某超限高层建筑结构楼板的应力分析
高层建筑楼板应力的测试与分析
高层建筑楼板应力的测试与分析作者：黄扬宝来源：《城市建设理论研究》2013年第03期摘要：主要介绍了某超限高层住宅塔楼的工程概况，验算其在风荷载、多遇地震及设防地震作用下，标准层的楼板应力分析过程，得出了薄弱部位墙体的应力分布情况，并根据结果提出了相应的抗震加强措施，以满足建筑物的结构设计要求。
关键词：超限高层；楼板应力；墙体应力；抗震加强措施中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：1、工程概述本超限高层住宅塔楼高143.40m，地上4层商业38层住宅，地下2层地下室。
属超B级高层建筑，在6层板面转换，为部分框支剪力墙结构。
本塔楼根据建筑功能要求并结合结构抗侧力的需要，利用电梯井、楼梯间设置筒体剪力墙，标准层墙厚为200mm～400mm。
转换层以下、塔楼中心筒体及周边部分墙体落地，其余均为框支柱转换。
为减少转换层上、下层刚度突变，落地剪力墙及筒体加厚，厚度200mm～1200mm。
针对顶层楼板上下表面温度较大而易于产生和积聚温度应力的情况，设计上除采取上述措施外，还增加部分无粘结预应力钢筋，以有效地控制温度应力引起的结构裂缝的产生和发展，确保建筑物在任何温度环境下，不出现任何形式的有害裂缝。
预应力施加在纵向的主梁和次梁上，通过梁向板施加预应力楼板的预应力筋从24层开始布置，屋面也有预应力筋。
为了验证该设计方案的有效性，积累该类工程中裂缝控制技术的成功经验，我们对该结构在没有施加预应力的22层和23层以及施加预应力的24～26层和天面，对施加预应力前后近一年内楼板的应力进行了测试，给出了不同楼层、不同测点的应力变化规律，同时对同一楼板内不同测点的应力变化以及有无预应力的不同楼板内应力的变化进行了对比分析.测试结果表明，本工程所采用的方法可行有效，试验结果对超长大跨楼板结构的温度应力控制有指导作用。
2、测试方法和测点的布置应力测试元件采用稳定性好、抗损坏性能好、埋设定位容易和不受导线长度限制的GGH-10型钢筋应力传感器；测量仪器采用配套的具有零漂小、抗外界干扰性能强、有自动记录功能的GsJ-2A型多功能电脑检测仪。
超限高层建筑结构抗震性能设计及受力分析
第35卷第3期2021年6月Vol・35No・3Jun.2021粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION超限高层建筑结构抗震性能设计及受力分析Seismic Performance Design and Stress Analysis of Over-limit High-rise Buildings彭茹(新疆建设职业技术学院，新疆乌鲁木齐832000)摘要：深圳市罗湖区兆鑫汇金广场项目大屋面高度147.9m，地下5层，地上44层，为部分框支剪力墙结构，属于B级高度超限的超高层建筑。
根据不规则项目特点并结合结构超限判定，确定各构件的抗震性能目标，通过分析建筑在不同地震工况下的弹性分析和弹塑性分析，验证结构性能设计的可靠性。
计算模型采用YJK、ETABS、PKPM-SAUSAGE程序进行分析，根据分析结果，采取了一系列加强措施。
结果表明：结构能够满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标，抗震性能能够达到设定的性能目标。
文中所采用的设计及加强措施为类似工程提供重要的参考和借鉴价值。
关键词：超限高层建筑；剪力墙结构；时程分析；抗震性能分析；抗震加强措施中图分类号：TU318文献标志码：A文章编号：1005-8249(2021)03-0008-06D0I：10.19860/ki.issn1005-8249.2021.03.002PENG Ru(Xinjiang Construction Vocational and Technical College，Urumqi832000，China)Abstract:The height of the roof of the Zhaoxin lluijin Plaza project in Luohu