超限高层建筑结构抗震设计需重视的几个问题-徐培福
高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策
高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策【摘要】高层建筑在抗震设计中存在诸多问题，如设计标准滞后、结构设计不合理、施工工艺不当、监理不严格等。
为提高抗震性能，需加强设计标准修订、优化结构设计、控制施工质量、严格监理、协调抗震与节能设计。
通过这些对策，能有效提升高层建筑的抗震能力，确保建筑安全稳定。
【关键词】高层建筑、结构、抗震设计、设计标准、抗震性能、施工工艺、材料选择、监理、质量控制、节能设计、对策、修订、更新、优化、施工质量、监理力度、协调、双赢。
1. 引言1.1 高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策高层建筑作为城市的地标性建筑，其结构抗震设计至关重要。
在实际工程实践中，高层建筑结构抗震设计存在着诸多问题，需要采取相应的对策进行解决。
设计标准滞后，无法满足实际需求。
当前的抗震设计标准与高层建筑结构的复杂性和变化性不相适应，需要加强标准的修订和更新。
结构设计不合理，抗震性能不足。
一些高层建筑的结构设计存在缺陷，导致其在地震等自然灾害中易受损，需要优化结构设计，提高抗震性能。
施工工艺和材料选择不当也会影响结构抗震性能。
在施工过程中，需严格控制施工工艺和材料质量，确保符合抗震要求。
监理不到位、质量控制不严格也是问题之一，需要加强监理力度，确保施工质量。
抗震设计与节能设计之间存在矛盾，需要协调抗震设计与节能设计，实现双赢。
为了提高高层建筑结构的抗震性能，需要全面思考这些问题，并采取相应的对策，以确保高层建筑结构在面对各种自然灾害时能够安全稳固地屹立不倒。
2. 正文2.1 问题一：设计标准滞后，无法满足实际需求设计标准滞后是高层建筑结构抗震设计面临的主要问题之一。
由于抗震设计标准的滞后，很多高层建筑的结构设计并不能满足当前社会的实际需求，造成了抗震性能不足的情况。
设计标准的滞后意味着设计中所采用的抗震参数和计算方法可能已经过时，无法充分考虑到地震对建筑结构的影响。
随着地震工程领域的不断发展和新技术的涌现，原有的设计标准已经难以满足当前的抗震需求。
高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策
高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策高层建筑在抗震设计中存在一些问题，这可能导致建筑物在地震发生时不具备足够的抗震能力。
以下是一些常见的问题以及相应的解决对策。
高层建筑结构抗震设计中的一项常见问题是结构刚度不足。
在地震中，结构刚度不足会造成建筑物的振动幅度变大，进而导致结构破坏。
为解决这一问题，可以采用增加结构横向刚度的方法，如在结构中添加剪力墙、拱墙等。
还可以通过增加结构的柱、梁尺寸，或者增加钢筋混凝土构件的数量和尺寸，以提高结构的整体刚度。
高层建筑结构抗震设计中的另一个问题是柱的弯曲效应。
柱的弯曲效应会导致层间位移不协调，进而引起结构的破坏。
为了解决这个问题，可以采用增加柱截面面积的方法，以提高柱的强度和刚度。
在设计过程中，还可以合理确定柱的位置和数量，避免出现柱间距过大或过小的情况，从而减小柱的弯曲效应。
高层建筑结构抗震设计中还存在一个问题是结构的柔度不足。
柔度不足会导致结构在地震中产生较大的位移和变形，从而增加结构破坏的风险。
为了解决这一问题，可以采用增加结构的减震措施。
常见的减震措施包括添加阻尼器、加装隔震装置等。
这些减震措施能够有效地吸收和分散地震能量，减小结构的位移和变形。
高层建筑结构抗震设计中还需要考虑地基的影响。
不稳定的地基会导致结构在地震中发生倾覆或沉降，进而造成严重的安全问题。
为了解决这一问题，可以采用加固地基的方法，如在地基中设置加固桩、提高地基承载力等。
在选择建筑地点时，应该优先选择地质条件较好的区域，避免选择存在地质灾害隐患的区域。
高层建筑结构抗震设计中存在的问题包括结构刚度不足、柱的弯曲效应、结构柔度不足以及地基不稳定等。
针对这些问题，可以采取增加结构刚度、增加柱截面面积、添加减震措施以及加固地基等解决对策，以提高结构的抗震能力。
超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究_徐培福
超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究徐培福 戴国莹(中国建筑科学研究院)摘要:基于性能的设计方法已引起工程界的关注,在超限高层建筑的结构抗震设计中,采用基于性能要求的抗震设计方法,有助于提高高层建筑工程抗震设计的可靠性、避免抗震安全隐患,同时又促进高层建筑技术发展。
本义阐述基于性能抗震设计方法与常规抗震设计方法的比较;针对超限高层建筑结构的特点,提出结构的抗震性能目标、性能水准以及实施性能设计的主要方法,包括性能水准判别准则、性能目标的选用及结构计算和试验要求。
