谈超限高层结构设计

SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vol.42No.30〇ct. 2016

• 63 •

文章编号：1009-6825 (2016) 30-0063-02

谈超限高层结构设计

杨福平

(太原市建筑设计研究院，山西太原030002)

摘要:结合工程实例，分析了超限高层结构设计中需采取的加强措施，从设防目标、抗震性能设计、抗震计算等方面，阐述了超高 层结构设计的基本原则，并总结了设计中的注意事项，旨在保证建筑结构的安全性。关键词:超限高层，结构设计，抗震性能,剪力墙

中图分类号:TU973

近年来随着太原市经济的快速发展，从

文献标识码:A

2012年以来，我市建 a.针对B级高度超限，加强5层顶部及突出屋面电梯机房的竖向

配筋量比计算提高10% ; b.对底部加强部位为4层（高 起了不少超高超限的建筑，如我院设计的太原湖滨国际广场（高 构件延性，= 20.8 m) ;c.框架和筒体按一级抗震构造措施处理； 208 m)、茂业天地(高216.1 m)、万达广场（高178.4 m)等超高层 于1/10 xi/

45 ; e.其他构 建筑。无论是从它的建筑消防设计还是结构的抗震设计以及机 d.轴压比控制:对剪力墙在底部加强部位控制在0.

对内力较大的区域 电专业设计,都具有一定的复杂性、特殊性并引起大家的关注，依 件构造配筋加大;f.对于楼板进行了工况分析，

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，下面就我院设计的几项工程的结构设计案例进行了归纳总 结，供大家参考，不妥之处请指正。

采取了局部构造加强。

1.2

万达广场商业写字楼

1) 工程概况。该工程由太原万达广场有限公司投资兴建，位

B级超高层建

1工程案例

茂业天地办公楼

于太原市解放路，与西二巷相邻，占地为94. 59亩，总建筑面积为 385 876 m2 (地上288 876 m2，地下97 000 m2 )，超限高层办公楼建 筑面积约为15.5万m2。建筑总高度为178.4 m,为

筑，裙房总高度为26.10 m。该项目为地下2层（主要功能为车 在±0.000以下相连为一体，在±0.000以上设置有抗震缝，缝宽为

形成各自独立的结构单元。建筑结构的安全等级是二级。2)

超限条款。按照GB 50011—2010建筑抗震设计规范以及

1.1

1)工程概况。该工程由茂业置业房地产公司投资兴建，位于

太原市体育路与亲贤北街交叉路口处。占地面积140. 157亩，总 建筑面积约642 278.43 m2,地下2层，地面以上由1幢高层酒店 和5层裙房组成，高层办公楼与其裙楼间设有抗震缝，缝宽按中 震作用下的位移计算确定为200 mm,结构从地面以上完全断开， 形成各自独立的结构单元。超高层办公楼的总高度为209.8 m (从室外地面至大屋面高度），地下2层，地上52层，标准层层高 为3.8 m，20层，38层设置避难层，避难层层高为5.5 m。设计使 用年限为50年。高层部分面积为10 000 m2,采用钢筋混凝土框 架一核心筒结构,基础采用钢筋混凝土后压浆灌注桩+承台梁或

筏板基础。建筑结构的安全等级为二级。2)超限情况。按照GB 50011 —2010建筑抗震设计规范的有关规定，该工程高度209. 8 m, 属于B级高度超限;1层顶楼板开洞面积大于30%的属于开洞超 限;扭转位移比大于1.2,属于扭转不规则超限。3)结构设计采取