District，Shenzhen City is147.9m，with5stories underground and44stories above ground，which is a partial frame-supported shear wall structure，belongs to the super high-rise building with B-class height exceeding the limit.According to the characteristics of the irregular profect and combined with the structural over-limit determination，the seismic-performance targets of each component were determined，and verified the reliability of structural performance design by analyzing the elastic and elastic-plastic analysis of buildings under frequent earthquake，seismic fortification earthquake and rare earthquake.The calculation model is analyzed by YJK，ETABS and PKPM-SALSAGE programs.According to the analysis results，a series of strengthening measures were taken.The results show that the structure can meet the relevant indexes under vertical load and wind load，and the seismic performance can reach the set performance target.The design and measures adopted in this paper provide important reference value for similar projects.Keywords:over-limit high-rise building；shear wall structure；time history analysis；seismic performance analysis；seismic strengthening measures0引言超限高层建筑因为大幅度提升土地利用率而逐作者简介：彭茹（1985-），女，硕士，讲师，研究方向为土木工程。
某超限结构设计分析
某超限结构设计分析摘要：我国当前的经济水平持续提高，尤其近年来高层建筑的项目数量明显增多。
但多数高层的结构均超过规定范围，形成了不同类型的超限结构，主要在高度、结构体系等方面超出规定限额。
超限的建筑会普遍在一个或多个方向上出现抗震概念不合理的情况，因此针对超限高层的结构和体系的设计进行分析便具有更高的必要性。
在此背景下，本文依据具体的案例，针对超限结构的设计开展系统的分析。
案例工程为高于A级高度的建筑，且建筑内的部分楼板为不连续的高层超限结构类型，因此在设计时便需运用不同的专业化软件来对其结构进行科学分析，此外还需开展弹性和弹塑性时程的分析，并对建筑的抗震进行合理设计。
通过计算结果的分析可知，全部指标均能够满足标准要求，且能够达到抗震性能方面的标准，建筑的结构具有一定的稳定性，抗震性能良好。
关键词：高层超限结构；弹性时程分析；弹塑性时程分析；抗震性能化设计引言所谓的超限高层便是指超过标准要求限制的建筑类型，超限高层对高度和层数并未提出明确的标准。
只要高度在120m以上的框架剪力墙结构便可称为超限高层，此外还有高于100m的剪力墙、55m以上的网架结构、高于28m的网架无盖结构等。
不管建筑的高度达到多少，超限高层的结构施工需更高的安全和技术手段参与实施。