文中还列举了应用性能设计理念和要求的部分工程实例。
关键词:超限高层建筑;抗震设防;基于性能设计中图分类号:TU201TU972.+4 文献识别码:A 文章编号:1000-131X (2005)01-0001-10PERF ORMANCE -BASED SEISMIC DESIGN OF TALL BUILDING STR UC TU RES BEY ONDTHE C ODE -SPECIF IC ATION Xu Reifu Dai G uoying(China Academ y of B uilding Research )A bstract :The performance -based design method has caught attention in engineering .In the seismic design of tall building structures beyond the code -specification the performance -based design method is an available counter -measure to guarantee the reliability of the seismic design ,to ensure the earthquake safety of tall building structures ,and to promote the development ofthe advanced technology for high rise buildings .This paper pr esents comparisons between the performance -based design meth -od and common design methods ,recommendations on the performance objectives ,performance levels ,as well as the proce -dure to carry out the performance -based seismic design of tall buildings beyond the code specification ,including criteria of performance levels ,selection of perfor mance objectives and requirements for structural analysis and test .Some practical engi -neering cases which has employed the conception and requirement of performance -based design ,are also described .Keywords :tall building beyond the code -specification ;seismic fortification ;perfor mance -based design收稿日期:2004-11-03,收到修改稿日期:2004-11-181 前言基于性能的抗震设计理念和方法,自20世纪90年代在美国兴起,并日益得到工程界的关注。
高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策
高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策高层建筑的抗震设计一直是建筑工程领域关注的重点问题。
在当今世界各国城市化进程迅速推进的背景下，高层建筑的数量不断增加，因此对其抗震性能的要求也日益提高。
目前高层建筑结构抗震设计存在不少问题，需要有针对性的对策加以解决。
本文将就高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策进行分析和探讨。
1. 地震动参数不准确：地震动参数是进行高层建筑结构抗震设计的重要依据，但目前地震动参数的获取和预测存在不确定性和误差。
地震动参数的不准确会直接影响到高层建筑结构的抗震性能，导致设计不达标或者过度消耗资源。
2. 结构抗震性能验证困难：高层建筑结构抗震设计需要通过大量的计算和试验来验证其抗震性能，但是目前针对高层建筑结构抗震性能验证的技术手段和方法还比较不成熟，导致验证工作存在一定的困难。
3. 结构设计参数不合理：在高层建筑结构设计过程中，存在着结构设计参数不合理的情况，如梁柱剪力配筋率过小、柱子截面尺寸过小等，这些不合理的设计参数会直接影响到结构的抗震性能。
4. 设计与施工之间的脱节：高层建筑结构抗震设计的过程中，设计人员和施工人员之间存在着一定的脱节，导致设计图纸与实际施工存在偏差，从而影响结构的抗震性能。
高层建筑结构抗震设计的对策：1. 完善地震动参数的获取和预测：需要通过大量的地震动监测数据和先进的地震动预测技术手段，来完善地震动参数的获取和预测，以提高地震动参数的准确性和可靠性。
