高層建筑抗震設防管理實施細則(PPT79張)

1、上海市超限高層建筑抗震設防管理實施細則 （2014-954號文）技術培訓扶長生上海市超限高層建筑工程抗震設防專家委員會委員2015年1月20日第一部分 修訂說明定義了一般超高、特別超高、規(guī)則性超限高層建筑、其它超限高層建筑，并提出了不同的分析方法和設計要求。根據(jù)當前設計市場的實際情況，對需要進行性能設計的項目范圍作出了限制。充分肯定了體現(xiàn)本市研究成果的上海市地方規(guī)程，上海市抗規(guī)和上海市高鋼規(guī)。例如，按上海市抗規(guī)的建議和條文，使用等效剪切剛度計算層剛度比；實現(xiàn)框架-核心筒結構二道防線的概念。又如，可按上海市高鋼規(guī)設計高層鋼結構。主要特點吸納了已被工程實踐證明、學術界已經(jīng)形成共識、對設計有推動意義

2、的成果。如允許采用厚板轉換，可直接放大地震作用實現(xiàn)最小樓層剪力系數(shù)等。對嵌固端的設置作出了詳細的解釋。明確指出，當?shù)叵率翼敯彘_大洞時，只要通過分析能證明滿足嵌固的要求，應優(yōu)先把建筑首層標高作為嵌固端。即使嵌固端設置在首層以下的標高，首層樓板和地下室頂板也必須滿足規(guī)范對嵌固端的要求。制訂了薄弱連接板、柱支承板和轉換厚板的抗震設防標準。指出性能設計的重點是基于強度的小震設計和基于變形的大震設計，規(guī)定要以大震非線性分析得到的彈塑性應變作為性能評估的物理參數(shù)。在我國規(guī)范對性能準則尚無明確規(guī)定時，可參考先進國家的有關條文和我國學術界的研究成果。對于靜力非線性分析（推覆分析）列出了原則性條文。指出了動力非

3、線性分析中，合理選取大震波的重要性，且提出了明確要求。鼓勵消能減震技術的應用。技術要點說明第一章 控制條件 第1.21.4條 性能設計的范圍在鼓勵進行性能設計的同時，規(guī)定只有對特別超高超限高層建筑，對具有3項及其以上特別不規(guī)則的一般超高高層建筑，對種類超過3種的多重復雜的結構體系或抗規(guī)、高規(guī)、高鋼規(guī)暫未列入的其它高層結構體系，才需要進行性能設計。性能水準和性能段第1.5條 性能設計的總體要求表9 性能目標表 表10 性能目標參考表目標性能表的重點是基于強度的小震設計和基于變形的大震設計，中震可修是自動滿足的。設計人員應根據(jù)結構的特征，按附件1表9進行不同的組合?？蚣?核心筒結構抗震目標性能示例

4、（C級D級）第1.6條 嚴重不規(guī)則 強調(diào)了結構規(guī)則性對抗震的重要性。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，出現(xiàn)了一片不規(guī)則造型的高層建筑。有些屬于嚴重不規(guī)則的結構，對于安全帶來巨大的不確定性，對投資造成極其不經(jīng)濟。因此，有必要重新論證建筑方案。第二章 高度超限或規(guī)則性超限審查內(nèi)容第2.3條 抗震概念設計和一般規(guī)則 本條相當于結構的抗震設計準則，是抗震送審文本的重要組成部分。結構專業(yè)負責人應該把設計理念解釋清楚。第2.3.4條 嵌固端的設置應盡可能地把嵌固端設置在主樓的首層樓板標高。當?shù)叵率翼敯逵休^大的洞口，除了應滿足規(guī)范對嵌固端的構造要求以外，應加強洞口周邊的水平構件和豎向構件，把它們作為強度控制構件，且在中震或大

5、震分析中，仍處于基本完好狀態(tài)，保證有直接的傳力途徑傳遞上部結構的底部剪力至周邊的地基土。而且，需要通過分析證明，上部結構周邊的樓板對結構在首層的側向位移有足夠的嵌固作用。嵌固端只是一個計算的假定，僅僅意味著嵌固端以下的結構對上部結構的影響，在計算中可以予以略去。即使把嵌固端設置在首層以下的樓層，上部結構的底部剪力仍然會沿著首層樓板和地下室頂板向外和向下傳遞。因此，首層樓板及地下室的頂板仍需滿足規(guī)范對嵌固端的要求。第2.3.6條 結構轉換方案可采用厚板轉換。厚板的厚度，比較90年代，已經(jīng)減薄了不少。厚板傳力直接，其力學性能要優(yōu)于梁擱梁的轉換方式。當采用厚板轉換時，必須進行樓板的應力分析，滿足厚板

