超限高层建筑对工程抗震设计指南.doc

超限高层建筑工程抗震设计指南（征求意见稿）二OO八年十二月二十日77第二版前言2005年1月，超限高层建筑工程抗震设计指南（以下简称指南）第一版由当时的上海市建设和管理委员会以沪建建200538号文批准发布，在此后实施的四年时间里，原指南为提高上海市超限高层建筑工程抗震设计质量，加快抗震专项审查的进度，促进审查工作的规范化和科学化，发挥了重要作用，同时也为全国相关省市的超限高层建筑工程的抗震设防审查提供了重要的参考。四年来，上海的超限高层建筑工程有了进一步的发展，积累了新的审查经验，国家有关部门也对抗震审查提出了新的要求。2006年，原建设部发布了修订后的超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点(建质2006220号，以下简称技术要点)。2007年，全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会发布了2007年工作会议文件：关于加强超限高层建筑抗震设防审查工作的建议、超限高层建筑结构抗震性能目标的建议和超限高层建筑抗震设计可行性论证报告的参考格式及要点。2008年，全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会又发布了关于加强超限高层建筑工程抗震设防审查技术把关的建议，对技术要点执行中需要注意的若干问题提出了一些建议(征求意见稿)，包括关于进一步明确超限高层建筑工程范围的建议、关于超限高层建筑工程抗震设防审查结论的基本要求和关于超限高层建筑抗震设防专项审查的若干建议。据此，编制组对原指南进行了修订，以更好地满足上海市超限高层建筑工程建设和管理的需要。与原指南相比，本指南正文增加了两章内容“结构抗震性能设计的基本要求”和“结构抗震体系的基本要求”，附录增加了“超限高层建筑抗震设计可行性论证报告的参考格式及要点”，并对其余部分内容进行了充实和完善。本指南(征求意见稿)是在原指南基础上，经编制组专家对超限高层建筑工程在近些年的新发展、积累的新经验和新成果的科学总结和提炼基础上完成的。请各单位和专家结合各自的工程实际提出意见，并请将意见寄往同济大学结构工程与防灾研究所（上海市四平路1239号同济大学内，邮编200092），或发送电子邮件至jhj73。编制组将在广泛征求各单位和专家意见的基础上，对征求意见稿进行进一步的修改和完善。本指南编写单位和人员如下：主编单位：同济大学参编单位：上海市建筑科学研究院有限公司华东建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司同济大学建筑设计研究院中国船舶工业总公司第九设计研究院上海市抗震办公室上海长福工程结构设计事务所编写人员：主 编 吕西林（以下按姓氏笔划排列）丁洁民 叶光新 汪大绥 扶长生 周国鸣 胡绍隆 顾嗣淳 钱 江 蒋欢军上海市建设工程标准定额管理总站二OO八年十二月第一版前言根据上海市建设和管理委员会沪建建2003第87号文关于下达2003年上海市工程建设规范和标准设计编制计划的批复，由同济大学结构工程与防灾研究所会同有关设计和研究单位的技术人员组成编制组，参照国家和上海市有关规范、规程及建设部超限高层建筑工程抗震设防管理规定，结合上海市多年来的超限高层建筑工程实践及抗震设防专项审查工作经验，编制了超限高层建筑工程抗震设计指南（以下简称指南）。本指南是在广大从事高层建筑抗震研究和设计工作者的多年工程实践经验的基础上，经编制组专家的提炼和概括，并经多方面征求意见后完成的。自改革开放至今，上海已建、在建和拟建的高层建筑工程达6000多幢，其中有不少属超限高层建筑工程。1997年建设部为加强抗震设防管理，发布了第59号部令超限高层建筑工程抗震设防管理暂行规定。1998年上海市建设和管理委员会建立了上海市抗震设防审查专家委员会，并开展了本市的超限高层建筑工程初步设计抗震设防专项审查工作，累计审查项目已达400多项，涉及数千个建筑结构单体。