主楼超限结构设计论文

2022-04-21

摘要：随着高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务，某酒店二期项目拟建工程区域范围内，有两条断裂带及两条断裂系对工程场地地震危险性有影响。以下是小编精心整理的《主楼超限结构设计论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

主楼超限结构设计论文篇1：

上海市胸科医院肺部肿瘤临床医学中心病房楼结构设计

【摘要】上海市胸科医院肺部肿瘤临床医学中心病房楼是一座高层病房楼。地下2层，裙房地上3层，主楼地上14层，结构主体采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，属于平面和竖向均不规则的超限高层建筑。

【关键词】框架-剪力墙；超限高层建筑；平面竖向均不规则

1 工程概况

工程位于上海市徐汇区胸科医院内，东临番愚路，南靠虹桥路，西面和北面均为淮海西路。医院建设标准按三级甲等医院。工程为一幢14层的肺部肿瘤临床医学中心病房楼。

病房楼主体结构体系为框架-剪力墙体系，总高度为53.65m（室外地坪至檐口），地下室2层，地下二层部分兼做人防；裙房地上3层，高度15.05m；主楼地上14层[含一层设备层]，总建筑面积约25260m2。

2 基础及地下室结构设计

本工程结构安全等级为二级，基础设计等级为甲级，桩基安全等级为一级。地下室防水等级按二级设计。局部地下室的变配电机房和长期办公逗留部分按一级设计。

根据上述工程地基资料及基础形式建议，本工程高层部分采用带地下室的钻孔灌注桩+承台式桩筏基础，裙房和地下车库部分采用抗拔桩加筏板基础

钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为 D=600mm，设计桩身混凝土强度等级为 C30。高层主楼的灌注桩桩长33米，桩端持力层为⑦1层（草绿色粉质砂土），单桩承载力设计值为 Rd=1950kN。裙楼和地下车库的灌注桩桩长30.5米，桩端持力层为⑥层（暗绿色粉质粘土），单桩抗拔承载力设计值为 Rd=900kN。单桩实际极限承载力应待试桩结束后，根据试桩报告确定，校核设计值。

主楼与裙房桩径一致，桩长不一致，采用同济启明星Pile2006计算所得沉降量为56mm。考虑到主楼与裙房沉降可能不一致，地下室底板至裙房屋面板每层与主楼连接部位布置沉降后浇带，待主楼结构封顶后且沉降稳定后，再浇筑比周边混凝土高一标号混凝土。

3 上部结构设计

3.1 主要设计参数

工程所在地上海市的建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类，特征周期0.9s，按照《建筑抗震设防分类标准》（GB 50223-2008）中4.0.3节第二条"二、三级医院的门诊、医技、住院用房，具有外科手术室或急诊室的乡镇卫生院的医疗用房，抗震设防类别应划为重点设防类"的规定，上海市胸科医院为三级甲等医院，肿瘤临床医学中心病房楼抗震设防重要性类别为重点设防类（简称乙类），结构的抗震措施按设防烈度提高1度，即按8度执行，主体结构框架抗震等级，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级，地下室三榀框支梁、框支柱的抗震等级提高一级（为一级），地下一层剪力墙的抗震等级和框架的抗震等级同地上一层。

3.2 结构布置

该高层病房楼，地下2层，地上14层，其中第三层为设备层，结构主体高度约53.65m。根据本工程建筑平面布置及高度要求，本工程采用现浇钢筋混凝土框架-抗震墙结构，围绕建筑平面中部及两侧的电梯、楼梯间等布置混凝土墙体，形成主要的抗侧力体系，建筑楼屋面板均为现浇钢筋混凝土梁板结构。本工程高层病房楼地下及地上部分建筑平面总长度达77米，最远端伸展后长度约97米，远远超过《混凝土结构设计规范》有关伸缩缝最大间距的设置规定，为保证本工程建筑功能的正常使用及地下部分的防水性能，除建筑、施工等方面采取若干可靠措施外，主樓地下室和上部结构均设置后浇带，并加强屋面板的厚度及配筋。

该结构纯地下室钢筋混凝土框架柱截面大小为500×500，主楼钢筋混凝土框架柱大小由地下室800×900往屋面逐渐减小为600×700，剪力墙主要厚度为400mm、350mm，主楼标准层混凝土外框架梁截面为350×700，内框架梁主要截面为350×500，主楼标准层板厚120mm，屋面板厚130mm。