6、小震混凝土核心層不裂、正截面和斜截面按中震極限狀態(tài)承載力設計，大震仍傳遞水平力和承受豎向荷載的的抗震設防標準。第2.3.7條 大底盤的多塔結構上部結構應盡可能地把單塔的分析結果作為設計依據(jù)。大底盤高度范圍內(nèi)的塔樓部分，宜以多塔和單塔分析的包絡作為設計依據(jù)。大底盤頂板的受力和配筋應考慮塔樓的地震剪力及其相位差產(chǎn)生的不利影響。 第2.3.8條 伸臂層伸臂層上下弦桿所處的樓板將承擔極大的水平力，從核心筒傳遞至周邊框架，再從周邊框架傳遞至核心筒。而且，與伸臂連接的墻體承受了巨大的彎矩。而且，伸臂層往往為結構的加強層，因此，應對伸臂層進行有限元分析，且滿足構造要求。第2.3.112.3.12條 樓板薄弱

7、連接板、柱支承板、轉換厚板，需要進行樓板應力分析。以樓板的主拉應力作為樓板強度設計的依據(jù)。當采用分塊剛性概念時，宜進行彈性時程分析復核樓板的應力，已計入各子結構的錯動對樓板造成的不利影響。第2.3.13條 高層鋼結構的抗震設計上海市于2008年頒布了高層建筑鋼結構設計規(guī)程DG/T J08322008。它體現(xiàn)了本市在高層鋼結構設計領域中的研究成果。全國高層鋼結構設計規(guī)范的版本過早，新版尚未頒布。因此，本市的高層鋼結構，宜按上海市高鋼規(guī)進行設計。第2.4.3條 非線性模型非線性模型的建立和判別比線彈性模型要復雜得多。結構工程師應當清楚地意識到不是靠某一個程序的接力運算就能得到合理的計算結果。對于鋼

8、筋混凝土構件，按規(guī)范構造要求進行配筋設計后，混凝土為約束混凝土。鋼筋混凝土的研究對象是約束混凝土。性能設計中的性能水準都是按約束混凝土試件的試驗數(shù)據(jù)和震害作為基礎資料制訂的，使用素混凝土本構關系不一定偏安全，需要經(jīng)過詳細評估，建議不要輕率地使用。第2.4.4條 剪重比當結構底部的總地震剪力偏小，直接對全樓放大地震作用。按放大了的地震作用，進行結構變形驗算和構件設計。 第2.4.5條 剪力分擔比按上海市抗規(guī)執(zhí)行。工程設計實例表明，只要框架柱的水平承擔的水平剪力按 進行調(diào)整，大震中，框架柱一般都能起到二道防線的作用。需要進行大震非線性分析驗算，核實。本條的規(guī)定同樣適合于第2.4.6條的鋼框架-鋼筋

9、混凝土核心筒結構。第2.4.10 地震波的選取選擇合適的地震波是一件極其困難的工作，涉及到地震學、地震工程學、地震地質學、結構動力學等各個領域及其交叉領域中的專業(yè)知識。對于重大建筑，地震安評單位有責任提供合適的地震波。也可以單獨委托有此方面經(jīng)驗的單位提供合適的地震波。對于非重大建筑，原則上可以參考上海市抗規(guī)附錄中的地震波數(shù)據(jù)庫選取合適的地震波。第2.5.3條 抗震薄弱部位抗震薄弱部位是指立面收進、樓板開大洞、平面深凹槽等容易引起應力集中的部位。對于這些部位，應該對結構的完整性、配筋的連續(xù)性、應力集中引起脆性破壞的可能性均應有相應的綜合措施。第三章 屋蓋超限超限審查內(nèi)容豎向振動為第一振型。屬于風