对包括各种结构类型的住宅、商业、办公、通讯、医院、体育等典型超限高层建筑工程，以本市抗震设防专家进行逐项审查的方式，尽力消除结构设计隐患，提高结构抗震安全性和控制设计质量。2003年，建设部将59号部令修改发布为超限高层建筑工程抗震设防管理规定的第111号部令。本指南的发布，就是为了更好地满足上海市超限高层建筑工程建设和管理的实际需要。本指南不是强制性技术标准，而是帮助设计人员理解有关抗震设计标准、掌握超限高层建筑工程抗震设防审查要求、进一步提高超限高层建筑工程抗震设计质量的指导性技术资料。因此，本指南的编写中，文字表述方面既使用了规范（标准）的常用语言，也使用了类似“条文说明”和教科书中讲明道理的表达方法。限于条件，本指南中尚有不少问题有待于今后进一步深入研究和更多的工程实践来完善。因此，请各单位在使用本指南的过程中，结合工程实际，注意总结经验和积累资料，如发现需要修改和补充之处，请将意见和资料寄往同济大学结构工程与防灾研究所（上海市四平路1239号同济大学内，邮编200092），以便今后进一步修改完善。本指南编写单位和人员如下：主编单位：同济大学参编单位：上海市建筑科学研究院有限公司华东建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司同济大学建筑设计研究院中国船舶工业总公司第九设计研究院上海市抗震办公室编写人员：主 编 吕西林（以下按姓氏笔划排列）丁洁民 叶光新 汪大绥 周国鸣 胡绍隆 顾嗣淳 钱 江上海市建设工程标准定额管理总站二OO五年一月目 录1 总则 12 术语和符号 32.1 术语 32.2 主要符号 33 超限高层建筑工程的认定和抗震概念设计 53.1 建筑物高度超限的认定 53.2 高度超限控制及概念设计要求 63.3 建筑物规则性超限的认定 63.4 建筑物规则性超限程度控制 93.5 特殊超限情况的处理 124 结构抗震性能设计的基本要求 234.1 地震设防水准 234.2 抗震性能水准234.3 抗震性能目标244.4 实施结构抗震性能设计的方法. 245 结构抗震计算分析的基本要求 285.1 计算分析方面的总体要求 285.2 超限大跨空间结构的要求 295.3 高度超限时的抗震计算分析要求 295.4 平面规则性超限时的计算要求 305.5 立面规则性超限时的计算分析要求 305.6 结构扭转效应的控制 . 326 结构抗震体系的基本要求336.1 结构体系的一般要求336.2 板柱结构体系346.3 钢管混凝土结构体系366.4 巨型结构体系377 结构抗震构造措施要点 397.1 高度超限时的抗震构造要求397.2 平面规则性超限时的抗震构造要求397.3 立面规则性超限时的抗震构造要求397.4 减少结构地震扭转效应的措施418 地基基础抗震设计要求 428.1 高度超限时地基基础的抗震要求 428.2 平面不规则或平面尺寸过长时的抗震要求 428.3 竖向不规则或建筑物高差较大时的抗震设计要求 428.4 超限高层建筑下有液化土层和软弱土层时的抗震措施 429 结构抗震试验的要求 43附录A超限高层建筑工程专项审查送审资料实例 .44附录B 钢筋混凝土构件的骨架曲线和恢复力关系 .55附录C超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点 .61附录D超限高层建筑抗震设计可行性论证报告的参考格式及要点 721 总则1.0.1 为更好地贯彻执行中华人民共和国建筑法和中华人民共和国防震减灾法，并实行以预防为主的方针，提高超限高层建筑工程抗震设计质量，制定本设计指南。1.0.2 按本设计指南进行抗震设计的建筑，其最低抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。1.0.3 超限高层建筑工程，是指超出国家和上海市现行规范、规程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，以及有关的政府管理机构文件中规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程。