主要发生的原因是因为角柱的形状为异形柱，对其进行计算的过程中并没有加入型钢，并且对于混凝土的钢筋并没有进行改变，因此导致塑性铰在其上部的大量存在。

2、使用动力弹塑性分析的应用过程

在这种分析方面的实行过程中，需要两组真实的强震来进行选择，并且做好记录工作，与此同时，还人工进行模拟一组，以便于能够使用加速度时程曲线来对人工波进行分析，从而做到对地震波分析结果的了解。另外采用楼层位移的计算方法所得到的最大间位移结果是非常安全的。而且经过对相关分析结果对比显示，当层间弹塑性的位移较小，并且低于规定标准的时候，此时的结构就是属于比较安全的。另外根据对动力及静力的弹塑性结果分析得出，这种塑性铰的分布形式还是较为符合的，因此在对其进行时程分析的过程中，能够得到较为广泛的应用。

三、静力与动力弹塑性分析所展现出来的效果

1、分析过程较为合理

因为建筑结构的周期为4.5秒左右，并且根据振型分解反应所得出的最大层间位移角为1/1583及1/1551，其得到的结果都是在相关的规定之中。并且因为外框筒所占据的比例为50%左右，因此表明了外筒对地震的承担效果较为良好，并且受力程度也较为合理。

2、分析方法是具有较强的安全性的

在使用弹性时程进行分析的时候，按照相关的地震的情况来获得最大弹性间层位移角进行时，得到结果为1/1890。并且得到结构地震剪力也小于振型分解反应谱法。因

此，在弹性状态，按照振型分解反应谱法计算所得的内力进行设计是安全的。

3、这种分析方法还需要得到进一步的提高

使用弹塑性时程分析方法及Push-Over分析方法对超限高层结构地震作用的评价具有较大的影响。使用Push-Over方法还可以找出结构体系中存在的不足部分，从而找出结构的破坏顺序，并且具有较为明显的效果。

在实际的运用过程中，怎样来做到对加载模式、高阶振型及目标移位所造成影响的确定，以及在需求谱及能力谱计算方法选择上，还有很多工作要完成。时程分析这种方法虽然运用的较为成熟，但是在对构件及对地震波的选择过程中，还需要做到进一步的研究。

总结：

虽然在对超限高层建筑结构抗震设计的研究过程中，静力与动力弹塑性研究方法还存在着较多的不足之处，其中在计算的过程中会消耗大量的时间来用于计算。但是从整体所祈起到的效果来看，在这种分析方法中，选用较多的地震波和采用不同的恢复力模型对超高层建筑结构进行分析是目前较好的选择。

参考文献：

[1]门进杰,史庆轩,周琦.钢筋混凝土框架结构模型振动台试验及抗震性能对比[J].建筑结构,2008,5(38):45～48.

[2]程绍革,王理,张允顺.弹塑性时程分析方法及其应用[J].建筑结构学报,2000,2(21)1:52～56.

超高层建筑抗震设计篇4

关键词：高层建筑；结构设计；计算分析；超限；新技术

1工程概况与设计条件分析

1.1工程概况

某工程为地下三层，地上21层的商业、办公综合楼，主要屋面高度为91.53m。其中裙房五层，为商业用房等，六层及以上为公寓式写字楼。在结构第5层顶面设置转换梁。主楼及裙房下部合设三层地下室。负三层局部设有一个核六、常六级人防单元。

1.2结构体系、抗震等级分析

1.2.1工程特点

本工程建筑高层为现浇钢筋混凝土部分框支剪力墙结构体系，在结构第5层顶面设置转换梁，属A级高度复杂高层建筑结构。

地下室部分采用现浇钢筋混凝土结构，地下室底板厚度为1200mm；根据地下室的约束情况，上部结构的嵌固端按设在首层楼面计算，板厚取180mm，并采用双层双向配筋。楼层设多道后浇带，并采取适当提高底板、楼板、顶板配筋率与在混凝土内掺适量微膨胀剂、减少水灰比、增加混凝土养护等措施，以减少混凝土裂缝。