10、敏感、溫度敏感、穩(wěn)定敏感、沉降敏感型的結構。分析模型中應考慮支承體系與屋蓋系統(tǒng)的相互作用，荷載組合中應考慮豎向地震作用，溫度作用和風作用。需要進行材料非線性和幾何非線性的雙非線性分析。第二部分 基于性能的抗震設計第一節(jié) 基于規(guī)范和基于性能的抗震設計方法1、定義把規(guī)范規(guī)定的常規(guī)抗震設計方法，即振型分析反應譜法定義為基于規(guī)范的法定設計方法，簡稱法定設計法。2、性能設計的目的應用非線性分析，通過塑性變形和性能準則對構件和結構的抗震性能做全面的評估，用最節(jié)約的投資得到最合理的設計。從構件到整體，全面、全過程地監(jiān)控和掌握結構的非線性行為，使結構設計具有更高的可信度。對不同水準的地震、不同類型的構件實行不

11、同方式和不同等級的保護，以節(jié)約建造成本，增加投資效益。使結構能適應建筑和功能的需要。對于基于規(guī)范的法定設計法未能涵蓋的不規(guī)則結構，通過性能設計法證明，與法定設計法設計的類似結構比較，至少具有等同的抗震能力，能夠防止倒塌、實現(xiàn)生命安全。規(guī)范提供了安全保障的最低標準。在滿足最低標準的前提下，允許發(fā)展商對性能水準有不同的選擇。鼓勵結構工程師結構創(chuàng)新和使用高性能材料。1.2.3.4.5.性能設計方法的組成和流程框圖 鋼筋混凝土結構性能設計流程框圖變形控制構件和強度控制構件變形控制構件是指預期出現(xiàn)塑性鉸構件。例如，滯回曲線豐滿的框架梁、連梁和消能減震組件等。應滿足變形的需求/能力比。要求剪切屈服的延性等

12、級高于彎曲屈服。不建議構件發(fā)生剪切屈服。建議參考我國學術界的研究成果和美國ASCE 41-06的具體規(guī)定。強度控制構件是指預期不出現(xiàn)塑性鉸的構件。例如，延性能力較差的框支框架，轉換厚板和巨柱等。第二節(jié) 設計性能目標一、性能水準和可接受準則1、性能水準和性能段結構的抗震機理是延性和耗能。塑性變形是判別性能水準最直接、最合理的物理量。性能水準點對應的塑性變形值稱為性能準則(Acceptance Criteria)。這樣，性能準則定義為某一個性能段的最大塑性變形，是性能水準的定量判據(jù)，非線性分析和性能設計之間的橋梁。2、性能準則二、性能目標和目標性能性能表性能水準表（FEMA 273表2-9）性能目

13、標表（ASCE 41-06表C1-1）性能目標矩陣表（ICC 2006）各類建筑的最低抗震性態(tài)要求（通則CECS 160 : 2004）第三節(jié) 推覆分析一、基本原理1、結構動力學背景和能力譜推覆分析基本原理圖 雙折線 能力曲線 2、ADRS譜傳統(tǒng)設計譜和ADRS設計譜 能力譜與兩種不同格式設計譜的疊加二、彈塑性需求譜和目標位移1、能力譜法 能力譜法（ATC 40）（改筆自Powell G.H.資料） 2、修正能力譜法修正能力譜法（PERFORM）3、位移系數(shù)法 基本公式：頂點位移：側向位移形狀修正系數(shù)：非線性修正系數(shù)，把彈性位移轉換為彈塑性位移：捏攏、剛度和強度退化修正系數(shù)： 效應修正系數(shù) 位

14、移系數(shù)法（FEMA 273）（改筆自Powell G.H.資料） 4、等效線性法有效阻尼 和有效周期 等效線性法（FEMA 440）（改筆自Powell G.H.資料） 二、局限性1、高振型影響最大層間位移與整體層間位移之比(a) 層位移(in) (b) 層間位移(%) (c) 層剪力(kips)8層剪力墻結構推覆分析與動力非線性分析的比較（FEMA 440）(a) 層位移 (b) 層位移(帶薄弱層) (c) 層間位移9層鋼框架結構推覆分析與動力非線性分析的比較（FEMA 440）2、推覆力的分布推覆力分布模態(tài)有不變模態(tài)和自適應模態(tài)兩大類。不變模態(tài)是指在推覆過程中推覆力分布的模態(tài)自始至終保持不