1.0.4 本设计指南是对国家建筑抗震设计规范( GB50011-2001)、高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)、高层民用建筑钢结构技术规程( JGJ99-98)、建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2004）、上海市高层建筑钢结构设计规程（DG/TJ08-32-2008）、上海市钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程（DGJ08-31-2001）、上海市高层建筑钢混凝土混合结构设计工程（DG/TJ08-015-2004）和上海市建筑抗震设计规程(DGJ08-9-2003)的补充。遵循本指南进行抗震设计的超限高层建筑工程，还应符合国家和上海市现行的有关强制性标准的规定。1.0.5 超限高层建筑工程抗震设计时，除应遵守现有技术标准的要求外，还应有特殊的要求，包括下列内容：1 超限程度的控制和结构抗震概念设计；2 结构抗震性能设计的要求；3 结构抗震计算分析的要求；4 结构抗震体系的要求；5 结构抗震构造措施的要求；6 地基基础抗震设计要求；7 必要时，应包括结构抗震试验的要求。1.0.6 本设计指南倡导建筑形体多样化与结构受力合理性统一的原则，使建筑物既满足建筑功能和形体美观的要求，又保证地震下的结构安全。本设计指南也倡导抗震结构的概念设计与计算分析并重的原则，设计者应通过已有的工程经验、仔细的结构抗震概念设计、精细的结构分析、有针对性的抗震措施或必要的结构抗震试验验证，来满足超限高层建筑工程抗震设计时的特殊要求。1.0.7 当在现有的技术和经济条件下，结构安全与建筑美观之间出现矛盾时，应以结构安全为重。影响结构安全的建筑方案，包括局部方案，均应服从结构安全的需要；当结构采取措施能解决安全问题而不影响建筑构思时，应明确结构采取措施所需增加的投入，以供业主决策。2 术语和符号2.1 术语2.1.1 高层建筑 tall buildings10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物。2.1.2 房屋高度 building height自室外地面至房屋主要屋面的高度。2.1.3 高宽比 ratio of height to width of building plan (aspect ratio of buildings) 房屋高度与建筑平面宽度之比。2.1.4 抗震设防标准 seismic fortification criterion 衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度和建筑使用功能的重要性确定。2.1.5 建筑抗震概念设计 seismic concept design of buildings 根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。2.1.6 抗震措施 seismic fortification measures 除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。2.1.7 抗震构造措施 details of seismic design 根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。2.1.8 抗震性能水准 seismic performance levels 建筑物在预计的地震作用下所允许的最大破坏程度。2.1.9 抗震性能目标 seismic performance objectives也称抗震设防目标，是针对各级地震设防水准期望建筑物达到的抗震性能水平。