甘肃省钢筋混凝土高层建筑结构高宽比超限抗震设计措施20110831剖析.doc

甘肃省钢筋混凝土高层建筑结构高宽比超限
抗震措施暂行规定

甘肃省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会
2011年08月

目 录

前言
一、 适用范围
二、 设计原则
三、 总体设计
四、 抗震验算
五、 构造措施
附录A 房屋宽度计算方法
附录B 基础底面零应力区简化计算方法

前 言

本暂行规定由“甘肃省抗震防灾协会”组织，“甘肃省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会”和“甘肃省建筑设计研究院”联合编制完成。
高层建筑的高宽比是对结构整体刚度、抗倾覆能力、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制，由于近年来我省高度接近100米的高层钢筋混凝土剪力墙住宅日趋增多，房屋高宽比较大（即比《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010【以下简称“2010高规”】限值大于1但不大于2者），各院设计人员因无相应的设计依据，采用的计算分析方法及措施差异较大；审查人员由于缺乏统一的审查标准，也难以进行定量判断。鉴于此，甘肃省抗震防灾协会于2009年9月22日组织有关人员成立了“钢筋混凝土高层建筑高宽比超限抗震措施暂行规定”编制组。
编制组依据国家和甘肃省有关规范、规程及建设部《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》，通过对十二个高宽比较大的实际工程的多种计算结果分析，注重概念设计并结合兰州市近两年来针对高宽比较大的超限高层建筑的设计及审查经验和工程实践，经多次研究讨论和征求意见，编制完成了“甘肃省钢筋混凝土高层建筑结构高宽比超限抗震措施暂行规定”（以下简称“暂行规定”）。
“暂行规定”的抗震验算及构造措施较全面、合理且便于操作，可指导甘肃省高宽比较大的高层钢筋混凝土剪力墙和框架-剪力墙结构超限工程的超限审查和工程设计。
本《暂行规定》由“甘肃省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会”负责解释。请各设计单位在执行的过程中，能结合工程实践，认真总结经验，及时将意见和建议反馈到“甘肃省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会”，以便进一步研究并补充完善。

主编单位：甘肃省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会
甘肃省建筑设计研究院
编写人： 金建民 张举涛 黄 锐 杨忠平
审查人： 火 宏 莫 庸 冯文章 王尔昌 贺友双 吕元光 金德保 冯立平 陈 斌 钱元灵 师 杰 孙崇绍

一、适用范围
本暂行规定适用于甘肃省抗震烈度为6度、7度、8度，且同时符合下列要求的高宽比超限（即比 “2010高规”限值大于1但不大于2者）的钢筋混凝土高层建筑结构：
1、A级高度的全落地钢筋混凝土剪力墙结构、框架—剪力墙结构；
2、结构为平面、竖向基本规则的非复杂高层建筑结构；
注：房屋高宽比计算方法见附录A。

二、设计原则
1、一般采用常规抗震设计方法，对上部结构的关键构件采用抗震性能设计方法。
2、应进行罕遇地震下的结构整体抗倾覆验算，对地基基础的关键部位，尚应按本规定的有关要求进行承载力验算。

三、总体设计
1、不应采用短肢墙较多的剪力墙结构，所有剪力墙应全部落地。连梁跨高比不宜小于2.5，以保证结构的多道抗震防线。
2、框架—剪力墙结构应布置足够数量的剪力墙，剪力墙间距宜偏严要求。在规定的水平力作用下，底层框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的40%。且框架设计为“强柱弱梁”型，以保证结构的多道抗震防线。
3、宜加大基础有效埋深，筏（箱）形基础不宜小于房屋高度的1/14，桩筏（箱）基础不宜小于房屋高度的1/17。

四、抗震验算
1、应采用两个不同的三维空间分析软件进行结构整体内力、位移计算和弹性动力时程分析补充计算。
2、多遇地震作用下宽度方向弹性层间位移角限值应控制剪力墙结构不大于1/1050，框架-剪力墙结构不大于1/850。
3、验算结构整体稳定，应满足“2010高规”的要求。
4、验算结构重力二阶效应，当满足现行《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3的要求时，可不考虑重力二阶效应，如不满足，应进行重力二阶效应计算。
5、控制各楼层与其相邻上层的侧向刚度比，γ2不应小于0.95；当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，γ2不应小于1.15。各楼层抗侧力结构的层间受剪承载力与相邻上层受剪承载力之比不应小于0.85。γ2的含义见“2010高规”3.5.2条。
6、在多遇地震作用下，控制基础底面不出现零应力区。
7、罕遇地震作用下宽度方向弹塑性层间位移角限值应偏严控制，剪力墙结构不大于1/135，框架—剪力墙结构不大于1/110。
8、针对具体工程，对上部结构关键竖向构件的抗剪和抗弯承载力宜分别进行中震下弹性设计或中震下不屈服复核。
9、进行罕遇地震作用下的结构整体抗倾覆验算，及地基基础关键部位的承载力验算，并应符合第10、11条的要求。
（1）重力荷载代表值效应与罕遇水平地震作用效应采用标准组合；
（2）罕遇地震作用下的结构倾覆力矩，可分别采用多遇水平地震作用下倾覆力矩的2.0倍（8度0.30g）、2.2倍（8度0.20g）、2.5倍（7度）、2.8倍（6度）。
（3）基础材料强度取标准值。
10、筏（箱）形基础设计
罕遇地震作用下的筏（箱）形基础的基底压应力及零应力区计算可采用附录B的简化方法，基础底面零应力区不应超过基础底面面积的25％，地基承载力和底板承载力验算应符合以下10.1~10.2条计算原则。
10.1、天然地基承载力验算时，基础底面边缘最大压应力应符合以下要求：
pmax≤1.2faE （10.1-1）
faE=ζafa （10.1-2）
式中：ζa—地基抗震承载力调整系数。见《抗规》表4.2.3；
fa—深宽修正后的地基承载力特征值；
pmax—罕遇地震作用下的基础边缘最大压应力；
faE—调整后的地基抗震承载力。
10.2、基础底板的悬挑部分应进行罕遇地震下的抗弯、抗剪承载力验算。
11、桩筏（箱）基础设计
罕遇地震下的桩筏（箱）基础的桩顶作用效应可按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008第5.1.1条公式计算，桩基承载力和底板承载力验算应符合以下11.1~11.2条计算原则。
11.1、桩基承载力验算
（1）单桩竖向抗压承载力应符合以下要求：
NEKmax≤Quk （11.1-1）
Quk = 2R （11.1-2）
式中：NEKmax—罕遇地震作用下的基桩或复合基桩的最大竖向力；
Quk—单桩竖向极限承载力标准值；
R—基桩或复合基桩竖向承载力特征值。
（2）单桩竖向抗拔承载力应符合以下要求（仅考虑非整体破坏时的情况）：
NEkmax≤Tuk+Gp （11.1-3）
式中：NEkmax—罕遇地震作用下的基桩最大竖向拔力；
Tuk—群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值；
Gp—基桩自重。
11.2、桩身承载力验算
罕遇地震作用下的桩身抗压和抗拔承载力应分别按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008第5.8.2条和5.8.7条计算。
11.3、基础底板的悬挑部分应进行罕遇地震作用下的抗弯、抗剪和抗冲切承载力验算。