建筑本身的高度会直接对结构的内力位移等数据产生影响。
结构通常会具有承担水平和竖直方向载荷作用的职能。
而低层结构在受到水平方面的荷载作用力后，其结构内力和位移数值较小，通常可忽略。
高层建筑结构的荷载会在层数提高的情况下也随之增加。
在超高层的建筑中，虽然竖向的载荷在结构的设计方面会发挥较为关键的作用，但水平荷载其实起到了决定性的影响。
两种方向的荷载所占的比重便可导致结构的设计产生一定的差异。
而与多层建筑比较来讲，高层建筑的水平荷载量明显较高，结构的抗侧力稳定性也是在设计高层建筑时所需重点思考的问题。
在地震多发区，高层建筑会明显受到较高的地震影响，因此高层建筑的抗震结构设计也需更为严谨和科学。
楼板的地震应力分析——超限性能目标与验算方法
简要涵义 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2
备注 参见GB50011-3.4.3
偏心布置
偏心率大于0.15或相邻层质心相差大于相应边长15%
参见JGJ99-3.2.2
凹凸不规则
平面凹凸尺寸大于相应边长30%等
参见GB50011-3.4.3
组合平面
细腰形或角部重叠形
参见JGJ3-3.4.3
楼板不连续
有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高
楼板的地震应力分析——性能目标与验算方法
提纲
➢楼板的抗震性能目标及楼板应力的主要形式 ➢楼板地震应力的验算方法
楼板的抗震性能目标及楼板应力的主要形式
可能与楼板抗震性能目标相关的超限项
《超限要点2015》，三项不规则超限表：
序号 1a 1b 2a 2b 3 4a 4b 5 6 7
不规则类型 扭转不规则
中、大震抗弯不屈服验算方法
荷载组合：Sd
SGE
S
*
Ehk
0.4S
*
Evk
轴力配筋：
As 1
N 2f yk
弯矩配筋：
As 2
M S f yk h0
最终配筋：A实配 =As 1 As 2 S ——内力臂系数，0.85 ~ 0.9
中、大震抗剪不屈服验算方法
荷载组合：Sd
SGE
S
* Ehk
0.4S
楼板的地震应力分析性能目标与验算方法提纲楼板的抗震性能目标及楼板应力的主要形式楼板地震应力的验算方法楼板的抗震性能目标及楼板应力的主要形式可能与楼板抗震性能目标相关的超限项序号不规则类型简要涵义备注1a扭转不规则考虑偶然偏心的扭转位移比大于12参见gb500113431b偏心布置偏心率大于015或相邻层质心相差大于相应边长15参见jgj993222a凹凸不规则平面凹凸尺寸大于相应边长30等参见gb500113432b组合平面细腰形或角部重叠形参见jgj3343楼板不连续有效宽度小于50开洞面积大于30错层大于梁高参见gb500113434a刚度突变相邻层刚度变化大于70按高规考虑层高修正时数值相应调整或连续三层变化大于80参见gb50011343jgj33524b尺寸突变竖向构件收进位置高于结构高度20且收进大于25或外挑大于10和4m多塔参见jgj3355构件间断上下墙柱支撑不连续含加强层连体类参见gb50011343承载力突变相邻层受剪承载力变化大于80参见gb50011343局部不规则如局部的穿层柱斜柱夹层个别构件错层或转换或个别楼层扭转位移比略大于12已计入16项者除外表2
高层结构超限设计例析
高层结构超限设计例析1. 工程概况本项目位于广东省深圳市宝安中心区中央商务区，西临兴业路，北临香湾一路，南临香湾二路，东临滨港一路，由2座塔楼、商业裙房及地下室组成。
用地大致成长方形，东西向边长158.13米，南北向边长137.00米，总建筑面积23.85万m2。
其中，T1#、T2#塔楼为超高层办公楼，结构高度210.85米；2座塔楼在1～5层相连为裙房，高度为21.2米，地下室4层（深度约16.0m），为超B 级高度，高宽比为5.0，因为项目平面长宽比为1，采用框架-核心筒结构体系。
地面以上46层，地面以下4层。
其中1～4层为商业，5～46层为办公楼，4，20，35层为避难层，嵌固层为首层。
周边有幕墙结构包裹。