为增强结构体系的整体抗震能力，转换层楼板厚度取200mm，采用双层双向配筋，转换层上下层结构楼板适当加厚，并加强配筋构造措施。

1.2.2抗震设防类别

本工程裙房为商业建筑，建筑面积未超过《建筑工程抗震设防分类标准》GB500223-2008第6.0.5条规定，故抗震设防类别均为标准设防类（以下简称丙类）。

根据《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2008)第6.0.11条，“高层建筑中，当结构单元内经常使用人数超过8000人时，抗震设防类别重划为重点设防类（简称乙类）”。本工程预估正常使用人数不会超过8000人，故抗震设防类别可划为丙类。

1.2.3抗震等级

根据《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2004)和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），本工程位于7度抗震设防区，抗震设防类别为丙类，地震作用及抗震措施均按7度(设计地震分组为第一组)。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）和《高层建筑结构混凝土技术规程》（JGJ3―2002）规定。

1.3场地地质条件分析

1.3.1根据广东省地质工程勘察公司提供的《岩土工程勘察报告》，本次钻探期间测得各孔地下水位埋深1.70～2.80m，本项目抗浮设计水位绝对标高为基坑顶部地坪面的绝对标高9.650m。

场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。

1.3.2在钻孔揭露深度内，总体评价场地稳定性较好，适宜建设。

1.3.3根据《建筑抗震设计规范》BG50011―2001第4.1.6条规定及《岩土工程勘察报告》提供，本工程场地土类型为中软土，建筑场地类别为Ⅱ类。

1.3.4本工程地基基础设计等级为甲级，基础构件承载力计算重要性系数γo=1.0。

1.3.5本工程基础类型为人工挖孔灌注桩基础，桩有效长度约6~12米，以中风化与微风化岩为持力层。

2结构计算分析及主要计算结果

2.1结构计算信息

2.1.1本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》SATWE程序计算。并用ETABS程序进行分析比较，以SATWE计算结果作为设计的主要依据。

2.1.2混凝土容重GC＝26kN/m3。结构重要性系数γo＝1.0。连梁刚度折减系数bec＝0.7，梁端负弯矩调幅系数bek＝0.85，梁内力增大系数beo＝1.0，梁刚度增大系数bez＝2.0（中梁），1.5（边梁），梁扭矩折减系数bet＝0.4，

2.1.3抗震计算信息：地震分组Ltg＝1，场地类别Lea＝2，振型数kt＝30，周期折减系数tz＝0.90，特征周期值tg＝0.35s。

2.2计算结果

2.2.1计算结果小结（与规范要求对比）

1)在风荷载及地震作用下各构件的强度和变形均满足有关规范的要求。

2)本工程计算的墙、柱的轴压比均符合《建筑抗震设计规范》的要求。

3)按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δu/h满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.6.3条要求。

4)满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）关于复杂高层建筑结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比不大于0.85（复杂高层）的规定。

5)满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第3.4.3条关于平面规则竖向不规则建筑，楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%的规定。

6)根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第3.4.2条关于各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%，并不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%的规定本工程X、Y向第5层与相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%的比值分别为1.14、1.34，满足要求；根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%，本工程X、Y向均满足要求；根据广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定，各层位移角与相邻上部楼层位移角的1.3倍及上三层平均位移角的1.2倍的比值均小于1.0，满足要求，可以判定为侧向刚度规则。

7)满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.4.3条关于楼层层间受剪承载力不宜小于相邻上一层的80%的规定。

2.2.2多遇地震下的弹性动力时程分析

根据《高规》第3.3.4条，本工程综合楼应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。

根据《高规》第3.3.5条，按建筑场地类别和设计地震分组选用二组实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线进行弹性动力时程分析。本工程场地类型Ⅱ类，设计地震分组第一组，地震加速度最大值35cm/s2，因此，选用多遇地震的天然波TH1TG035和TH4TG035及人工波USER4。地震力方向取0度。