15、變。自適應模態(tài)是指推覆力分布的模態(tài)隨著位移形狀的改變不斷地進行調(diào)整。沒有足夠的分析成果及嚴格的數(shù)學理論能夠支持自適應分布模態(tài)一定比不變分布模態(tài)能精確多少。工程上，往往采用不少于兩種分布模態(tài)進行推覆分析，需要結構工程師應用深厚的力學知識和工程經(jīng)驗來解讀分析結果，做出綜合判斷。四、實施要點建立彈性分析模型。按能力設計原理及 準則選取合理的抗震等級，進行小震線彈性分析，使結構滿足必要的強度需求。優(yōu)化結構彈性動力特性，實現(xiàn)動力規(guī)則性。結構至少應具有清晰的自振特性，水平振動與扭轉振動之間不發(fā)生或少發(fā)生耦聯(lián)，減少扭轉的影響。對于振型不清晰或扭轉振動為第一振型的結構，建議補充動力非線性分析。補充建立三維非線

16、性分析模型。模型應包含影響結構非線性行為的所有因素。例如，構件的屈服強度、屈服變形，約束混凝土的本構關系以及與可接受準則匹配的約束箍筋，梁兩側樓板及板內(nèi)縱向鋼筋對梁抗彎剛度與彎曲超強的影響等等。預期構件的破壞機制，區(qū)分強度破壞構件和變形破壞構件。1.2.3.4.選取構件合適的非線性模型。對剪力墻可采用纖維模型或分層殼單元模型，對梁、柱可采用集中塑性鉸模型。選擇合理的梁鉸變形機構，按結構的特性估計梁鉸出現(xiàn)的部位。應允許剪力墻底部出現(xiàn)彎曲塑性鉸，但應避免在塑性鉸區(qū)發(fā)生剪切破壞。選擇合適的推覆程序。程序應至少具備兩個或兩個以上推覆力分布模態(tài)，如振型SSRS/CQC組合或代數(shù)和組合的推覆力分布模態(tài)。具

17、有按修正能力譜法或等效線性法估計目標位移、構件塑性轉動能力，按可接受準則進行性能評估等功能。選擇合適的推覆方向。建議除了沿結構振動主軸方向以外，補充沿主要抗側力構件方向的推覆分析。對于非對稱建筑，尚需進行正反兩個方向的推覆。5.6.7.8.9.10.11.12.選擇合適的推覆力模態(tài)。沿每一個推覆方向，至少選取兩種推覆力分布模態(tài)。建議分別取 模態(tài)進行推覆分析，取包絡進行設計。選擇合適的可接受準則。在我國尚未做出明確規(guī)定之前，建議參考美國ASCE 41執(zhí)行。據(jù)最新的研究成果，ASCE 41的可接受準則具有充分的安全性選擇確定性能點的方法?？刹捎眯拚芰ψV法或等效線性法。建議在許可范圍內(nèi)，可以選擇這

18、兩種方法進行分析，應用結構工程師的工程經(jīng)驗加以判別，決定取舍。求取小震性能點，仔細比較彈性分析與推覆分析的結果。若兩者結果差別較大，應檢查模型并作出改進后重新推覆。若差別的原因確實是由于高振型的影響，可按小震性能控制點校正法校正后重新推覆。13.14.15.16.確定小震性能點，評估結構及構件是否達到小震目標性能，處于基本彈性或運行控制性能段。觀察第一批塑性鉸的出現(xiàn)，估計結構遭遇小震或中震時的彈性變形儲備能力。確定大震性能點。以結構最大彈塑性層間位移角及構件塑性鉸轉動作為指標，建立結構整體位移與構件局部變形間的關系，評估構件及結構是否達到預期的目標性能，處于破壞控制性能段或有限安全性能段。全過