3.3 结构超限情况和采取的主要措施

根据建设部《超限高层建筑工程抗震设防专业审查技术要点》（建质[2006]220号）和上海市《超限高层建筑工程抗震设计指南》，该高层建筑规则性分析如下：

（1）平面扭转不规则：考虑偶然偏心下计算的扭转位移比大于1.2。（X方向1.47，Y方向1.43）。

（2）尺寸突变：裙房高度（三层，15.05m）占主楼高度（十四层，53.65m）约28%，大于20%；裙房局部收进的水平尺寸为下一层的42.7%，大于25%。（以⑩轴计算）。

因此，本工程高层病房楼为A级高度钢筋混凝土高层建筑，为平面竖向均不规则的超限高层结构，按要求进行了抗震设防专项审查，并获得通过。

由于本工程存在以上超限情况，故采取以下优化布置和加强措施保证结构的安全可靠：

（1）计算方面，采用空间计算程序计算，同时计入扭转影响，采用两种符合实际情况的空间分析程序（SATWE和PMSAP）进行计算分析比较。

（2）针对扭转不规则，采取加大周边框架柱、框架梁截面措施，以加强结构抗扭刚度，抵抗竖向不规则产生的扭转不规则。

（3）对于尺寸突变，采取裙房屋面板加厚，并适当加强配筋。提高平面收进处的平面刚度和结构整体性。混凝土柱、墙的混凝土强度等级在裙房屋面上一层标高处变标号，错开结构刚度突变处。并采取在相邻上下各一层框架柱全长加密箍筋的构造措施，增加裙房屋面上一层刚度。

（4）弹性时程分析补充计算。

（5）二、三、四层主楼北侧设置结构独立柱、梁以满足建筑造型，没有楼板布置，结构计算采用楼板开洞计算。

（6）加强头层两个方向的侧向刚度，控制头层的层间位移角不大于1/2000。

（7）调整抗侧力构件的布置，减小各楼层刚心与质心的偏差，控制位移比不大于1.4。

（8）局部收进层楼板的厚度及配筋全面加强，其上下各一层竖向构件的配筋适当加强，箍筋全高加密。

（9）设备层的短柱按照其剪跨比，采取相应的加强延性的措施；错层部位柱子提高一个抗震等级采取抗震构造措施。

（10）地下室顶板高差部位的竖向构件提高一个等级采取抗震构造措施，箍筋全高加密；水平构件采取高加宽交界处梁的尺寸并采取抗扭构造等方式保证水平地震作用的可靠传递。

（11）底部加强区的高度往上延伸一层取至设备层的上一层。

（12）轴线（10）处主楼与裙房的连接部位用有限元软件MIDAS，在小震弹性和中震不屈服情况下，分析二层～设备夹层主楼与裙房连接部位的楼板的应力分布情况，计算结果满足规范小震不坏、中震可修的要求。

3.4 主要计算结果

1）振型分解反应谱法

本工程采用空间有限元分析软件SATWE和PMSAP进行计算分析，采用CQC振型效应组合方式，考虑扭转耦联效应，同时考虑偶然偏心的影响。多遇地震和风荷载作用下的主要计算结果见表1结构动力特征和表2反应谱法结构地震响应计算结果及图5 层间位移角曲线图、图6 楼层最大剪力曲线图。

采用SATWE和PMSAP程序计算的第一、第二周期均为平动，第三周期为扭转周期。扭转周期与第一平动周期之比，满足规范规定，有效质量系数满足要求。

2）弹性时程分析

在振型分解反应谱法计算的基础上进行了弹性时程分析。弹性时程分析选用Ⅳ类场地上的实测地震波TH2TG090波、TH4TG090波和一条人工地震波SHM2-4。规范要求设防烈度（0.10g）时，多遇地震时程分析采用加速度时程曲线的最大值为35cm/s2。时程分析法中步长取0.02s，阻尼比0.05。主要计算结果见表4时程分析地震结构响应计算结果及图7 时程分析响应曲线。

4 结语

上海市胸科医院肺部肿瘤临床医学中心病房楼是一座高层病房楼，结构主体采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，属于平面和竖向均不规则的超限高层建筑，建筑平面为扇形，通过调整外围结构的抗侧刚度和剪力墙的合理布置增强了平面复杂结构的抗扭刚度，同时用多个软件对其合理性进行验证，并结合结构超限情况采取相应的的加强措施，使结构具有良好的抗震性能，裙房和主楼连接的薄弱部位用有限元软件MIDAS细化分析连接部位的楼板的应力分布情况，局部收进层楼板的厚度及配筋全面加强，竖向刚度突变楼层及相邻上下各一层框架柱全长加密箍筋，设备层的短柱按照其剪跨比，采取相应的加强延性的措施。有效的确保了结构安全。

参考文献

[1] 中華人民共和国建设部. GB 50011-2001 建筑抗震设计规范（2008年版）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 徐培福，傅学怡，王翠坤，等. 复杂高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3] 中华人民共和国建设部.JGJ 3-2002 高层钢筋混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.