3超限情况分析

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010]109号）及《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则》规定。

3.1本工程为部分框支剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，结构高度96.590m，高度小于最大适用高度（100m），不超限。

3.2工程为部分框支剪力墙结构，属于现行规范适用结构类型，不超限。

3.3本工程没有采用三种及以上复杂结构类型，不超限。

3.4体型规则性情况说明：

不规则

类型情况说明判定

1a．扭转不规则本工程X向与Y向地震作用下各层楼层的扭转位移比最大值分别为1.05与1.26，Y向扭转位移比大于1.2但小于1.35。不规则，

扭转不规则为I类

1b．偏心布置本工程偏心率小于0.15以及相邻层质心相差小于相应边长15%规则

2a．狭长、凹凸不规则本工程平面尺寸：①L/B=2.6＜6.0

规则

2b．组合平面本工程不存在细腰形角部重叠形平面规则

3．楼板局部

不连续本工程楼梯间楼板局部开洞后，有效楼板宽度小于50%；且开洞面积小于该层楼面面积的30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度均大于5m；不存在错层。规则

4a．侧向刚度不规则本工程各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%以及不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%；而且在任一方向地震作用下，各层间位移角与上层位移角的1.3倍及上三层平均位移角的1.2倍的比值均小于规范要求的1.0。规则

4b．尺寸突变本工程竖向构件位置缩进8.1/32.6m=24.8%小于25%，外挑1.2m，小于4m，小于10%。规则

5．竖向抗侧力构件不连续本工程剪力墙不连续，为竖向抗侧力构件不连续II类不规则

6．楼层承载力突变本工程抗侧力结构的各层层间受剪承载力均大于相邻上一楼层的80%。规则

7．其他不规则本工程不存在局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换。规则

对照《技术要点》及《细则》指标，本工程竖向抗侧力构件不连续II类，同时仅存在另外1项不规则（扭转不规则为I类），按照《技术要点》技术要点附录一与《细则》第四条第五条，本工程不属体型特别不规则或严重不规则，不属于超限高层建筑，可以不进行超限审查。

4基础及地下室结构设计

4.1基础设计

本工程地基基础设计等级为甲级。考虑本工程墙柱底轴力较大，设计采用人工挖孔灌注桩基础，以中风化与微风化岩为桩端持力层。中风化与微风化岩天然湿度的单轴抗压强度分别为fr=4.0与10.0Mpa,桩有效长度约6～12米，要求桩端全截面进入持力岩0.6米。桩径分别为φ1200～φ2400。桩位布置详桩基础平面图。

4.2地下室结构设计

4.2.1地下室的防水等级为二级，采用防水混凝土和外表面设置防水卷材或防水涂料防水，设计抗渗等级为1.0MPa。裂缝宽度控制在0.2mm以内，迎水面钢筋保护层厚度不小于50mm。

4.2.2地下室侧壁水压力及地下室底板水浮力，水浮力计算从外地坪起计。地下室侧壁所受的水土压力采用水土分算。

4.2.3本工程抗浮稳定验算按最不利情况进行抗浮验算，不考虑侧壁摩阻力，其抗浮安全系数不得小于1.05。抗浮设防水位取室外地面。对局部抗浮不满足要求的部位，需采取抗浮措施。结合本工程采用桩基础，将基础桩兼按抗拔桩设计，是一种较为经济的抗浮方案。

4.3地下室超长混凝土结构处理

由于本工程地下室结构较长（约100mx65m），考虑地下室防水问题底板等不设变形缝，拟采取以下措施以抵抗混凝土的收缩和温度应力：

4.3.1地下室底板及侧墙采用微膨胀混凝土，以消除混凝土部分收缩应力。各层楼板和侧墙均设置双向通长双层钢筋网，适当提高配筋率。

4.3.2地下室底板~首层楼板和侧墙在同一平面位置X、Y方向各设一道后浇带将楼板分成多个区域分别浇筑，带宽1000mm，后浇带用微膨胀混凝土浇筑。后浇带在两侧混凝土浇筑完成60天后方可浇筑混凝土。后浇带布置详结构布置图。