本工程设计使用年限为50年，结构安全等级二级，地基基础设计等级甲级，抗震设防烈度7度，抗震设防类别乙类，场地类别Ⅱ类，设计基本地震加速度峰值0.08g，特征周期根据安评报告为0.35s，地下一层及以上剪力墙及框架柱抗震等级为一级，地下一层及以下剪力墙及框架柱抗震等级为二级和三级，50年基本风压为0.75kN/m2，因为高度超过60m，属风敏感性建筑，设计时按基本风压的1.1倍采用，建筑体型系数取1.40，地面粗糙度为B类。
从平面图中可以看出本结构柱网较大，核心筒长宽为20mx24m.平面布局呈矩形，无凹进。
有利于抗震设计。
楼板保持连续，无较大开洞，可归为规则平面。
在竖向，周边框筒一直延续到塔楼顶部。
由于框筒尺寸因强度要求而逐渐减少，框筒体系的刚度随着高度增加而减少。
核心筒结构布局沿高度无变化，但随着高度升高，墙体厚度逐渐减少。
这有利于避免出现薄弱层。
本结构主要为风控，小震不控制，中震有一定富余，在制定抗震设计性能目标时充分考虑了这一特点，整体的抗震性能目标既兼顾了风力作用下的刚度、强度需求，亦保证了结构在不同烈度地震作用的刚度、强度及延性的要求。
办公楼楼层板厚为100，屋面板厚取130；首层结构布置为主梁加大板，室内结构板取180，室外有覆土的取250，局部加腋；地下一层到四层结构布置为塔楼内为主次梁板结构，板厚120，塔楼以外采用无梁加双折斜柱帽裙房、板厚250～350不等。
某超限高层住宅结构设计
某超限高层住宅结构设计一、项目概况本项目位于城市中心繁华地段，总建筑面积约为_____平方米，地上_____层，地下_____层。
建筑高度为_____米，属于超限高层住宅。
该建筑主要功能为住宅，同时配备有商业、物业管理等附属设施。
二、结构选型1、结构体系综合考虑建筑的使用功能、高度、抗震设防要求等因素，本项目采用了钢筋混凝土剪力墙结构体系。
剪力墙作为主要的抗侧力构件，能够提供较大的侧向刚度，有效地抵抗水平地震作用和风荷载。
2、基础形式根据地质勘察报告，采用桩筏基础。
桩型选择为钻孔灌注桩，以确保基础具有足够的承载能力和稳定性。
三、计算分析1、地震作用分析按照现行的抗震设计规范，采用反应谱法进行地震作用分析。
考虑了多遇地震和罕遇地震两种工况，计算结构在地震作用下的内力和变形。
2、风荷载作用分析根据当地的气象资料，确定基本风压值。
采用风洞试验和数值模拟相结合的方法，分析结构在风荷载作用下的响应。
3、结构整体性能分析通过计算分析，评估结构的自振周期、振型、位移比、剪重比等整体性能指标，确保结构满足规范要求。
四、超限情况及应对措施1、高度超限本项目建筑高度超过了规范规定的限值。
为解决这一问题，采取了以下措施：提高剪力墙的抗震等级，增加剪力墙的配筋。
加强底部加强区的设计，增大墙厚和配筋率。
2、扭转不规则由于建筑平面布置的不规则性，导致结构存在扭转不规则的情况。
采取的措施包括：调整剪力墙的布置，使结构的质心和刚心尽量重合，减小扭转效应。
对周边构件进行加强，提高其抗扭能力。
3、楼板不连续在建筑的某些部位，楼板存在大开洞或局部缺失的情况，造成楼板不连续。
针对这一问题，采取了以下处理方法：对开洞周边的楼板进行加厚，并提高配筋率。
采用弹性楼板假定进行计算分析，准确考虑楼板变形对结构内力的影响。
五、构造加强措施1、剪力墙边缘构件按照规范要求，严格控制剪力墙边缘构件的配筋，确保其具有足够的延性和承载能力。
2、连梁设计合理设计连梁的截面尺寸和配筋，使其在地震作用下能够有效地耗能，同时保证连梁的承载能力。
某高层建筑楼板开洞论证及加强处理
（ １ ） 计算起止部位 算嵌 固端） ： 地下一层底板 。
结构安全等级 ： 二级 ， 地震分组 ： 第二组 ， 基本地震加速度 ： 七
度区 Ｏ ． １ ５ ｇ ， 特征周 期 ： ０ ． ４ ０ ｓ （ 规范） ， 多遇 地震 （ 小 震） ： Ｏ ． １ ２ （ 规 范） ， 偶 遇地震 （ 中震） ： ０ ． ３ ４ （ 规 范） ， 罕 遇地震 （ 大震 ） ： ０ ． ７ ２ （ 规 范） ， 设 防分类 ： 丙类 ， 场地类别 ： Ｉ Ｉ 类。
基本 风压 ０ ． ８ ｋ Ｎ ／ ｍ２ ，承载力设计 时按基 本风压 的 １ ． １ 倍 采用 ； 地 面粗糙度为 Ｂ类。
