160118 超限高层总结

超限高层设计总结

1、 超限高层的判定

主要依据：

《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(以下简称审查要点)

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称抗规） 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ-3-2010简称《高规》 上海工程还需满足《上海市超限高层建筑设防管理实施细则》

超限类别主要可以分为4大类： A) 高度超限；

B) 三项或三项一般不规则； C) 一项严重不规则；

D) 超限大跨空间结构及其他未例如规范的特殊高层建筑类型。 具体细节详见《审查要点》以下几点需要注意：

“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”

外挑大于10%和4m，应是指有竖向构件的不连续，单纯的梁挑大于10%或4m不应当做尺寸突变；

“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；”

并不是位移比超过1.4就认为是超限，一般是指裙房以上至少超过1/3的楼层位移比大于1.4；

2、结构抗震性能目标的确定

抗震性能设计的基本思路是：“高延性，低弹性承载力”或“低延性，高弹性承载力” 《抗规》附录M 表M.1.1-1为承载力要求；附录M 表M.1.1-2为变形要求； 《高规》3.11条文说明给出了一般的选取原则：

1） 特别不规则的、房屋高度超过B级高度很多的高层建筑或处于不利地段的特别不规

则结构，可考虑选用A级性能目标。

2） 房屋高度超过B级高度较多或不规则性超过《高规》适用范围很多时，可考虑选用

B级或C级性能目标。

3） 房屋高度超过B级高度或不规则性超过《高规》适用范围较多时，可考虑选用C级

性能目标。

4） 房屋高度超过A级高度或不规则性超过《高规》适用范围较少时，可考虑选用C级

或D级性能目标。

5） 结构方案中仅有部分区域结构布置比较复杂或结构的设防标注、场地条件等特殊性，

难以直接按《高规》规定的常规方法进行设计时，可考虑选用C级或D级性能目标。 《抗规》性能1、性能2、性能3、性能4与《高规》性能目标A、B、C、D相对应。

在《抗规》性能1中提出的承载力要求是大震基本弹性要求，但在《高规》性能目标A中未提出大震承载力基本弹性的要求，主要着眼于通过提高结构的变形能力来提高结构的抗

震性能，并适当提高结构的抗震承载力，推迟结构进入弹塑性工作阶段以减少弹塑性变形。

《高规》中性能水准1的结构要求满足“中震基本弹性”（采用带*的地震作用值）； 性能水准2与性能水准1的差别是框架梁、连梁等耗能构件可以放宽到“屈服承载力设计”要求（即不屈服设计）；

性能水准3中，部分框架梁、连梁进入“屈服状态”，竖向构件及关键构件承载力满足“屈服承载力设计”要求。整体进入弹塑性阶段，应进行弹塑性分析。

性能水准4中，关键构件仍满足“屈服承载力设计”要求，允许部分竖向构件及大部分框架梁、连梁进入屈服状态，但受剪截面满足截面限制条件。结构的抗震性能分析必须通过弹塑性计算加以深入分析。 性能水准5与4的差别是，允许比较多的竖向构件进入屈服阶段，并允许部分耗能构件发生比较严重的破坏。结构的抗震性能分析必须通过弹塑性计算加以深入分析。应避免同一楼层的全部竖向构件进入屈服并宜控制整体结构的承载力不发生下降。

3、计算分析总体要求

要根据实际的结构的受力特点进行建模分析，选取合理的计算参数，计算假定要符合实际受力，并对计算结果进行分析判断。

3.1 小震分析

超限分析的前提条件：多遇地震条件下，满足规范关于位移角、轴压比以及构件配筋的要求。

1）对结构的基本特征进行初步判断： a、质量及荷载沿高度分布是否合理；

b、振型、周期、位移形态和量值是否合理； c、地震作用沿高度分布是否合理； d、不同程序的比较；

e、受力复杂构件的内力及应力分布于概念、经验是否一致。 2）地震波的选取 根据《高规》4.3.5

a、实际地震记录的数量不应少于总数量的2/3（一般2条人工波加1条实际波，或者5条人工波加2条实际波）

b、每条时程曲线计算的底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%； c、多条时程曲线计算所得结构的底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法的80%； d、取三组时程曲线时，取时程曲线的包络值与振型分解反应谱计算结果的较大值，取七组及七组以上时程曲线时，取时程曲线的平均值与振型分解反应谱计算结果的较大值。

e、时程法计算结果也不必太大，每条地震波输入的计算结果不大于135%，多条地震波输入的计算结果平均值不大于120%；

f、统计意义相符：多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%(一般取结构的前15个振型周期)。