2.2 主要符号C30 ¾ 表示立方体强度标准值为30N/mm2的混凝土强度等级；Ki ¾ 表示第i楼层的等效剪切刚度；b ¾ 建筑平面局部突出宽度；bc ¾ 建筑平面局部凹口累计深度或楼板开洞宽度；B ¾ 建筑平面的典型宽度；Bmax ¾ 建筑平面最大宽度；H ¾ 房屋高度；l ¾ 建筑平面局部突出长度；lc ¾ 建筑平面局部凹口长度或楼板开洞长度；L ¾ 建筑平面长度；S1、S2 ¾ 建筑平面中开洞两侧的楼板有效宽度； ¾ 承载力抗震调整系数；、 ¾ 分别为结构构件承载力设计值和标准值；、 ¾ 分别为重力荷载代表值的效应和多遇地震作用标准值的效应；、 ¾ 分别为多遇水平地震作用和竖向地震作用标准值的效应； ¾ 风荷载标准值的效应；、 ¾ 在结构构件中分别由重力荷载代表值和多遇地震作用标准值产生的剪力；、¾ 分别为混凝土抗压强度标准值和抗拉强度标准值。3 超限高层建筑工程的认定和抗震概念设计3.1 建筑物高度超限的认定 建筑物高度超过表3.1.1规定高度的高层建筑工程，属高度超限的高层建筑工程。表3.1.1 高层建筑的最大适用高度（m）结构体系抗震设防烈度6度7度8度混凝土结构框架605545框架剪力墙130120100全部落地剪力墙140120100部分框支剪力墙12010080部分短肢剪力墙12010060框架核心筒150130100筒中筒180150120板柱剪力墙403530错层的剪力墙和框架剪力墙1008060混合结构钢框架钢筋混凝土筒体200160120型钢混凝土框架钢筋混凝土筒体220190150钢结构框架11011090框架支撑 (抗震墙板)220220200各类筒体和巨型结构300300260 对表3.1.1中结构体系的说明： 1 平面和竖向均不规则，或IV类场地，最大适用高度降低20%。 2 近年来全国和地方规范中出现了“部分短肢剪力墙结构”的术语，但对“部分”的定义全国和地方规范中都没有给出。根据结构分析研究和上海市的工程实践，用短肢剪力墙截面面积与同一层中所有剪力墙截面面积的比例（简称短肢墙比例），可以来近似地定义“部分短肢剪力墙”结构，并采取结构抗震设计措施。当短肢墙比例不大于20时，可以按全部落地剪力墙结构控制建筑物的高度，但短肢墙部分的抗震措施仍应按短肢墙的规定执行。当采用短肢墙比例进行判别时，应在建筑物的两个主轴方向分别计算，取较大的比例作为控制条件。 3 钢筋混凝土板柱剪力墙结构是指无内部纵梁和横梁的无梁楼盖结构，对这种结构体系的抗震研究很少，因此设计规范中一般都对这种结构的高度限制较严。由于目前在高层建筑中应用的无梁楼盖体系中楼板的厚度越来越大，原有的设计规定也不一定全部适用。根据上海市的工程经验，在这种结构体系中，当楼板的厚度不小于相应跨度的1/18时，可以按框架剪力墙结构控制建筑物的高度，但在结构设计时仍应在框架受力方向设置暗梁。应该指出，采用较厚楼板的无梁楼板体系虽可以满足内部美观或一些特殊建筑功能的要求，但会明显增加整个结构的混凝土用量和建筑物自重，对结构抗震是不利的。3.2 高度超限控制及概念设计要求1 钢筋混凝土框架结构房屋，其高度不宜超过表3.1.1的最大适用高度。超过时宜改用框架剪力墙结构。2 部分短肢剪力墙结构房屋，其高度不宜超过表3.1.1的最大适用高度。超过时宜改用框架剪力墙结构或剪力墙结构。3 钢筋混凝土框架核心筒结构房屋，丙类建筑的高度不宜超过高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)中B级高度建筑的最大适用高度，乙类建筑的超高程度宜从严控制。接近上述超高上限时，宜在结构的底部采用劲性混凝土柱、钢管混凝土柱或者钢管与混凝土双重组合柱。大于超高上限时，宜改变结构体系，例如改为筒中筒结构、巨型结构或钢与混凝土混合结构等。 4 钢筋混凝土筒中筒结构房屋，丙类建筑的高度不宜超过高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)中B级高度建筑的最大适用高度，乙类建筑的超高程度宜从严控制，超过上述限值时宜改变结构类型，采用强度和延性更好的结构材料和结构体系。