19、程跟蹤塑性鉸出現(xiàn)的順序、位置，觀察結構變形機構的發(fā)展和驗證構件的破壞模態(tài)，估計潛在的薄弱部位，驗證沿結構高度是否存在薄弱層，是否存在發(fā)生層倒塌模式的潛在危險。17.18.19.20.驗證內(nèi)力重分配是否會引起強度控制構件及節(jié)點的超載發(fā)生脆性破壞，是否自始至終都具有完好的傳力途徑。估計樓板不連續(xù)或側向剛度不規(guī)則造成對鄰近豎向構件的影響。對于墻體底部出現(xiàn)彎曲塑性鉸的結構，應控制性能目標。當性能目標超過生命安全水準，處于有限安全控制段時，應充分重視多自由度體的贅余度和系統(tǒng)超強作用，限制最小底部剪力，考慮底部彎曲塑性鉸區(qū)向上延伸的可能性。建議首層的配筋至少向上延伸一層或貫通全部底部加強區(qū)。領銜編制抗震專

20、項審查報告的結構工程師應具備豐富的工程經(jīng)驗、廣博的地震工程學知識及解讀非線性分析結果的能力。五、基于推覆分析的輸入地震動加速度記錄核定準則非線性分析模型與方法不確定性的比較1、隨機事件的確定性分析5層鋼結構帶支撐框架對30條地震記錄的地震反應 （Vamvatsikos and Cornell, 2000） 動力非線性分析的波形選取動力非線性分析結果具有巨大的離散性。選擇合適的地震波是一件極其困難的工作，涉及到地震學、地震工程學、地震地質學、結構動力學等各個領域及其交叉領域中的專業(yè)知識。選取大震波的原則和過程應該是透明的。對于需要進行動力非線性分析的項目，應該對大震的選取的合理性有專題論述。對于

21、提供大震波的單位，在提供大震波形的同時，應該提供選波報告。2、推覆分析的數(shù)學意義反應譜理論及流程框圖抗震分析方法之間的對應關系在線性階段，若使用第一振型 作為加載模態(tài)，相當于第一振型的反應譜分析。在非線性階段，可以解釋為適用于線性結構的反應譜分析法對非線性系統(tǒng)分析的延伸和擴展。這種延伸和擴展帶來理論上的不完整性及分析結果的不確定性，一方面用 準則建立彈性反應譜和彈塑性反應譜之間的某種聯(lián)系，使從彈性需求譜估計的彈塑性需求譜也具有統(tǒng)計意義上的平均。另外一個方面，通過使用大量動力非線性分析結果的統(tǒng)計平均建立了動力與推覆之間的校準系數(shù)。彈塑性需求譜與能力譜相交得到的目標位移，經(jīng)校準系數(shù)校準后，也認為具

22、有統(tǒng)計平均的意義。盡管沒有嚴格的數(shù)學背景作為基礎，邏輯上推覆分析得到的地震反應是具有統(tǒng)計平均意義的。這一點，得到了學術界和工程界的公認。1.2.3.4.3、核定準則及步驟按有關文獻，根據(jù)地震地質、潛在震源的震級、發(fā)震機制、斷層走向與性質、震中距、傳播途徑、場地類別、土層特性、頻譜特性、有效峰值、持續(xù)時間、統(tǒng)計特性、結構特性等方面，從合適的場地類別與周期區(qū)段的地震動數(shù)據(jù)庫分組中挑選地震動記錄，組成某工程特定的輸入地震動加速度記錄集合。按推覆分析的實施要點進行推覆分析。推覆力模態(tài)服從1.2.分布，得到層位移曲線和層間位移曲線。進行單方向動力非線性分析。比較動力分析和推覆分析得到的層位移和層間位移曲

23、線。根據(jù)結構的動力特性，核定一條或二條最接近推覆結果的地震動加速度記錄作為輸入地震動。已核定的地震動記錄，每一條應包括兩個方向的水平分量和/或一個豎向分量。兩個水平分量中，取主要周期點上反應譜值較大者作為主方向，較小者作為次方向。把主方向的有效加速度峰值，按不同的地震水準調(diào)整到規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，次方向按比例作相應調(diào)整。把兩個水平分量分別沿建筑物兩個主軸輸入二次，保持豎向分量不變（若需要），進一步進行動力非線性分析。從結構層面到構件層面進行全面的、詳細的性能評估，取包絡，作為設計依據(jù)。3.4.5.結束41一直割舍不下一件事，永遠成不了!42掃地，要連心地一起掃！43不為模糊不清的未來擔憂，只為清清楚楚的現(xiàn)在努力44當你停止嘗試時，就是失敗的時候45心靈激情不在，就可能被打敗46凡事不要說我