5新技术的推广和应用

为执行国家建筑技术经济政策，积极推广建设部推广的建筑十大新技术，根据本工程的实际情况，在保证工程总造价不超出投资限额的情况下积极推广使用建筑新技术和新材料，本工程采用以下新技术新材料：

5.1使用高强度钢筋。楼层梁采用HRB400级钢筋，强度设计值fy=360N/mm2。采用高强度钢筋，充分利用钢筋的抗拉性能，减少钢筋用量，减小构件配筋率，节约工程造价，总体经济效益明显。

5.2竖向钢筋接驳采用埋弧对焊或机械连接，可保证钢筋的连接接头的质量。

5.3采用高强和高性能混凝土。下部楼层柱及剪力墙混凝土强度等级采用C60；地下室底板、外侧墙及后浇带采用微膨胀抗渗混凝土，以增加混凝土的抗裂性能，取得较好的防水效果。

5.4砌体采用新型轻质墙砌体材料，减轻结构自重，减少地震作用，降低基础造价。

5.5本工程墙砌体拟采用容重≤12kN/m3的混凝土空心砌块作为非承重的外墙和内隔墙，控制及减轻建筑物总自重，并由此减少各层楼板和构件的配筋量，其综合指标是经济的。

6结束语

超高层建筑抗震设计篇5

关键词:复杂高层建筑结构；抗震概念设计；体型不规则；转换层；抗震设防专项审查

Discussseismicdesignofacomplexstructureofhigh-levelbuildingHuWei-hong(FoshancityShundearchitecturaldesigninstituteCo.,Ltd.FoshanGuangdong528300)Abstract:Structureofahigh-levelseismicdesignofbuildingsasanexample,theuseoftheconceptofseismicdesignprinciples,ananalysisofthestructureofseveralcasesofirregularsizeandnumberofoperationalmeasuresofadjustment,andhigh-risebuildingcomplexseismicstructurespecialreviewofsecurityrules,putforwardhisownviews.Keywords:Highbuildingcomplex;Conceptofseismicdesign;Irregularshape;Conversionlayer;Specialseismicreview。

一、引言

随着我国城市经济的迅猛发展，下面是大开间的商铺或停车库，上面是高层商品住宅的这类框支-剪力墙高层建筑被广泛采用，这类结构由于转换层的存在,极易形成刚度突变的薄弱层；加上建筑师在外观造型上的标新立异，这样出现了很多结构体型复杂的高层建筑，而通常它们在结构方面都不规则甚至是特别不规则的,高层商住楼就是其中的一个典型。国家建设部在2006年9月发文规定了超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点，明确了高层建筑若具有多项或某一特项不规则时，需要申报专项审查。。

二、工程案例

1、工程概况

本工程为江苏张家港市某住宅小区中一幢高层住宅。地下为6级人防大底盘地下室。地上15层，一层层高4.5m，标准层高2.9m。结构形式采用部分框支剪力墙结构，转换层为三层。

2、结构设计

本工程为住宅，丙类建筑，结构设计按6抗震设防，地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）结构抗震等级如下：三层框支层及以下框架抗震等级为二级；剪力墙底部加强部位抗震等级为二级；三层以上框架抗震等级为四级；剪力墙非加强部位抗震等级。

3、结构布置方案

1.因建筑一二层为商铺，上部部分剪力墙无法落下，采用框架梁抬墙的方式进行转换，转换层板厚为180mm，混凝土强度等级C35。

显然，由上图可以看出由于存在转换层可确定该商住楼为复杂高层建筑结构，属B级高层建筑。然后对照《抗规》及《高规》所述的六项体型不规则发现该工程几乎都有：扭转不规则、平面狭长凹凸不规则、楼板局部不连续、侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变；其中三项不规则（平面凹凸，楼板不连续，竖向不连续）是由三层以下楼层使用功能不同所造成的“先天不足”，部分结构被迫采用了不利于抗震的框支结构形式，但我们相信以结构构件的承载力，刚度和延性为主导的抗震概念设计来进行总体结构布置，外加一系列的构造加强措施是可以弥补“先天不足”的。