采用2种软件进行小震分析，可以选择YJK和Midas Building。将YJK模型转换为Midas Building 中需要注意以下几个方面：

1）多塔结构从YJK转换到Building的时候不能直接一步到位，具体的操作方法详见附件一；

2）关于重力加速度，PKPM以及YJK都是默认取10，Building默认取9.8，这个对统计总质量有一定的影响。

3）关于结构容重，Building中混凝土默认是25，若YJK中取得是26，若要保持一致需要在Building中对每一种材料进行修改。

4）考虑梁柱部分刚域效果

5）中梁刚度放大系数：两种软件按规范计算的中梁刚度放大系数有比较大的差异，因而可以通过直接指定中梁刚度放大系数来减小两者的差异。

3.2 中震分析

对应于第1、第2性能水准可以考虑弹性的计算方法，第3性能水准及以上应该进行弹塑性分析。

其中第3性能水准时，结构进入塑性阶段，构件总体上处于开裂或刚刚进入屈服阶段，可以采用等效刚度和等效阻尼，按等效线性方法估算。实际计算软件中需要注意以下几点：

1） 水平地震影响系数采用设防地震的影响系数；

2） 框架梁的刚度放大系数比小震时相对减小，若是大震，可以不考虑中梁刚度放大系

数，连梁折减系数中震可以考虑0.5，若是大震，一般不小于0.3； 3） 不考虑抗震等级的调整系数，在YJK可以设置为不抗震；

4） 阻尼比可以适当增大（增加值一般不大于0.02，钢筋混凝土结构在大震下的阻尼比

可取不超过0.07的数值）

5） 可以不考虑计算整体指标时的双向地震、偶然偏心等参数；（一般均这样操作，未

找到书面的依据）

6） 在实际的计算中需要根据不同部位的性能目标选取相应的计算模型进行计算。 中震作用下的验算一般包括以下方面：

*关键构件的中震受弯弹性或中震受弯不屈服（采用洋葱头计算XTRACT软件）

3.3 弹塑性分析

进行弹塑性分析的主要目的：

1 通过对结构、构件的承载能力和延性的判断进行性能设计（调整线弹性设计结果）； 2 通过小震、中震、大震分析结果的比较判断结构、构件的承载能力和延性； 3 通过弹塑性层间位移角验算结构大震下的位移是否满足规范要求； 4 通过出铰顺序判断“强柱弱梁”、通过铰类型判断“强剪弱弯”。

3.4 Midas Building 弹塑性分析要点

Midas Building 有着良好的操作性以及界面友好，用来做弹塑性分析比较方便，下面主要介绍如何利用Midas Building进行动力弹塑性分析。

1）完成小震设计：需保证小震情况绝大多数构件配筋满足要求，若构件在小震时就进入塑性，会影响到后续的弹塑性分析。

2）进入动力弹塑性分析选项进行相关设置。 A、设置“动力弹塑性首选项”

一般梁柱采用的“修正武田三折线”模型——基于截面的塑性铰滞回模型； 剪力墙单元采用的剪切本构模型，剪切本构采用了理想弹塑性双折线模型。 B、点击“自动生成铰数据”

需要完成设计状态，即生成配筋的情况下，无配筋结果的不分配铰数据。 C、输入动力弹塑性荷载 第一、添加初始荷载；

计算中可能出现某一步不收敛，此时可以将收敛标准提高

第二、选定地震波

1 Midas Building能够识别的地震波数据格式后缀名为.sgs 2 导入波数据时需要注意

其中导入地震波的时候需要注意选择地震是小震、中震还是大震。

第三、填入荷载数据

参数参照上图，其中一般考虑双向地震，主方向为1、另一方向为0.85

第四、修改墙铰数据

默认的墙铰的剪切参数需要进行修改，不然计算得到墙的结果会失真。

第五、计算并查看结果

框架塑性发展对应的三个等级分别代表以下含义：第1等级为开裂到屈服之前的状态（对应于下图的蓝色）；第2等级为塑性铰阶段（对应于下图的绿色）；第3等级为退出工作状态（对应于下图的红色）。是判断框架受弯不屈服的依据。

下图是混凝土剪切应变的发展情况。

墙单元剪切应变等级

第1等级可认为是弹性状态，第2等级可认为是开裂状态，第3等级可定义为屈服状态，第4等级可认为是屈服后状态，第5等级可认为是极限状态。是判断剪力墙受剪不屈服的依据。

下图是剪力墙混凝土εx

下图是剪力墙中钢筋的应变情况ε

z

混凝土及钢筋的应变等级的说明：第1等级可认为是弹性状态，第2等级可认为是开裂状态，第3等级可定义为屈服状态，第4等级可认为是屈服后状态，第5等级可认为是极限状态。

混凝土材料应变等级钢筋材料应变等级

通过剪力墙中钢筋及混凝土的应变等级来确定结构是否满足受弯不屈服的要求。

3.5 框架受剪弹性或不屈服验算

由于在Building分析中，梁柱采用的是杆件模型，弹塑性分析中无法得出关于剪切屈服的判断。因而对框架的受剪弹性或不屈服的验算只能通过弹性等代的方法进行验算。

1）根据验算的性能目标的要求选择适当的等代弹性模型；

2）提取相应模型下构件的剪力进行抗剪截面以及受剪配筋的验算。

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