[4] 吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南[M].2版上海：同济大学出版社，2009.

[5] 黄志华，吕西林.上海市超限高层建筑工程的若干问题研究[J]. 结构工程师，2007，23（5）：1-4.

[6] 全国民用建筑工程设计技术措施结构[M]. 北京：中国计划出版社，2003.

作者：倪旭伟

主楼超限结构设计论文篇2：

浅谈超限高层结构的抗震设计

摘要：随着高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务，某酒店二期项目拟建工程区域范围内，有两条断裂带及两条断裂系对工程场地地震危险性有影响。本文针对本项目主楼平面及立面都不规则的超限情况及结构特性，对结构进行了弹性动力时程补充计算，以确保抗倒塌能力，

关键词：框架-剪力墙；超限高层；断裂带（系）影响；弹性时程；静力弹塑性

一、结构设计

该酒店主楼平面呈S形，标准层中间轴向长度约124.1m，在主楼中部凸出的楼电梯井边设置一道抗震缝，将主楼切分为两个独立的振动体系，地下室顶板结构连成一体，地下室顶板（±0.000处）作为裙楼及主楼的嵌固端，结构布置时保证地下室的楼层侧向刚度大于相邻上一层侧向刚度的2.0倍，满足规范嵌固条件的要求。本文以主楼抗震缝左侧的结构为例进行抗震设计的介绍。

本工程设有一层地下室，底板结构面标高-5.400m，主楼及裙房基础采用桩承台+防水板的型式，桩端持力层为⑧层（中砂层），均按抗压桩设计，有效桩长约14m左右。单桩竖向承载力特征

值在桩基全面施工之前通过试桩确定。地下室底板、外墙、顶板有覆土部分均采用结构自防水+建筑外防水做法，采用C35防水密实性混凝土，抗渗等级为P6。

根据建设部第111号令及《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，对本工程的各项指标检查如下：（1）建筑高度，主屋面标高43.5m，室内外高差0.3m，建筑高度小于100m，属于A级高度钢筋混凝土框架剪力墙结构。（2）长宽比，建筑标准层宽度B=10.7m（计算至主要抗侧力竖向构件边缘），建筑长度（沿弧向取中间3-F轴的轴向长度）L=61.2m，L/B=61.2/10.7=5.7<6.0，满足规范高层建筑结构长宽比的要求。（3）平面凹进或凸出，标准层电梯井处，凸出尺寸L1为9.4m，标准层相应方向结构投影尺寸Bmax=20.1m，L1/Bmax=46.8%>30%，且大于40%，属平面凸出特别不规则。（4）上部楼层竖向收进，在四层楼面（18.300m标高，18.3/43.5=42%>20%）处，裙房局部收进后的水平尺寸为10.7m，相邻下一层水平尺寸为17.5m，10.7/17.5=61%，小于75%，且小于65%，属竖向局部收进特别不规则。（5）在偶然偏心影响下，楼层的最大弹性层间位移大于该楼层层间位移平均值的1.2倍。

综上所述，本工程存在平面凸出、竖向立面收进等规则性超限，该酒店主楼判定为超限的A级高度钢筋混凝土框架剪力墙结构。采用中国建筑科学研究院的高层建筑结构空间有限元分析软件SATWE对整体结构进行分析；同时采用PMSAP对SATWE结构计算进行校核和对比分析。

二、电算分析

设防烈度7度（0.15g），设计地震分组为第一组，周期折减系数取0.75，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期Tg根据安评报告取0.40s。多遇地震影响系数αmax=0.15，地震力振型组合数30。

（1）嵌固端判别：该工程地下室结构的楼层刚度和相邻上部结构楼层剪切刚度比，X，Y向均大于2.0，故地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。

（2）重力二阶效应及结构稳定判别：X向刚重比EJd/GH**2= 9.54>1.4且大于2.7，Y向刚重比EJd/GH**2= 11.50 >1.4且大于2.7，能够通过高规（5.4.4）的整体稳定验算，可以不考虑重力二阶效应。