SO-S 9-O-S 9-O-S

SO-S 9-O-S

SO-S 9-O-S 9-O-S

SO-S 9-O-S 9-O-S

SO-S 9-O-S

SO-S 9-O-S 9-O-S

库），地面以上由2幢42层超高写字楼和5层商业裙房组成。裙楼

200

《山西省抗震设防超限高层建筑工程的工程界定》的有关规定，该

项工程高度为178.4 m,超B级高度要求，该项工程2层开洞率大 于30%，属于一项不规则超限。

3) 结构设计采取的加强措施。a.底部加强部位高度:按高规 7.1.4条可取墙肢总高度的1/10和底部2层的较大值。底部加 强部位为5层楼面以下（高于1/10 xtf = 17.8m)，6层，7层为过 渡层;b.加强顶部5层框架柱，配筋量比计算提高10% ;c.抗震等 级:底部框架和筒体按特一级抗震构造措施处理;d.轴压比控制： 对剪力墙在底部加强部位控制在〇. 5,对框架柱在底部加强部位

SO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-S SO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-C

e.剪力墙轴压比超过0.25时，应设置边缘构件;f.加的加强措施。根据以上的超限情况在结构设计中采取以下措施：控制在0.7;

库楼盖结构,优先采用大板无次梁结构型式无疑是经济性最优

的，在没有其他特殊要求的情况下应优先采用。无梁楼盖作为高 层结构嵌固端的地下室顶板应用受到限制，且自重较大，并受到 施工技术水平和空心楼盖厂商的影响，须综合考虑其适用性。

合理的选型不但能够充分保证结构的安全合理性，还能节约 材料，缩短工期，在降低造价的同时也降低了施工难度，保证了施

工质量。参考文献：[1]

《建筑结构静力计算手册》编写组.建筑结构静力计算手册

[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2001.业出版社,2002.

[2] 龚思礼.建筑抗震设计手册[M].第2版.北京：中国建筑工

Discussion on underground garage floor slab pattern selection and design

Wang Gang

(Shanxi Academy of Building Design, Taiyuan Q3QQ13 , China)three kinds of cast-in-situ beam board floor slab forms including big board without secondary beam, orthogonal beam and grillage-shaped beam, comparatively analyzes their merits and defects, and finally selects more economic and rational underground garage floor slab structure scheme. Key words ： underground garage, floor slab, big board without secondary beam structure, cost

收稿日期=2016-08-17

作者简介:杨福平（960-)，男，工程师

Abstract ： Taking the single-layer underground garage of the high-rise residential building in Taiyuan city as an example, the paper introduces

I

• 64 •

第42卷第30期

20 1 6年1 0月

山西建筑

强各种构造配筋;g.对于楼板进行了工况分析，对内力较大的区域 采取了局部构造加强，采用双向配筋,按中震不屈服应力分析结果 对配筋进行调整。

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。4)弹塑性时程分析宜采用双向或三向 地震输人，计算结果宜取多组波计算结果的包络值。

1.3 中铁三局科技研发中心2.4加强抗震措施、抗震构造措施的设计

高度为170 m。塔楼采用型钢混凝土一钢筋混凝土核心筒+伸臂 桁架结构体系。结构安全等级均为二级，结构重要性系数为1.0,

第12层,25层为加强层，整楼层设置伸臂桁架及角部悬臂桁架。

2) 3)

开洞约为30.5% ;第36层顶板开洞约35. 6%。

工程概况。该项目位于太原市迎泽大街新建路西口南角， 1)要保证多道防线的需求。要搞清楚框架与墙体、筒体双重 总建筑面积为67 740. 54 m2，地下2层，地上37层。地上结构总 抗侧力的各类结构中，框架部分承担的地震剪力的比例,在规范

规定的基础上适当增加。但应注意框架所承担的地震剪力或者

框架所承担的倾覆弯矩又不宜过大，以避免出现框架和墙体、筒

体一起形成第一道防线。2)对于超高时，应明确竖向不规则和水

超限条款。建筑总高度为170 m，为超B级高度;首层顶板 平向不规则的程度。3)当楼板局部开洞大于规范规定的30%要 求时，应对楼板进行工况分析，对内力较大的区域采取了局部构 结构设计采取的加强措施。在设计中除了在整楼层增加 造加强，采用双向配筋，按中震不屈服应力分析结果对配筋进行