2. 探索新的结构抗震性能验证技术手段：需要加快推进新的结构抗震性能验证技术手段的研究和应用，如基于大数据和人工智能技术的结构抗震性能模拟和验证方法。
5. 加强抗震意识与培训：需要加强高层建筑从业人员的抗震意识和培训，提高他们对高层建筑结构抗震设计的认识和理解，从而更好地协助设计人员和施工人员进行抗震设计工作。
6. 建立完善的抗震设计标准体系：需要加强对高层建筑结构抗震设计的规范和标准制定工作，建立完善的抗震设计标准体系，为高层建筑结构抗震设计提供统一的技术依据。
高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策
高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策高层建筑结构抗震设计是一个十分重要的工作环节。
在发生地震时，高层建筑的结构抗震性能将会被严重考验，如果设计不合理，将会导致严重后果。
因此，需要我们对高层建筑结构抗震设计存在的问题进行认真的探讨，并提出相应的解决对策。
1.设计对荷载工况考虑不全面。
在高层建筑结构抗震设计中，设计人员需要考虑很多地震荷载工况，包括地震作用下重力荷载、风荷载、振动荷载等等，如果设计人员对荷载工况考虑不周，就会导致在地震时建筑结构抗震性能出现失灵现象。
2.设计中无法有效预测地震峰值地面加速度。
地震峰值地面加速度是指地震时地面运动的最大加速度，它是决定建筑结构抗震性能的重要参数之一。
然而，目前的地震预报预警系统还不能准确预测地震峰值地面加速度，这使得高层建筑结构抗震设计难以顾及到这一因素。
3.抗震设计中材料性能、结构形式等问题。
材料性能、结构形式等因素直接影响着高层建筑结构的抗震性能，如果设计中这些因素没有得到妥善的考虑，就会导致高层建筑结构在地震时出现严重变形、结构破坏等现象。
2.创新预测地震峰值地面加速度方法。
考虑到目前预测地震峰值地面加速度存在一定的不确定性，设计人员应该在设计中预留一定的安全裕量。
此外，还可以探索使用机器学习等技术进行地震预测，以提高预测地震峰值地面加速度的准确性。
3.优化材料性能和结构形式。
高层建筑结构抗震性能与材料性能、结构形式等因素密切相关，优化这些因素可以提高结构的抗震性能。
例如，使用高强度、高韧性的钢筋和混凝土，可以提高结构的抗震性能；采用几何对称结构或板-柱结构可以降低结构在地震时出现的不对称变形。
综上所述，高层建筑结构抗震设计是一个十分严肃的工作，设计人员需要全面考虑地震荷载工况、创新地预测地震峰值地面加速度方法，以及优化材料性能和结构形式，从而保证建筑结构有良好的抗震性能。
超限高层建筑工程抗震设计中的若干问题
!" #
平面规则性超限程度的控制及概念设计 平面布置中的凹口深度超限的情况 （如图 2a 所
示） ， 平面中楼板间连接较弱的情 b / B 的值不大于 0. 5。 况（如图 2b 所示） ，( S1 + S2） / B 的值不应小于 0. 5，或
( a ) 凹口太深 ( a ) Deep indentation for the iayout ( b ) 楼板间连接较弱 ( b ) Weak iinking between the siabs
图l Fig. l
计算高宽比时平面宽度的取值
VaIueS ofቤተ መጻሕፍቲ ባይዱIayout width when computing the height-to-width ratio
超限程度应满足建设部关于超限高层建筑工程 的暂行规定。接近超高上限时，宜在结构的底部设置 抗震性能良好的竖向构件，如采用型钢混凝土柱、钢 管混凝土柱、型钢混凝土墙等，以保证结构底部构件 的良好延性。 在计算高宽比时， 目前对高度 ( H ) 方面的计算取 值较明确，一般是从地面算至檐口的高度；有坡屋顶 时计至坡屋顶一半的高度。但在宽度的计算方面无明 确的规定，这主要是由于平面形式的复杂多变引起 ] 的。 一般情况下， 应按高层规程 [ l（ 图 2. 2. 3 建筑平面） 中的 B 取建筑平面的宽度，但这里也有不合理的地 对于可按规则建筑进行抗震分析 方。作者认为，（l） 的结构 （例如当平面中的局部突出部分的 l / b!l 且 l4
l / B max !0. 3 ， l / b!l ， L / Bmax ! 4 （ d）
限值可从规范中取消。 在抗震构造措施方面，应加强顶部 2 ~ 3 层及 屋面突出物中的竖向构件的延性，适当加强其配 筋。对底部 2 ~ 3 层的竖向构件， 要适当降低其轴压 比， 并同时增加竖向钢筋和水平钢筋 ( 包括箍筋 ) 的数 量。
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剪力墙结构，170米，中震不屈服
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外支撑框架无楼板连接
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花隔外框加普通 外框，楼板不连 续，梁加强，中 震不屈服，试验