3.3 建筑物规则性超限的认定 下列工程为规则性超限的高层建筑工程：1 同时具有下述三项或三项以上不规则情况的高层建筑工程：(1) 楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍（计算该指标时应采用刚性楼板模型），或偏心率大于0.15，或相邻层质心相差较大；(2) 建筑平面长宽比抗震设防烈度7度时大于6.0，抗震设防烈度8度时大于5.0；(3) 结构平面凹进的长度（从按抗侧力构件截面中心线算起，设置的拉梁不能视为平面轮廓，下同）大于相应投影方向总尺寸的30%；或凸出的长度大于相应投影方向总尺寸的30%，且凸出的宽度小于相应投影方向总尺寸的30或小于凸出长度的50%（见图3.3.1-1）；图3.3.1-1 结构平面凹进或凸出不规则示意图(4) 结构平面为角部重叠形或细腰形；(5) 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50，或开洞面积大于该层楼面面积的30（见图3.3.1-2）；b<0.5BmaxL 图3.3.1-2 楼板的尺寸或平面刚度变化不规则示意图(6) 等效剪切刚度小于相邻上层的70，或小于其上相邻三个楼层等效剪切刚度平均值的80（结构出现软弱层）；(7) 除顶层或高度小于主楼高度20%的裙房（辅楼）外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25（结构出现软弱层）；(8) 下部楼层水平尺寸小于上部楼层水平尺寸的0.9倍，或整体外挑尺寸大于4m；(9) 结构体系属于高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3，以下简称高规）第10章定义的复杂高层建筑结构：包括带转换层的结构（抗震设防烈度7度时转换层位于5层以下，抗震设防烈度8度时转换层位于3层以下）、带加强层结构、错层结构（错层高度 ³ 600mm或梁高）、连体结构、多塔楼结构等复杂的高层建筑（任一类型按一项不规则计）；(10) 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层的80（结构出现薄弱层）。注：结构的任何楼层不能既是软弱层又是薄弱层；在计算层间受剪承载力时，应采用实际的截面尺寸和材料强度标准值，在正负两个方向上分别计算，对于具有斜撑的楼层，其承载力不应将不同方向斜撑的承载力绝对值相加。2 不规则程度为下列情况之一的高层建筑工程：(1) 对于不含裙房的结构，较多楼层(超过总楼层数20)的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.4倍；(2) 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，混合结构大于0.85，其它结构大于0.9；(3) 结构平面凹进或凸出的一侧尺寸（从抗侧力构件截面中心线算起）大于其凹凸方向相应结构投影尺寸的40；(4) 结构平面为角部重叠的平面图形或细腰形平面图形，其中角部重叠面积小于较小一边的25（见图3.3.1-3中的阴影部分），细腰形平面中部两侧收进超过平面宽度50（见图3.3.1-4）；(5) 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的40，或开洞面积大于该层楼面面积的35（包括错层）；图3.3.1-3 结构平面角部重叠示意图图3.3.1-4 结构平面细腰形示意图(6) 等效剪切刚度小于相邻上层的60，或小于其上相邻三个楼层等效剪切刚度平均值的70；(7) 除顶层或高度小于主楼高度20%的裙房（辅楼）外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的30；(8) 下部楼层水平尺寸小于上部楼层水平尺寸的0.8倍，或整体外挑尺寸大于5m；(9) 转换层位置超过高规规定的高位转换层结构（即转换层以下、地面以上的大空间层数，7度时超过5层，8度时超过3层）；(10) 