高层建筑结构超限设计.doc

高层建筑结构超限设计探讨摘 要 按我国的最大适用高度，从室外地面算起，凡超过了b级高度建筑180m的最大适用高度均被称为高层超限结构设计。本文针对建筑高层超限设计进行具体分析以及提出相应的措施与大家共同探讨。关键词 高层建筑 结构 超限设计 措施一、高层建筑超限设计分析的主体因素（一）基于性能的抗震设计能否满足抗震性能目标小震作用一般采用规范规定的振型分解反应谱法或者弹性动力时程法对结构进行计算分析，中震一般采用弹性计算并采用结构构件的屈服判断分析法进行判断控制，大震采用静力弹塑性的pushover推覆分析及动力弹塑性分析分别进行计算，以判断结构是否达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”各阶段相应的抗震目标。（二）考虑可能的风载作用控制并验算风作用下舒适度虽然风荷载作用并不属于抗震超限审查的必须项目，但基于高层超限结构工程的经验来看，由于高度较大的超高层周期较大，往往由风而不是地震起控制作用，故根据建筑结构周期的特点建议对超限设计分析时，加入风载的分析内容。具体分析指标时要分析其它一些受相邻超高层建筑物风扰影响的超高层建筑的风洞试验的结果，如根据超限结构工程可能会发生横风作用大于顺风而起控制的情况，应结合工程超限结构及体型特点，预估即使由横向风作用控制，比对应方向顺风作用的增大值会不会超出，在超限计算中，应对两个方向的风压值分别乘以1.3的放大系数进行相应的位移和强度计算，以此来考虑可能起控制的横向风作用和最佳舒适度。（三）根据高层超限结构构件和刚度需求分析温差效应由于高层竖向构件筒体、柱截面和刚度较大，不可避免要对现浇混凝土楼盖梁板沿水平方向的温差变形产生较大的约束，从而各自产生相应的约束内力，称为水平温差效应。实际设计中主要考虑由楼屋盖中面在施工和使用时与混凝土终凝时温度的差值对结构所引起的附加内力。（四）针对超限分析要考虑混凝土徐变收缩对结构的影响徐变收缩是混凝土固有的特性，钢结构则不存在徐变收缩问题，混凝土随着作用在其上的压应力时间持续，将持续发生变形徐变变形。一般来看。超限高层建筑由于竖向构件高度大，其徐变变形累计大，并通常伴随着收缩变形同时发生，这样两种变形的叠加，将使整个超高层建筑竖向构件后期非荷载直接引起的塑性变形达到一个量级，会接近甚至超过荷载直接引起的弹性变形而不容忽视，可能会对部分结构构件和非结构构件造成较大的不利影响，因此实践工程设计时要对混凝土徐变收缩的影响进行量化分析，评估其不利影响的程度，以判断是否需采取相应对策，以为建筑结构和非结构构件提供可靠的质量保证。二、高层结构超限设计中主体问题的解决措施采用基于性能的抗震设计方法，对结构是否达到小、中、大三个阶段的抗震性能目标进行量化分析判断，在考虑竖向荷载、风和小震的作用时，采用规范方法进行计算和设计，构件基本不超筋，则可基本保证结构构件处于弹性阶段，实现小震作用时结构“处于弹性，结构完好、无损伤”的第一阶段抗震性能水准。对中震作用，采用弹性计算，选用中震的地震反应谱曲线，计算中荷载及材料的分项系数、抗震承载力调整系数均取1.0，不考虑地震作用的内力放大调整，并取材料的强度为标准值，当这时构件的地震作用组合效应不大于按强度标准值计算的抗震承载力，则可判断构件为中震不屈服。竖向构件及与外框柱及内筒剪力墙面内相交的主要框架梁均不出现屈服，梁均不出现受剪屈服，在小震及屈服判别地震作用1时，所有梁不出现受弯屈服；在判别地震作用2及中震时，核心筒连梁仅出现程度较轻的屈服（主要表现为面筋配筋率略2.5%），可判断为轻微的损伤；另，右侧的边框架梁在中震下也出现轻微屈服，经将梁宽度适当加大后，即可满足该梁中震不屈服。实际设计时，将按小震和中震两者的较大值对构件进行配筋，这样则能实现中震作用下结构“重要构件不屈服，其它构件部分允许受弯屈服，可修复使用”的第二阶段抗震性能水准。对大震作用，则可以采用相应软件对结构进行静力弹塑性分析（pushover）及用接口程序bepta进行模型的前处理和准备工作后通过分析软件对结构进行动力弹塑性分析。按弹塑性程序计算所反映的塑性发展程度来对构件以至整个结构进行相应的性能评价。针对高层超限建筑结构特点，对工程进行超限设计时，除超限审查本身所要求的抗震方面的内容外，还应对风载作用、温差效应、混凝土徐变收缩的影响、解决钢管柱与混凝土内筒间竖向压缩变形差对框架梁产生过大附加内力的对应措施等进行分析，虽然这些因素并非抗震超限审查的必须内容，但确都属于高层超限结构能否真正实施所必须分析和解决的问题。三、总结当进行采用软件在施工模拟进行分析中，应综合考虑在施工阶段由主体结构去承受后加的恒载、活载、风载及地震等作用，计算中同时考虑混凝土与钢管混凝土徐变收缩的等影响的诸多因素，才能确保满足高层超限结构设计的要求。参考文献：1金辉.超限高层建筑结构设计j.城市建设理论研究（电子版），2012，(8).