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楼板作用
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4. 实例
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大连国贸 330米， 内筒外框， 中震下弹 性，内筒 大震下不 剪坏，外 框25％总 剪力，斜 撑剪力墙 试验。
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超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
1. 性能目标的选定
建筑物性能目标=在某一设定的地震地面 运动下（小震、中震、大震），建筑物的 性能水准。
建筑物的性能水准为结构的性能水准，与 非结构性能水准各种组合。
对“超限”高层结构抗震设计，先不涉及 非结构，将结构的安全性能水准具体化。
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120米，框 支层中震 不屈服， 减少扭转 效应，楼 板连接部 位出铰进 行复核。
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连接体及相 邻墙体中 震不屈服， 竖向地震 时程分析， 连体跨中 6-7倍， 模型试验。
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超限高层建筑抗震设计中的问题及解析
质量 是建 筑 的 核心 ， 而 建 筑 的抗 震性 能 超 限 高 层 建 筑 抗 震 的 性 能 降 低 ， 使 得 建 筑 筑 物 只考虑 到外观 设 计 ， 却忽 略 了建 筑 的 受 是 体 现 建 筑 质量 的 主要 因素 ， 对 建 筑 质量 的 整 体缺 乏安 全 性 和稳 定 性 。 影 响极 大 ， 然而 ， 在 当今 超 限高层建 筑 抗震 设
一
对 建筑 受 力体 系进 行分 析 ， 通 过以 前 的经 验
的 质量 要求 提 高 了， 同时也 对 建 筑 物 的 外 观
１ 超 限高 层建 筑 抗 震 设 计 中的问题
１ ． １ 材 料对 超 限 高层建 筑抗 震 设 计的 影 响
直 接 按 部 就 班 的 放 到设 计里 ， 最 终 导 致 建 有 着 一 定 的 要 求 ， 美观 、 大气、 上档 次 是 建 筑 的 受力 体 系与 抗震 设 计 发 生了矛盾 ， 造 成 筑 外观 表 现 出来 的 典 型特 点 ， 但 是 有很 多 建 力体系， 对 建 筑 物 的 抗 震 性 能 带 来 直 接 的 影响 ， 如 果 这 种 现 象 出现 在 超 限 高 层 建 筑
些 工作人 员在 设计 中会将 一 些 其他 的建 筑 抗 解 再 进 行 相应 的 设 计 ， 尤 其是 材 料 的 性 能 力 学 的知 识 来寻 找 超 限 高 层建 筑 抗 震 设 计 震 设 计 方案 引入 到 该 建 筑 物 中， 而 由于 建 筑 参 数一 定要 做 好 详细 的 分 析， 因为有 很 多材 受 力体 系中的 平 衡 点， 以此 来 实现 超 限 高 层 物 的高 度以 及整 体 结 构 都 有所 不 同， 导 致 出 料 类 型 差不 多， 但是， 还 是 有 着 细 节上 的 差 建 筑 的 抗震 要 求 。
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7度，65层，305m
2层、5层楼板开大洞
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3. 结构方案设计中注意的问题
⑤ 结构两个正交方向的第一平动周期比大于0.8
– 天津嘉里中心，59层，200m – 调整前T1x=4.654s，T1y=3.653s，T1x/T1y=0.785
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3. 结构方案设计中注意的问题
⑥ 加强层伸臂桁架深入筒体剪力墙 伸臂桁架内力计算可不计楼板作用
– 层抗剪承载力计算中，加强层的斜撑承载力不能采用 25 绝对值的叠加
南京德基广场： 49层，209m， 11层、24层、37层设加强层
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Ki Vi / Ui
Ki Vi / Ui / hi
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3. 结构方案设计中注意的问题
④ 楼板大开洞
– 情况复杂 – 弹性楼板不计入平面外刚度，按大震计算楼 板应力 – 计算对竖向构件的不利影响
U2(m)
罕遇地震作用下，所有连廊隔震支座的最大变形分 别为39.5cm，支座选用最大位移量50cm