各部分层数、刚度、布置不同的错层或连体结构；(11) 结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔类型的2种以上；(12) 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层的65；(13) 塔楼位置明显偏置，单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%的高层建筑；(14) 采用厚板转换结构的高层建筑；(15) 高度超过28m的单跨框架结构。3 特殊类型的高层建筑：现行规范、规程尚未列入的高层建筑结构，特殊形式的超长悬挑结构和大型公共建筑(高度大于28m且屋盖结构超出网架结构设计与施工规程JGJ7和网壳结构技术规程JGJ61规定的常用形式)，特大跨度的连体结构等。4 超限大跨空间结构：屋盖的跨度大于120m或悬挑长度大于40m或单向长度大于300m，屋盖结构形式超出常用空间结构形式的大型列车客运候车室、一级汽车客运候车楼、一级港口客运站、大型航站楼、大型体育馆、大型影剧院、大型商场、大型博物馆、大型展览馆、大型会展中心、以及特大型机库等。5 采用新结构体系、新结构材料或新抗震技术的高层建筑。3.4 建筑物规则性超限程度控制3.4.1 平面规则性超限程度控制和抗震概念设计1 平面布置中的凹口深度超限的情况如图3.4.1-1所示，bcBmax的比值不宜大于50，超过此值时宜改变建筑和结构平面布置。2 平面中楼板间连接较弱的情况如图3.4.1-2所示，(S1+S2)B的比值不应小于50，或S1+S2的尺寸不宜小于5m，S1或S2的最小尺寸不宜小于2m，不满足上述要求时宜改变建筑和结构平面布置。3 平面布置中局部突出超限的情况如图3.4.1-3所示，高宽比H/b > 5时， lbj不应大于2，超过此值时宜调整建筑和结构平面布置。图3.4.1-1 凹口深度超限的平面布置示意图 图3.4.1-2 楼板间连接较弱的平面示意图bj 图3.4.1-3 局部突出超限的平面示意图3.4.2 竖向规则性超限程度控制和抗震概念设计 1 一般情况下，结构的侧向刚度宜用等效剪切刚度来表征，并按上海市建筑抗震设计规程中的方法计算。在初步设计时，应按此刚度进行控制。2 立面收进幅度过大是一种常见的竖向不规则性情况，但收进的最大尺寸也应有个限度，可从结构等效剪切刚度的变化来控制，即收进层等效剪切刚度与下层等效剪切刚度之比不宜小于50%，且连续两次收进后的等效剪切刚度不宜小于未收进层的30%。3 连体建筑也是容易形成竖向不规则的结构型式，如图3.4.2-1所示。连体建筑顶部的重量一般较大，对结构抗震很不利，因此，应控制连体部位的层数，一般情况下连体部位的层数不宜过多。当连体部位的层数超过该建筑总层数的 20时，对结构抗震极为不利，并会大大增加结构的造价。连接体下的两个塔楼的层刚度不宜相差太大（不宜相差30及以上）。图3.4.2-1 连体建筑及立面开大洞建筑示意图4 立面开大洞建筑也容易形成竖向刚度突变，成为竖向不规则性结构。立面开大洞后对洞口周边的构件受力极为不利，洞口越大，结构的抗震性能越差，因此，立面开洞的尺寸也应进行限制，洞口宜设置在中部，洞口尺寸不宜大于整个建筑立面面积的30。5 大底盘多塔楼建筑由于底盘刚度与塔楼刚度有差异以及底盘尺寸与塔楼尺寸有较大差异，也容易造成竖向刚度变化较大而成为竖向不规则结构，如图3.4.2-2所示。多塔楼建筑结构各塔楼的层数、平面和等效剪切刚度宜接近，塔楼对底盘宜对称布置，各塔楼结构的质心与底盘结构刚度中心的距离不宜大于该方向底盘边长的25%。图3.4.2-2 大底盘多塔楼示意图6 带转换层结构由于结构上部楼层的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，容易造成竖向刚度有突变，从而形成竖向不规则结构。转换层的结构型式，宜优先采用梁式转换，并避免主、次梁多次转换。对于采用框支层的转换层，其位置7度时不应超过7层，8度时不应超过5层。