４ ９ ９ ８ ． ３ ５ ｋ Ｎ ， Ｑ ｆ Ｇ ＝２ ． ０ ７ ％。
（ ７ ） 结构 自振周期 ： Ｔ ＝２ ． ５ ８ ３ ｆ ｘ ） ，Ｔ ２ ＝２ ． ４ ４ １ ） ， Ｔ ３ ＝２ ． ３ １ ６
（ 扭转） ， Ｔ ３ 厂 Ｉ ’ 。 ＝０ ． ８ ９ ７ 。
２ 上 部结构 概况 和超 限情 况
２ ． １ １ ９～２ ２ ＃楼上部 结构概况和超限情 况
（ ８ ） 地震 最大方向： ５ ． ８ ７ ９（ 度） 。
．
主楼高度 ９ ２ ． ６ ７ ５ ｍ（ 地上 ３ ห้องสมุดไป่ตู้ 层， 地下 ２层 ） ， 为剪力墙结
１ ． ２风 荷载
（ ２ ） 计算程序 ： Ｓ Ａ Ｔ ＷＥ 。
（ ３ ） 振型数 、 有效质量系数 ： １ ５ 个； Ｘ ： ９ ７ ． ８ ８ ％， Ｙ： ９ ６ ． ２ ６ ％。 （ ４ ） 周期折减系数 ： ０ ． ９ 。 （ ５ ） 结构 总质量 ： ２ ９ １ ０ ７ ． ７ ０ ５ ｔ ， Ｇ ｅ ｑ ＝ ２ ４ １ ３ ８ ． ９ ０ ｔ 。 （ ６ ）底 层 地 震 剪 力 ： Ｑ ＝ ＝ ５ ｏ ７ ４ ． ３ ４ ｋ Ｎ， Ｑ Ｊ Ｇ ＝２ ． １ ０ ％， Ｑ
某超限高层建筑结构设计
某超限高层建筑结构设计鄢兴祥【摘要】文中介绍了益田假日广场项目裙房结构设计的主要内容,包括基础和地下室设计、结构布置、超限情况及采取的主要措施、主要计算结果和基于性能的抗震设计等.针对该工程的结构特点,结合计算分析结果和超限审查专家的意见,提出了对该工程超限情况所采取的针对性措施,可供类似工程结构设计提供参考.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】6页(P33-38)【关键词】超限高层建筑;抗震设计;性能目标;扭转不规则【作者】鄢兴祥【作者单位】同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU3181 工程概况本项目位于上海市杨浦区淞沪路及三门路口，邻近新江湾城，大学城，五角场商业圈，地块内有地铁十号线出入口。
本工程占地面积约26456.6m2，总建筑面积约179763m2。
项目将打造成一个高品质、高时尚的城市综合体，成为该区域标志性建筑之一。
项目建设内容由办公、商业、展览、及停车库等组成，见图1。
图1 建筑效果图本项目场地满铺设置三层地下室，在地下一层设有与地铁连通口；地上部分主要包含1幢21层办公塔楼和6层（局部7层）商业裙房。
本项目地下部分为一整体，不设缝，塔楼与裙房在地面以上于合适位置设抗震缝断开，以地下室顶板为上部结构嵌固端。
见图2。
图2 分区示意图裙房结构主要高度为34.5m，局部区域结构高度达到41.3m，为超限高层建筑，根据建质[2015]67号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》和沪建管（2014）954号《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》，需进行抗震超限审查。
2 基础和地下室结构设计本工程±0.000相当于绝对标高4.8m。
地下室埋置较深，在全埋地库区域和部分裙房区域，建筑重量小于水浮力，须进行抗浮设计；在办公塔楼区域，水浮力有助于降低基底附加压应力作用。
根据地勘建议，高水位取地下0.3m，低水位取地下1.5m。
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某超限高层建筑结构楼板的应力分析
摘要：楼板是传递水平力，协调剪力墙共同工作的重要构件。
之前的计算均采
用刚性楼板假定，对部分楼板缺失或细腰进处楼板应力可能较大的楼层可能不安全，因此本文通过考虑采用弹性楼板假定，对某超限高层建筑工程其中一栋楼典
型楼层楼板应力结果进行分析。
从而保证楼板结构设计的安全。
关键词：超限；高层建筑；结构设计；楼板应力
一、工程概况
深圳市某工程由6幢50层的住宅楼及1层商业裙楼和一个集中地下室组成。
塔楼地面以上总高度154.35~154.95米（包括出屋面构架），结构屋面高度145.95~149.45米。