4、结构计算分析结果

1.加强结构整体抗震性能的构造措(1）针对二层平面凹凸不规则采取：总体计算时，将大开洞薄弱部位楼板指定为弹性膜，并将洞口周边楼板加厚至130mm，本层板面板底钢筋全面贯通且双层双向配置。(2）该商住楼的第三层为转换层，属于高位转换，层高2.9m，采用梁式转换层，转换梁截面高度在抗震设计时应分别不小于计算跨度的1/6。考虑由于转换粱上剪力墙偏置产生的不利影响，在梁两侧垂直方向均设拉结梁以利于稳定。

2.软件选用

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》及《建筑抗震设计规范》本工程为复杂高层结构，进行多遇地震下的内力及变形分析时，应采用两个不同的力学模型，并对其结果进行分析比较。在设计时采用了SATWE计算为主，PMSAP计算为辅助的模式。

3.计算结果分析采用SATWE软件进行结构的整体分析，在电算中密切关注扭转位移比，自振周期与平动周期之比（Tt/T1）及相邻楼层受剪承载力之比这三大计算结果。(1)结构X、Y两向的扭转位移比1.10＜μ＜1.23，满足《高规》第4.3.5条规定要求；(2)结构扭转为主的第1自振周期Tt与平动为主的第1自振周期T1之比均小于0.85（Tt/T1=0.86），满足《高规》第4.3.5条规定要；

(3)楼层抗剪承载力及承载力比值，最小值为0.81,既满足《高规》第4.3.5条规定要求（此项为75%）；

(4)转换层上、下等效侧向刚度比：按层间剪力比层间位移算法X向为0.43，Y向为0.45，符合要求；按附录E.0.2算法:νex=0.81，νey=1.12。楼层抗剪承载力转换层与上一层的比值：Bux=2.18,Buy=1.61；即转换层以下的构件抗剪承载力分别是其上一层构件的2.18倍和1.61倍。(5)在地震作用下，层间位移角θi小于上一层的1.3倍或上三层平均值的1.2倍；(6)弹性最大层间水平位移角限值：X向为1/1644，Y向为1/1510，均小于规范要求；(7)振型质量参与系数X向的有效质量系数95.3%,Y向的有效质量系数96.8%,两向均大于90%，满足《高规》第5.1.13条规定要求；(8)底部加强区剪力墙轴压比均小于0.5，满足《高规》第7.2.14条

经比较，PMSPA计算结构与SWTAE非常接近，各类参数反映出PMSPA模型仅仅比SATWE的刚度偏高些，PMSPA开发了楼板用的多边形楼板单元，计算进入整体结构分析，严格考虑了楼层之间构件之间的耦合作用，使得结构整体刚度有所增大。但SATWE中考虑全楼弹性楼板时，也可计算楼板平面内、外刚度，固计算结构相差甚微。

三.结语

因此，上述的6种结构不规则情况在现今高层建筑设计中极易出现，通过结构抗震的概念设计和一系列的构造加强措施，尽管本工程存在扭转不规则（程度为I类），平面凹凸不规则（二层）及竖向抗侧力构件不连续（45%剪力墙不落地）这三项不规则情形，但扭转位移比1.10＜μ＜1.23，超过规定少许（μ＜1.2)，故本工程只是普通不规则结构，可不作超限高层不作超限高层建筑工程抗震专项审建筑工程抗震专项审查。按照建设部的文件规定，只要“同时具有两项以上平面，竖向不规则以及某项不规则程度超过规定很多的高层建筑”就必须申报抗震超限审查，一般复杂的超限审查需时约2个月，而且超限结构往往需要采取多种多样的加强措施必然导致工程造价增大。因此只要条件允许，在每项工程设计的方案阶段，应由结构工程师参与确定结构体型和主要的受力构件布置，以使不利抗震的诸多不规则体型可在建筑方案阶段就避免，达到合理安全经济等多方共赢的局面。毕竟避免超限高层的抗震专项审查并不是设计的最终目的，而如何通过的精心设计使每一结构都获得卓越的抗震性能才是我们不懈的追求