3.5 特殊超限情况的处理当确因工程需要，在建筑物总高度方面超过第3.2节的控制要求时，或在建筑物的规则性方面超过第3.3节及第3.4节的控制要求而不能改变建筑物结构体系时，应有可靠的设计依据，例如试验研究（包括整体结构模型试验、节点试验）和精细的结构分析（包括弹性和弹塑性时程分析、静力非线性分析）等。特殊超限高层建筑工程实例如下：例1 上海环球金融中心大厦L1.1 工程概况上海环球金融中心大厦建于上海市陆家嘴金融贸易区，系一幢以办公为主，集商贸、宾馆、观光、展览及其它公共设施于一体的大型超高层建筑，其建筑效果图见图L1.1。主楼地下3层，地上101层，地面以上结构高度492m，拟建成目前世界最高的建筑物。大楼建筑面积为252935m2，裙房为33370m2，地下室为63751m2，合计约35万m2。上海环球金融中心结构体系复杂，采用了三重结构体系抵抗水平荷载，它们由巨型框架、钢筋混凝土核心筒和伸臂钢桁架组成（见图L1.2）；核心筒竖向不连续，在57层-60层及78层-79层楼层处进行了二次转换，连接部分构造复杂；伸臂桁架在核心筒内不贯通；周边巨型斜撑不封闭，巨型柱B在42层以上分叉后，所形成的倾斜面上未设置斜撑，由于考虑到建筑立面效果和采光的要求，巨型斜撑采用的是单向斜撑。图L1.1 上海环球金融中心巨型斜撑巨型柱 A带状桁架核芯筒伸臂桁架巨型柱 B巨型柱 A巨型柱 B图L1.2 三重结构体系该结构类型为混合结构，巨型柱采用钢骨混凝土，带状桁架及转换桁架采用钢桁架；巨型斜撑、伸臂桁架采用钢管混凝土；核心筒在79层以下为钢筋混凝土剪力墙，79层以上的核芯筒采用钢支撑和钢支撑外包混凝土的混合结构形式。L1.2 结构超限情况上海环球金融中心的建筑平面为59.95m´59.95m的正方形（图L1.3），形状规则，无局部凸凹；建筑的立面形状逐渐变化（图L1.1），无过大外挑和内收。因此，上海环球金融中心的平面布置和竖向体型无明显的不规则性。但核芯筒竖向布置不连续，这不符合抗震规范4.4.4条规定的“抗震设计时，竖向抗侧力构件宜上下连续贯通”的要求。带状桁架、伸臂桁架和核芯筒内的转换桁架等结构加强层，使得结构的楼层侧向刚度沿竖向分布不均匀。结构高度、高宽比超限情况检查见表L1.1（各符号含义参见JGJ3-2002）。 图L1.3 标准层结构平面 图L1.4 整体结构振动台试验模型表L1.1 结构高度、高宽比检查主楼规范限值检查结果H (m)492190超限B (m)57.95L (m)57.95H/B8.217.0超限上海环球金融中心的高度和高宽比远远超过了规范限值；且结构竖向变化较大；筒体多次转换；多重结构体系混用，是属于特别复杂的超高层结构体系。为确保其结构设计的安全和可靠，深入认识超高层复杂结构体系的抗震性能和破坏机理，建设方委托同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了如下几方面的试验和理论研究工作。L1.3 试验研究内容L1.3.1 整体模型模拟地震振动台试验上海环球金融中心模拟地震振动台试验整体模型为强度模型，由微粒混凝土、镀锌铁丝和镀锌丝网模拟钢筋混凝土，由铜材模拟钢结构。动力试验主要相似关系为：Sl =1/50，SE =0.32，Sa =2.5。整体模型竣工后总高度约为10.184m，模型及配重约14.7t（图L1.4）。沿结构的X和Y方向共布置了40个加速度传感器、9个位移计和25个应变片。试验模拟的地震输入为El Centro波、San Fernando波和上海人工SHW2波。根据模型结构模拟地震振动台试验结果，结构在七度多遇到七度罕遇地震作用下，没发生明显损坏，结构动力反应满足规范要求；在特大地震作用时（8度罕遇），从15层的周边剪力墙向巨型柱转换的6层处，巨型柱出现明显的破坏，7层楼面多根钢柱出现较大变形、甚至屈服破坏，但仍满足“大震不倒”的要求。