本工程在
地下二层设有人防地下室，人防抗力等级为常六级及核六级、核五及及常五级。
二、设计基本条件及分析软件
结构设计基准期：（可靠度）50 年
结构设计使用年限：50 年
建筑结构安全等级：二级
建筑抗震设防分类：丙类
建筑结构高度分类：B级高度
地基基础设计等级：甲级
结构重要性系数γo=1.0
1、地震作用
对比安评报告和规范要求，在小震、中震及大震按照两者的大值，应采用规范要求控制
地震荷载，因而对本工程抗震计算的主要地震参数如下：
2、时程分析用地震加速度时程的最大值
3、分析软件
1）中国建筑科学研究院编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件
SATWE（2010.01）；
2）北京迈达斯技术有限公司MIDAS/Gen（V7.8.0）；MIDAS/Buiding
三、抗震设计要求及性能目标的确定
1、抗震性能目标
本项目的抗震设计在满足国家、地方规范外，根据性能化抗震设计的概念进行设计。
根据【建筑工程抗震性态设计通则】，并根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）3.11.2.2.1条，结构抗震性能目标可分为四个等级：结构抗震性能目标分为A、B、C、
D四个等级，结构抗震性能分为1、2、3、4、5五个水准，每个性能目标均与一组在指定地
震地面运动下的结构抗震性能水准相对应。
表8.1 结构抗震性能目标
表8.2 各性能水准结构预期的震后性能状况
本工程进行抗震性能评估时，其性能目标定为性能C。
性能目标C 是指小震下满足结构抗震性能水准1 的要求，中震下满足性能水准3 的要求，大震下满足性能水准4 的要求。
2、计算要求
四、结构构件基本尺寸及结构材料
1、结构基本构件尺寸：
2、结构基本构件混凝土强度等级：
3、混凝土材料
结构构件所选用之混凝土将不低于 C30，按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 材料参数如下：
4. 钢筋材料
五、结构体系与布置（选取3#楼作为分析对象）
六、弹性楼板应力分析（3#楼）
1）各工况下楼板应力
2）楼板应力状况及加强措施：
小震作用下，大部分楼板应力不超过0.5MPa，小于楼板混凝土抗拉强度1.43MPa，满足性能目标。
图中应力较大处，比如电梯间左右角部、电梯走道处应考虑适当增大分布筋配筋率，考虑按10@100配筋。
中震作用下，大部分楼板应力不超过2.5MPa，配筋8@150，钢筋的应力为372Mpa，满足中震楼板钢筋不屈服的性能目标；图中局部应力较
大处，比如电梯间左右角部、电梯走道处考虑适当增大分布筋配筋率，考虑按10@100的配筋，钢筋的应力为382 Mpa，满足中震楼板钢筋不屈服的性能目标。
为保证本工程抗震安全性，对本栋楼板弱连接部分进行大震下的截面抗剪验算，参考高规10.2.24-1；10.2.24-2条的公式，大震下弱连接的楼板应达到抗剪不屈服状态。
即上边连接板 180KN 482.4KN 1004.8KN 满足要求
中间连接板 478.8KN 687.42KN 1431.84KN 满足要求
下边连接板 135KN 361.8KN 753.6KN 满足要求
经验算，能满足大震下的截面抗剪计算。
七、结论
计算结果表明：
1）核心筒区域及相邻的楼板、弱连接的楼板是楼板受力较大的区域；
2）小震作用下，大部分楼板的应力小于混凝土的抗拉强度。
核心筒区域局部应力较为集中处，其应力水平接近混凝土抗拉强度。
3）在中震作用下，大部分楼板面内拉应力接近混凝土抗拉应力值1.43 MPa，核心筒周围个别区域达到4.0~5.0MPa，适当加强该区域及相邻的楼板厚度（120~130mm）、增加配筋（8~10@100），可以达到中震钢筋不屈服的性能目标；
4）大震作用下，绝大部分楼板剪应力不大，小于混凝土的抗拉强度。
弱连接楼板验算其截面抗剪性能，板厚及配筋需做适当加强，弱连接处板厚初步考虑增加至（140~150mm），适当加强楼板配筋（），加强后可以满足大震下楼板截面抗剪的性能要求。