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3. 结构方案设计中注意的 问题
⑧ 鞭梢效应的计算 按大震分析
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4. 对计算分析的要求
① 现有软件为结构工程师提供了十分必要的 分析工具，但仍需要工程师的分析判断 ② 弹性静力分析的计算原则严格遵守规范规 定 ③ 工程计算出现怪异情况的，设计工程师要 分析，软件工程师要及时改正
B12T1N B12T1S B12T2N B12T2S B23T2N B23T2S B23T3N B23T3S B35T3N B35T3S B35T5N B35T5S B56T5N B56T5S B56T6S B56T6N B69T6N B69T6S B69T9N B69T9S B78T7N B78T7S B78T8N B78T8S B89T8N B89T8S B89T9N B89T9S
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4. 对计算分析的要求
⑦ 特别复杂的超限高层结构计算应考虑施工 模拟 – 抗震设计的内力组合应以施工全过程完 成后的静载内力和位移为初始状态 – 施工中应采取可靠的支撑体系
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4. 对计算分析的要求
⑧ 大震作用下的弹塑性分析的目标和内容
– 位移、层间位移<1/100 – 塑性铰出现次序、分布 – 剪力墙连梁如不能保证抗剪承载力，则计算 中不能作为塑性铰而仅仅是铰接链杆 – 各构件的损坏情况，薄弱部位分析
• 结构比较规则
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• 设防烈度6度，实际影响烈度7度
– 轻微损坏
• 设防烈度7度，实际影响烈度8度强～9度
– 损坏比较多，没有严重破坏
• 设防烈度7度，实际影响烈度9度强
– 没有严重破坏
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二、超限高层应适当提高 抗震设防标准
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1.提高抗震设防标准的必要性
• 地震发生的不确定性 • 地震区划（设防烈度）可能出现的误差
超限高层建筑结构抗震 设计需重视的几个问题
中国建筑科学研究院 徐培福
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一、汶川大地震高层 钢筋混凝土结构震害概括
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汶川大地震高层钢筋混凝土结构震害概括
建研院70多名专家反映的四川、甘肃、陕西某些城 镇情况： • 高度：8层～30层 • 结构类型
– – – – 框架 框架－剪力墙 剪力墙 框架－核心筒
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4. 对计算分析的要求
④ 弹塑性分析的软件，工程计算结果有时出 现不合理情况。如不能比较合理的计入结 构阻尼比，使弹塑性计算的基底剪力大于 弹性计算结果。计算参数的随意性大
弹塑性分析软件要加紧研究改进
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4. 对计算分析的要求
⑤ 高度超过200m的超限高层结构 – 要进行弹塑性时程分析 ⑥ 高度超过300m或新型结构体系或特别复 杂的超限高层 – 要有另一个单位，采用不同的软件进行 独立计算校核
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北京财富中心II期
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3. 结构方案设计中注意的问题
⑦ 滑动连体要按大震计算其位移量，预留足够 的间隔
北京当代MOMA
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0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
X向El-Centro波
0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 0 2 4 6 8 10 Time(s) 12 14 16 18 20
• 全高范围 • 关键部位
• 性能目标
– 正截面承载力（压弯、拉弯、轴压、轴拉）
• 中震弹性 • 中震不屈服
– 抗剪承载力
• 大震不屈服 • 中震弹性
相当于设防烈度 提高1度多