L1.3.2巨型柱-斜撑-带状桁架弦杆节点的静力反复加载试验试验节点选取53层54层的柱-斜撑-桁架弦杆节点，在一个试件中包含54层和55层位置的两个节点，对所选择的典型节点进行2组不同类型试件的静力反复加载试验：纯钢骨节点试件；钢骨钢筋混凝土节点试件，试件与原型结构的缩尺比例为1：7。每组分别进行2个试件的试验，共制作了4个试件。试验将纯钢骨节点试件加载至破坏；对钢骨钢筋混凝土的节点试件施加相当于罕遇地震水平的荷载。试验结果表明，节点设计满足小震和大震时的抗震要求，并具有较高的安全储备。图L1.5钢骨钢筋混凝土节点试件图L1.6纯钢骨节点试件L1.4 计算分析内容对上海环球金融中心分别进行了如下方面的理论研究：用ANSYS进行整体结构的弹性计算；用ANSYS进行核芯筒转换层的精细有限元分析；对整体结构进行弹塑性动力时程计算；用ANSYS进行试验节点的计算分析 。上述计算结果表明，上海环球金融中心大厦的结构抗震设计满足我国设计标准的要求，节点和整体结构体系具有较大的安全储备，结构抗震性能很好。L1.5 针对超限的结构措施 1 结构的抗震等级适当提高一级（已是特一级的不再提高）； 2 建议适当调整6层以下各层水平刚度，增加结构延性； 3 在伸臂桁架、带状桁架与巨型斜撑的交汇处，加强节点的连接； 4 适当加强6层7层楼层外围钢柱的刚度。例2 海淮海晶华苑2 楼L2.1 工程概况上海淮海晶华苑项目基地位于上海市淮海中路南侧，北靠桃源路，东邻柳林路，西连普安路，南为淮海中路警署和曙光医院。该项目由三栋板式高层住宅楼组成，其中1楼和2楼为29层，3楼为18层，整个基地覆盖一层地下室，为汽车库和设备用房。三栋高层建筑均为底部大空间部分框支剪力墙体系，底部大空间层数为一层，竖向构件由落地剪力墙和框支柱组成，二层及以上竖向构件全部为剪力墙结构。根据高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）的规定，该项目各楼均属于复杂高层建筑结构。另外，2楼为建造空中健身房，在1723层中部楼板缺失，立面上形成两个约20m×20m的大洞（图L2.1），因此结构形式更为复杂。图L2.2 结构底层及标准层平面图图L2.1 淮海晶华苑2楼模型结构立面图L2.2 结构超限情况淮海晶华苑2楼平面长69m，宽18.15m，除底层层高为8.1m，其余各层均为3.05m，结构总高96.55m。该住宅为钢筋混凝土底部大空间、部分框支、短肢剪力墙筒体体系，底层大空间，三个剪力墙筒体落地，并设有24根型钢混凝土框支柱(图L2.1)；2层设钢筋混凝土梁式转换层；1723层中部楼板缺失，立面上形成两个21.35m×19.8m的大洞；在24层布置型钢混凝土梁式转换层；大屋面以上局部突出。L2.2.1 结构超限情况检查（表L2.1，各符号含义参见JGJ3-2002）结构竖向规则性检查：淮海晶华苑2楼为底部大空间部分框支、短肢剪力墙筒体体系，其立面大洞口上部形成连体结构，使得结构体系中部分竖向构件的布置不连续，因此在竖向规则性方面也超限。表L2. 1 结构高度、高宽比、平面形状规则性检查2楼规范限值检查结果H (m)96.55100满足B (m)18.15H/B 5.306.0满足L (m)69.00Bmax (m)18.15B (m)11.10l (m) 7.05b (m)22.25L/B 6.206.0超限l/Bmax 0.390.35超限l/b 0.322.0满足L2.2.2 结构超限结论及针对性研究淮海晶华苑2楼属平面规则性超限、竖向特别不规则的复杂体型高层建筑。为确保该高层结构设计的安全和可靠，首先在同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行2楼整体结构的模拟地震振动台试验，然后针对整体试验中较薄弱的转换层上的短肢剪力墙肢、短肢剪力墙间连梁分别进行了节点的拟静力试验；并对上述内容分别作了计算分析，作为该复杂高层结构优化设计和验证的依据。L2.3 试验研究内容L2.3.1 整体模型模拟地震振动台试验淮海晶华苑2楼模拟地震振动台试验整体模型为强度模型，由微粒混凝土、镀锌铁丝和镀锌丝网模拟钢筋混凝土，由铜材模拟钢结构。动力试验主要相似关系为： Sl