调整。4)主楼与裙房间应设置抗震缝，且缝宽应适当加大。5)对 于转换层应严格控制上下刚度比;墙体通过次梁转换和柱顶墙体

开洞，应有针对性的加强措施。6)水平加强层的设计数量、位置、 结构形式，应认真分析比较;伸臂的构件内力计算宜采用弹性膜 楼板假设，上下弦杆应贯通核心筒墙体，墙体在伸臂斜腹杆的节 点处应采取措施避免应力集中导致破坏。7)多塔、连体、错层等 复杂体型的结构，应尽量减少不规则的类型和不规则的程度;应 注意分别采取相应的加强措施。8)对于出屋面结构和装饰结构 自身较高或体型相对复杂时，应参与整体结构分析，材料不同时 还需适当考虑阻尼比不同的影响，尤其是出屋顶较高的混凝土或 钢构架，应注意其在地震作用下的鞭鞘效应的影响。

1)

设置伸臂桁架及角部悬臂桁架外，其他结构采取的加强措施基本 思路和做法同以上的两个案例，在此就不再重复叙述。

2超高层结构设计的基本原则

我国GBJ 11—89建筑抗震设计规范的设防目标及设计方法为

2.1 设防目标及方法

“三水准，两阶段'三水准即“小震不坏、中震可修、大震不倒'

两阶段: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。

3

超限高层的结构设计中应注意的内容和要点

对计算结果应严格按照高规和抗规的有关规定进行认真分

3.1 技术参数

析比对，如轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比、刚重比、有效 质量比、受剪承载力比、楼层质量比，同时应关注地震影响系数、 场地卓越周期、地震波、楼层最小剪力系数等。

2.2结构抗震性能设计的基本原则

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

3_ 2框架剪力的分担率

框架一剪力墙结构，框架一核心筒结构，均属双重抗侧力结

构体系，第一道防线剪力墙(筒体），第二道防线框架，在强震作用 下墙筒可能损坏，内力重分布，框架会承担较大地震作用，建筑物 越高，越不易满足要求，经力学分析在地震作用下,框架分担剪力

需要的性能目标，并对建筑结构的抗震性能目标做深人的分析， 为下小上大，应加以重视，超限高层建筑中，框架部分按刚度分配 保证超限建筑工程的实现。到楼层剪力标准值的最大值，不宜小于基底剪力的10%，常难以

2.3抗震设计计算应选择合理的计算软件

满足，故应增大梁的高度和设置刚域而提高框架剪力占的比例， 考虑当前我国经济条件，框筒结构可适当放宽。

总之，随着超限高层设计的不断增多，抗震计算、性能化设计 及抗震构造措施也需随我们的工程实践不断的总结经验,才能使

1)按照规定对超高层结构计算时，应采用两个或两个以上经

住房和城乡建设部批准认定的计算机软件进行整体内力和位移分 析计算。国内目前可采用的有SATWE，SPA2000,盈建科，MIDAS/

GEN，ETABS，ABAQUS等。我们在使用时，一定把软件所需要的技 我们的每一项工程项目设计的更加安全、经济和合理，减少遗憾。 术参数搞清楚，有些软件还需要二次开发后才能用，如ABAQUS软 参考文献：件是全球计算分析软件，功能强大,但不是万能的，如果我们所计算 [1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].的建筑工程与其假设条件不符，结果存在很大风险。2)采用弹性 [2] JGJ 3 — 2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].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严格 [3] 晋建质字[2011],山西省抗震设防超限高层建筑工程界定

规定[Z].按照高规和抗规的有关规定执行。3)弹塑性计算的分析应以混凝

Yang Fuping

(Taiyuan Architectural Design and Research Institute, Taiyuan 030002, China)Abstract ： Combining with the engineering cases, the paper analyzes the improvement measures in the design for the super-high-rise buildings, il­lustrates the basic principles for the super-high-rise building from the fortification aims, seismic performance and design, seismic calculation, and sums up the precautions in the design, so as to ensure the safety of the architectural structures.Key words ： super-high-rise building, structural design, seismic performance, shearing wall

On structural design for super-high-rise buildings