参考文献：

［1］JGJ3-2002《高层建筑混凝土结构技木规程》（简称《高规》）［S］

［2］GB50011-2010《建筑抗震设计规范》（简称《抗规》）［S］

［3］《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》（建设部令第111号）

作者简历:

超高层建筑抗震设计篇6

关键词：超高层建筑；幕墙；地震作用；设计

中图分类号：TS958文献标识码：A

现阶段，根据我国《玻璃幕墙工程技术规范》的规定，当幕墙构件承载力达到极限时，在设计过程中，关于地震设计，其效应组合首位主导可变荷载为风荷载，而地震只是作为次要荷载，而地震作用的组合值系数为0.5。但是这一系数却与我国的国家标准、行业标准和国外标准都有不同程度的区别。对于超高层建筑而言，其较一般的建筑有不同的特点，因此，对于幕墙的抗震作用，其取值忽略了其鞭梢效应的作用，使其取值并不科学。

一、幕墙地震作用设计的效应组合公式

因为我国不同规范中的幕墙的地震作用设计的取值区别性，因此，参考各个规范中合理的部分，进行分析，提出最合理的取值方式。

首先，我国现在主要运用的幕墙规范中规定，对于幕墙最大承载力达到极限，其地震设计的效应组合公式为S=。其中S为设计取值；SGK是永久荷载值；SWK是风荷载值；SEK是地震作用值；γG是永久荷载分项系数；γW是风荷载分项系数；γE是地震租用分项系数；Ψw是风荷载的组合值系数；ΨE是地震作用的组合系数。

其次，根据国家标准和行业标准的相关规定，荷载和地震作用的效应组合公式为。SGE是重力荷载值；SEhk是水平地震作用值；SEvk是竖向地震作用值；γEh是水平地震作用分项系数；γEv是竖向地震作用的分项系数。

最后，根据国外的标准中要求，其效应组合公式为。其中，SEd是地震作用设计值；Qk，i是第i可变作用值；Ψ2，i是第i可变作用的组合值系数。

因为地震发生的偶然性，其概率也是很低的，因此，如果产生地震作用，把它作为首要可变荷载作用是最科学的。而且，地震作用通过震动波的方式起作用，停留时间就有十几秒，建筑结构受到地震作用的影响也会小于一秒。所以，地震作用达到极限值，产生风荷载的概率不高，因此，在幕墙地震作用设计时，风荷载可以可以忽略不计或取0.2的组合系数值。因此，比较合理的效应组合公式为：。

二、超高层建筑幕墙地震作用设计取值

（一）我国现阶段实施的规范中的动力放大系数取值

根据我国现阶段的幕墙规范，与幕墙平面垂直的水平地震作用的运算公式为；。其中，qEk是水平地震作用值，βE是动力放大系数，其科学取值为5.0；αmax是地震影响最大系数；Gk是重力荷载值；A是幕墙面积；γ是非结构构件作用系数，其科学取值应为1.4；η是非结构构件分类系数，其科学取值应为0.9；ξ1是构件状态系数，其科学取值为2.0；ξ2是构件位置系数，其中底部取值为1.0，顶部取值为2.0，而中间部分为2.0。地震作用最大系数与非结构水平地震作用的运算公式是相统一的，因此，动力放大系数的取值应为5.0。

