超限高層建筑抗震設計可行性論證報告概述

文/張陸 大連市建筑設計研究院有限公司 遼寧大連 116011

超限高層建筑抗震設計可行性論證報告概述

文/張陸 大連市建筑設計研究院有限公司 遼寧大連 116011

本文依據主要結構設計規范，簡單總結了超限高層建筑抗震設計可行性論證報告的編制內容，為同行業設計人員提供更為淺顯、明了的報告編制做法。

超限高層；抗震設計可行性論證報告；編寫

隨著建筑行業的不斷發展，超限高層建筑大量涌現。超限高層建筑在為建筑專業提供了無盡的創想和提升的同時，給結構專業提出了更高的要求。為了保證超限高層建筑的安全使用，建設部組織了超限工程抗震設防專項審查組，通過超限審查，確保超限建筑的合理性及安全性。本文簡述超限報告的編制內容如下。

一.工程概況

本單元主要概述此次報告所介紹的工程項目的基本概況，主要包括以下幾點：項目名稱；建設單位；地理位置；建筑面積；建筑功能等。通過此版塊介紹，使專家對此項目有個大概了解。

二.設計依據

本單元要提供該項目的各類設計依據，例如：規劃設計條件書；建設主管部門審批通過的設計方案及說明書；詳規圖紙；地勘報告；安評報告及設計依據的各類國家現行規范、規程、標準等。

三.設計條件和參數

1.設防標準

本單元應該提供本工程的結構設計基本參數，例如：安全等級；設計使用年限；建筑物抗震設防類別；抗震設防烈度；基本地震加速度；地震分組；場地類別及特征周期等。地震作用參數及抗震等級也應在此板塊列表描述。

2.荷載

本單元應羅列本工程的各種樓面使用荷載及風荷載、雪荷載、抗浮水位等。

3.地質條件

本工程所在地的地形地貌、地質構造、水文條件、場地抗震性能等應在此板塊說明。

四.地基基礎設計

本單元可簡單介紹本工程所采用的基礎形式及抗浮設計。

五、結構型式及構件材料

本單元介紹本工程采用的結構型式及構件的材料主要尺寸。

六、結構超限類型及不規則分析

本單元進行高度超限分析、高寬比情況分析及不規則情況分析。不規則類型包括扭轉不規則、偏心布置、凹凸不規則、組合平面、樓板不連續、剛度突變、尺寸突變、構件間斷、承載力突變、局部不規則等。

七、結構平面布置圖

本單位給出本工程幾層具有代表性的結構平面布置圖，以確定結構布置方案是否合理可行。

八、結構抗震性能設計

結構抗震性能目標應綜合考慮抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結構的特殊性、建造費用、震后損失和修復難宜程度等各項因素選定。結構抗震性能目標分為A、B、C、D四個等級，結構抗震性能分為1、2、3、4、5等五個水準，每個性能目標均與一組在指定地震地面運動下的結構抗震性能水準相對應`。

本單元擬定該工程的設防水準和性能目標，作為此次抗震設計的依據。

九、超限抗震設計的技術措施

目前我國主要使用的結構設計軟件有中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制的SATWE、美國CSI公司編制的ETABS和POSCO集團開發的MIDAS，以及專門用于結構彈塑性動力時程分析的PKPM-SAUSAGE和由美國加州大學伯克利分校的Powell教授開發的PERFORM-3D三維結構非線性分析與性能評估軟件。本單元應羅列用于計算分析的軟件及計算特殊點，同時給出設計中所采取的構造措施。

十、超限抗震設計的計算及分析論證

1.小震彈性及風荷載作用分析

小震彈性及風荷載作用計算結果包括地震質量分布、地震總質量、有效質量系數、基底剪力與傾覆彎矩、結構周期、振型簡圖、地震作用及風作用的樓層反應力、剪力及彎矩曲線、地震作用及風作用的位移簡圖及層間位移角簡圖、風荷載及地震荷載作用下最大位移及層間位移角、最大層間位移與平均層間位移的比值、最大位移與層平均位移的比值、水平地震剪力系數、X向及Y向各層抗側剛度、樓層受剪承載力比值、塔樓抗傾覆驗算、重力二階效應及結構穩定驗算、舒適度驗算、框架柱地震傾覆力矩及剪力百分比、框架剪力調整系數、墻肢及柱的軸壓比、嵌固端計算等。

2.彈性時程分析

篩選合適的地震波，使波的平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符，且各條波的反應譜平均值與設計反應譜相比,在主要周期點上滿足在統計意義上相符的要求。

每條波計算的底部剪力不小于振型分解反應譜法求得的底部剪力的65%，三條波計算的底部剪力的平均值不小于振型分解反應譜法求得的底部剪力的80%，滿足規范要求。

通過計算，將時程分析結果與CQC法計算結果進行對比，小震彈性設計時可采用CQC法及時程分析結果的包絡值。

3.中震彈性驗算

根據擬定的性能目標，對重要的主受力構件進行中震抗剪彈性驗算。具體為: 不計算風荷載，調整地震影響系數最大值α ,按中震取值，場地特征周期按規范取值,不考慮地震組合內力調整系數（即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數）。將計算結果與構件受剪承載力進行對比，驗算其是否滿足中震彈性要求。

4.中震不屈服驗算

中震不屈服驗算包括中震偏拉、偏壓不屈服驗算和中震抗剪不屈服驗算。具體方法為:不計算風荷載，調整地震影響系數最大值α ,場地特征周期取規范值, 不考慮地震組合內力調整系數（即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數），荷載作用分項系數取1.0（組合值系數不變），材料強度取標準值，抗震承載力調整系數γ 取1.0。其中偏拉、偏壓不屈服驗算是將計算結果與構件的M-N曲線進行比對，驗算是否滿足要求；抗剪不屈服驗算是將計算結果與構件受剪承載力進行對比，驗算是否滿足要求。

5.大震下主要墻肢受剪截面控制條件驗算

采用程序進行大震驗算，將計算結果與大震受剪截面控制條件進行對比，驗算是否滿足要求。計算方法同中震不屈服驗算。

6.彈塑性靜力或動力時程分析

根據工程復雜程度，按照規范要求，對本工程進行彈塑性靜力或動力時程分析。通過彈塑性分析得到罕遇地震下結構的破壞特性。可得到建筑結構體系在罕遇地震作用下的最大層間位移角。動力時程分析還可以直觀的觀測到罕遇地震作用下整體結構構件的塑性鉸發展情況，從而判斷整體結構的能量耗散分布合理。根據罕遇地震時程分析得到相對準確的結構動力特性，著重加強重要部位。

[1]賀子奇.溫森.高層建筑工程的施工特點及施工技術分析.中國房地產業.2015.8