（3）结构周期比：SATWE和PMSAP计算分析结果都显示了第一、二振型为平动振型，第三振型为扭转振型，第一扭转周期与第一平动周期的周期比均小于0.90，纵横向的周期也比較接近，对比分析的结果可以接受。

（4）有效质量系数：本工程选取30个振型，累计的有效质量系数均大于90%，说明所选的计算振型数已满足要求。

（5）侧向刚度和扭转刚度控制：框架-剪力墙结构弹性层间位移角的限值为1/800，且控制偶然偏心下位移比小于1.3。满足规范要求。

（6）剪重比：计算分析结果显示了结构在阻尼比为5%时，结构底部第1层及第2层剪重比满足规范2.40%的要求，X向、Y向程序调整系数均为1.0。

（7）竖向结构轴压比控制：框架柱轴压比均控制在0.85以内，剪力墙轴压比均控制在0.5以内。（8）层间刚度比：计算分析结果显示，该工程结构沿高度方向的刚度基本均匀变化，无突变。

（一）小震弹性动力时程分析

采用PMSAP程序进行小震弹性动力时程分析，选用三条波（两组自然波，一组人工波），每条波的有效持续时间均大于结构自振周期的5倍，地面运动加速度峰值为60.6gal，结构阻尼比为0.05。结构底部剪力不小于振型分解反应谱计算结果的65%，平均值与CQC法的比值，x向与y向分别为99%，97%，均大于80%。

（二）静力弹塑性分析

用静力弹塑性分析PUSH验算了在罕遇地震作用下的楼层位移。侧推荷载类型为倒三角形，基底剪力与总重量的比值为1，走步控制采用球面弧长法。经过计算分析，其罕遇地震下的层间位移角X向为1/205，Y向为1/219，小于框架-剪力墙结构的限值1/100，满足规范的要求。

三、综合性评价

本工程结构处于高烈度地区，属于不规则超限的A级高度钢筋混凝土框架剪力墙结构。针对本工程的结构特点，采取了下列抗震加强措施。

（1）在竖向急剧收进的四层楼面（标高18.300），全层结构楼板采用150mm，予以适当加强。该层楼板采用双层双向配筋，配筋率适当提高，同时加强相邻上下层楼板配筋。收进部位的竖向构件配筋也适当加强，加强的范围向下、向下各延伸一层。平面局部凸出部位楼板也适当加强。

（2）在入口大堂挑空处的二层楼面（标高7.500）洞口周边楼板予以加强，板厚取150mm，并采用PMSAP进行弹性板的应力分析，适当加强配筋，双层双向设置。同时适当提高周边框架柱的配筋率和配箍率。

（3）主楼框架柱抗震等级提高一级，按照二级抗震等级采用，适度提高二道防线的安全度。

（4）采用SATWE及PMSAP进行结构的电算对比分析，并仔细调整结构的刚度布置，尽量使得结构的质心和刚度中心一致，减少地震作用的扭转效应，同时加强端头边榀框架梁，提高结构的整体抗扭刚度。控制楼层最大位移比不大于1.3。

（5）对结构进行弹性时程分析，从计算的曲线分析，各楼层的层间位移曲线基本光滑无突变。层间位移均小于1/800，结构不存在薄弱层。每条时程曲线计算所得的结构底部剪力均大于CQC法求得的底部剪力的65%，三条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值大于CQC法求得的底部剪力的80%，很好的满足了规范要求。

（6）为保证结构在大震下具有足够的延性和抗倒塌能力，对结构进行大震下的静力弹塑性分析，在大震作用下结构的x向、y向结构能力曲线与结构的需求谱曲线相交，结构具有足够的抗倒塌能力，满足“大震不倒”的性能目标。在大震作用下结构的最大侧向位移均在1/200左右，满足规范要求。

四、结语

通过SATWE及PMSAP两种有限元程序的结果对比分析，在采取了有效的抗震措施后，两种程序计算所得的结构周期、周期比、层间位移、位移比等各项指标都较好的满足规范的要求，该结构具有较好的抗震性能。

参考文献：

[1]吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南（第2版）[M].上海：同济大学出版社

作者：韩明章

主楼超限结构设计论文篇3：

某L形超限高层框剪结构的抗震设计加强措施

【摘要】结合某超限高层的结构设计实例，对项目的具体工程概况以及结构超限判断进行了介绍与分析，并根据本项目的超限情况及软件计算结果，提出了具有针对性的抗震加强措施以及对墙、柱、梁和板的抗震加强设计方法，并对一些共性问题进行了总结与探讨。