（二）非结构构件位置系数的取值计算

非结构构件位置系数是在建筑物上部中，处于不同位置对于其底部来说，加速度的扩大状况，也就是加速度的放大值。根据其规范，其应取值为2，这只是相对于一般的建筑物而言，而对于超高层建筑，会受到鞭梢效应作用，位置系数会变大，因此，要做适当的调整。其调整方法是振动台测试或时程分析法。根据中国建筑科学研究院的振动测试，对其建筑顶部的加速度扩大状况进行了测试，得出放大系数，从中可以分析出相对高度和放大系数之间的关系，首先，超高层建筑的中下部的放大系数改变的情况不是很大，即使达到最大，也在2到2.5之间。在进行幕墙地震作用取值时，高度和总高度的比值是0.8的位置，加速度放大系数的值应为2.5。其次，对于超高层建筑的上部，放大系数变化会很大，鞭梢效应作用效果明显，其系数一般为4到8之间，有时甚至会达到12。当高度和总高度的比值是0.9的位置，弹性时程法是其计算的方法，如果没有结果，那么可以取值为8，而且要随着结构的变化而相应增大。高度和总高度在0.8和0.9之间时，要取插值。

（三）状态系数的计算方法

依据抗震设计规范，要根据建筑物非结构和建筑物结构自振的周期来确实状态系数。如果非结构不计算周期，就会有两种情况产生，其一是建筑整体刚度比较大，而结构自振周期就会小于0.06秒，这是状态系数合理取值为1。其二是除了第一种情况其取值都为2。而针对超高层建筑的结构来说，自振的周期会比较长，会在3秒和9秒之间，但是一般幕墙结构面板自振周期是在0.04秒和0.1秒中间，而对于幕墙的横梁和柱子，其自振周期一般为最小0.01，最大为0.3。因此其动态系数一般取值为1.1。

（四）动力放大系数的计算方法

幕墙地震作用设计，构件类型系数要保持的数值为0.9，幕墙功能系数要保持的数值为1.4，状态系数的数值要为1.1，其动力放大系数的取值为：当高度和总高度比值在0.8以下时，其动力放大系数应为3.5；当比值在0.8到0.9时，动力放大系数取插值；当比值为0.9时，动力放大系数为11。特别注意的是，如果超高层建筑结构上部有所削弱，那么就要就要利用振动台测试，适当地增大系数值。

三、幕墙抗震与非抗震的取值比较

幕墙非抗震的取值，因为有风荷载在发挥作用，因此，取值公式为；而幕墙抗震的取值公式为：。当抗震值大于非抗震值时，。因为超高层建筑周围的建筑比较密集，其地震作用设计取值要根据该区域的风压和高度来计算，用1.12wk来表示。抗震设防烈度和玻璃幕墙板厚度不同时，高度与总高度比值在0.9以上的位置，面板和横梁地震作用用1.3qEk来表示。通过比较分析，当抗震设防烈度为7度时，在进行设计面板承载力时，1.3qEk最大值都要比1.12wk最小值都要小。当设防烈度为8度时，在进行设计面板承载力时，抗震效果几乎没有作用，要根据非抗震设计取值，而在设计幕墙支承结构时，一般情况下，抗震设计组合也不会起到关键作用，而也有起到作用的时候，那就需要较大的地震作用、较小的风压作用、较厚的面板。

结语：

由于幕墙规范中针对超高层建筑没有单独的说明，因此有很多不适合超高层建筑抗震计算，根据国家、行业和国外标准，对幕墙地震规范中的幕墙地震作用设计取值的不合理部分进行合理调整，因为超高层建筑与一般建筑物不一样的特点，运用地震振动台测试，进行位置系数、动态系数和动力放大系数的计算，得出科学合理的取值，保证超高层建筑的抗震作用，保证建筑的质量，促进我国建筑抵抗地震的损害和人们的安全。

参考文献：

[1]刘军进,张宏,李建辉等.超高层建筑幕墙地震作用设计取值研究[J].建筑科学,2014,30(1).

[2]曹丽娜,卢文胜,黄宝锋等.某高层建筑玻璃幕墙地震作用探讨[J].结构工程师,2011,26(6).

[3]李世成,卢文胜,黄宝锋等.某高层建筑吊挂式玻璃幕墙地震作用分析与验证[J].结构工程师,2013,29(1).

[4]夏爱华.谈幕墙抗震设计和性能试验[J].广东建材,2012(6).