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② 对设计反应谱和地震动参数、 地震波选取的要求
• 小震反应谱、地震动参数取规范和安评报告的较大 值 • 中震、大震以规范为主，如安评报告的地震反应较 大，作为参考 • 弹性和弹塑性时程分析至少采用三组地震波，各组 地震波反应谱要与设计反应谱相近
调整后最大墙厚1m
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北京财富中心II期,61层，264m
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北京财富中心II期
• 8度，61层，264m • 钢管混凝土柱、钢梁
– 钢管混凝土柱外径1.3m
• 钢板剪力墙：基底～13层
– 首层层高10.47m，墙厚1.2m – 二层墙厚1m
• 26层、41层设加强层
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3. 结构方案设计中注意的问题
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3. 结构方案设计中注意的问题
① 特别复杂或高度超B级高度
– 宜采用钢与混凝土组合构件或钢构件 – 控制自重（1.6t/m2）和剪力墙厚度（1.2m）
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沈阳茂业中心 主塔楼： 7度，70层， 284m
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结构方案对比 结构体系 钢筋混凝土框架 型钢混凝土筒 钢管砼柱钢梁 型钢混凝土筒 总质量 （万吨） 26.5 21.8 每平米质量 （吨/米2） 1.76 1.43
② 框架－核心筒及框架－剪力墙结构中， 框架剪力调整
– 取0.2V0和1.5Vimax的较小值（不能自定放大 系数2.0等），有利于防止各个击溃 – 超B级高度较多时，取0.2V0和1.5Vimax的较 大值
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• 中震复核计算中，框架剪力调整仍需要， 但框架梁不必调整，有利于强震下的“强 柱弱梁” • 除9度一级外，按 Mc c Mb ，低估了梁的 极限抗弯承载力（实配钢筋及楼板作用未 考虑），相反高估了柱的承载力（强震下 柱轴力变化降低其承载力）
– 设计中取三组地震波反应的包络值 – 美国2007年旧金山北加州结构工程师协会“非常规高层 建筑抗震设计和审查公告”规定七组地震波反应的平均 值
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三、超限高层抗震设计的 若干要求
超限高层抗震设计的若干要求
1. 对业主及建筑师要从技术可行性及经济代 价上加以必要协调和约束 2. 对无震害经验、无试验依据、现有软件难 以分析判断或抗震概念上难以接受的结构 方案、构件、节点，要进行必要的试验研 究 3. 结构方案设计中需注意的问题 4. 对计算分析的要求
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3. 结构方案设计中注意的问题
③ 层刚度比和层抗剪承载力比
– 不宜有层刚度和层抗剪承载力都比较弱或刚满足规范 限值的楼层 – 刚度计算 Ki Vi / Ui 美国UBC Ki Vi / Ui / hi
• • • 国内有不同意见，目前正在研究。一般情况下仍先按规范规 定 纯框架结构：砌体填充墙对层刚度影响大，计算中宜考虑层 高增加直接降低层抗剪承载力，按规范计算层刚度比较合适 剪力墙、框剪、框架－核心筒结构，与纯框架结构不同。通 过研究确定是否采用 Ki Vi / Ui / hi 。对加强层、设备层也 可先按此计算。
地震区划考虑地震发生的概率、风险及现实的经 济条件确定 30多年来，仍有8次强震发生在低烈度区或附近
• 1976年唐山大地震 • 2008年汶川大地震
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• 国家、业主有较好的经济实力 • 超限高层严重破坏、倒塌对社会、人民生 命、经济产生巨大伤害和冲击
– 超限高层建筑集中成千上万人员 – 强震时难以逃生（绝对位移振幅可达几米）
• 目前国内外的技术水平很难对超限高层强 震下的性能作出有把握的判断 • 适当提高抗震设防标准，增加的造价仅占 总造价的5～10％
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2.提高抗震设防标准的主要措施
① 适当提高抗震性能目标 ② 对设计反应谱和地震动参数、地震波选取 的要求
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① 适当提高抗震性能目标
根据超高和复杂的程度确定性能目标 • 加强范围：竖向构件、转换构件、斜撑等关键构件