【关键词】超限高层;超限判断;框剪结构;抗震加强措施

随着全世界经济水平、建筑结构设计分析方法以及施工技术手段的不断进步和发展，现代建筑逐渐的呈现出超高化、形体多样化和功能复杂化的特点，越来越多的超限高层建筑应运而生。在高层建筑的设计过程中，抗震设计一直都是结构设计中的一个主要目标，也是一个工程设计过程中的重点、难点。特别是针对超限高层的抗震设计，建设部在2002年就发布了111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》，明确了在抗震设防区内的超限高层项目需提交结构抗震设防设计论证报告。报告须对结构的超限情况进行判断分析，同时给出不同计算软件在各种地震作用下的计算分析结果，并针对性的提出抗震加强措施，这些给当代结构设计师带来了新的难点与挑战。本文将结合具体工程实例对上述要点进行阐述与分析。

1、工程概况

某超高层酒店总建筑面积约3.7万m2，主楼地上31层，地下2层，地上部分1-2层为商业裙房，3-31层为酒店，地下室为两层车库。建筑高度为139.6m，屋顶构架结构顶标高达到151.5m，地上部分各层层高均为4.5m，地下室两层层高分别为5.2m、3.5m，基础埋深约为9.0m。

本工程结构形式为框架-剪力墙结构，设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，建筑抗震设防分类为丙类，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地類别为II类，设计基本加速度值为0.05g，场地特征周期为0.35s，框架及剪力墙抗震等级均为二级，整体计算嵌固端为地下室顶板。

本工程地上平面呈内角为115度的L形，典型平面柱网为4.8mX6.7m及7.0mX7.9m，结构布置详见图1。其中二层平面L形拐角处因酒店大堂要求通高大空间而导致大范围楼板开洞且无框架梁拉结;标准层因酒店房间功能单一，故除开拐角处、两个核心筒、两侧山墙面布置有剪力墙外，其余均为框架+整跨楼板。

（a）二层结构布置平面

（b）标准层结构布置平面

2、结构超限分析判断

本超高层酒店采用框架-剪力墙结构体系，其抗侧力体系主要由剪力墙形成第一道防线，混凝土柱形成第二道防线，水平设置连梁和框架梁形成主要耗能体系。酒店标准层平面尺寸为（41.5m+35.0m）x17.5m，结构高宽比约为5.46（按最不利等效宽度25.57m计算），结构高度139.6m大于130m，即超过规范规定的钢筋混凝土框剪结构的A级高度限值，属于B级高度高层。

根据YJK2.0.3模型计算结果，结合建质[2015]67号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中的条文规定，结构考虑偶然偏心的扭转位移比为1.39>1.2;L形的平面形状导致偏心率大于0.15、平面凹凸尺寸大于相应边长的30%;二层拐角处的门厅大堂开洞和电梯井洞太近，导致拐角处楼板有效宽度小于50%;同时二层的门厅大堂开洞也产生了局部的穿层柱。

综上所述，本结构存在：1a扭转不规则、1b偏心布置、2a凹凸不规则、3楼板不连续以及7局部穿层柱的问题，同时具有I类超限分类表中四项不规则，属于B级高度超限高层结构。

3、抗震加强措施

针对本工程的超限情况以及结构布置，在结构抗震设计中，采取了多项加强措施以提高重要构件及节点等的设计标准。

3.1 针对二道防线的措施

本工程剪力墙作为结构抗侧力的第一道防线，第二道防线为钢筋混凝土柱与外框钢筋混凝土梁组成的钢筋混凝土框架，为保证第二道防线的可靠性，采取如下措施：

（1）在尽可能控制经济性能并不影响建筑功能的前提下，采取控制柱轴压比、增大柱截面与加大外框梁截面的方式以提高外框架的抗侧刚度，增加外框架的剪力分担比。

（2）通过框架剪力按0.2V0与1.5Vf，max调整的方式，提高外框柱强度储备，保证二道防线安全。

3.2 针对剪力墙的加强措施

为增强剪力墙的受力性能，改善剪力墙的延性，采取如下措施：

（1）严格控制加强区墙体在重力荷载代表值下的轴压比在0.6以下，对楼板洞口周边的剪力墙适当加厚。

（2）在较长墙肢中设置结构洞口，以减小单片墙肢的长度和刚度。

（3）底部加强区域内，提高角部墙体的约束边缘构件配筋率，提高加强区墙体的承载力和延性。