五、构造措施
1、严格控制角柱、边柱和外纵墙轴压比，其限值应分别按“高规”表6.4.2和表7.2.13中所对应的数值降低0.1。
2、剪力墙底部加强部位墙体水平及竖向分布钢筋配筋率应控制不小于0.3%，对底部加强部位纵向外墙应偏严控制，不小于0.35%。
3、剪力墙约束边缘构件应从基础底板以上设置，设置高度在高规7.2.14条基础上再向上延伸一层，纵向外墙约束边缘构件配筋率不应小于1.30%（一级）、1.10%（二级）和1.10%（三级）并分别不小于8Ф18、6Ф18和6Ф16。底部加强区及其以上两层框架柱配筋率不应小于1.30%（一级）、1.10%（二级）和1.00%（三级）。配箍特征值均增大10%。
4、底部加强部位剪力墙连梁应加强密箍，一般宜控制其跨高比大于2.5，当跨高比小于2.5时，宜设置水平缝形成双连梁或增设斜向交叉暗撑或钢筋。
5、当基础底板悬挑长度不大于1.8m时一般宜加大悬挑板厚度；大于1.8m时宜设置扶壁墙，增加其刚度，扶壁墙应与横墙拉通对齐。

附录A 房屋高宽比计算方法

1、房屋高宽比为室外地面以上房屋高度H与建筑平面宽度B之比。当建筑平面为非矩形时，平面宽度可取等效宽度Bt，Bt=3.5r，r为结构平面（不计外挑部分）最小回转半径，对突出建筑物平面很小的局部结构，一般不应计算在内。
对带有裙楼的高层建筑，当主裙楼相关范围内的面积和刚度超过其上部塔楼面积和刚度的2.5和2.0倍时，计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙楼以上塔楼结构考虑。
2、基底零应力区计算时，当基础底板平面为非矩形时，底板平面可取等效宽度B0， B0=3.5r0，r0为基础底板平面最小回转半径。

附录B 基础底面零应力区简化计算方法
假定总重力荷载代表值的合力中心与基础底面形心重合，基础底面为矩形，基础底面反力呈直线分布，水平地震与竖向荷载共同作用下基底反力合力P到基础中心的距离为e0，零应力区长度为B-X，如图C所示，则零应力区所占基底面积比例（B-X）/B可按下式计算，
（B－X）/B =（3MOV/ MR － 1）/2 （B - 1）
MR = GB/2 （B - 2）
式中 B——基础底板宽度；
MOV——罕遇地震作用效应下的倾覆力矩标准值；
MR——抗倾覆力矩；
G——上部结构及基础的总重力荷载代表值。
当基础底板平面为非矩形时，式中B采用等效宽度B0；当总重力荷载代表值的合力中心与基础底面形心不重合时，倾覆力矩标准值MOV中尚应计入其偏心力矩的影响。
基底边缘最大压应力pmax可按下式计算，
pmax = （B - 3）
式中 A——基础底板实际底面积。
图C 基础底板反力示意图

甘肃省钢筋混凝土高层建筑结构高宽比超限
抗震措施控制指标参考表
序号
暂行规定条文号
超限抗震措施
控制指标
高宽比超限值1-2之内（试行）
高宽比超限值2~3之内（参考）
1
三.3
加大基础有效埋深
筏（箱）形基础1/14
桩筏（箱）基础1/17
筏（箱）形基础1/13
桩筏（箱）基础1/16
2
四.2
减小多遇地震作用下弹性层间位移角限值
剪力墙结构1/1050
框-剪结构1/850
剪力墙结构1/1100
框-剪结构1/900
3
四.5
从严控制相邻层最小侧向刚度比γ2
0.95、1.15（层高1.5倍以上）
同左
4
四.5
从严控制相邻层最小受剪承载力之比
0.85
0.90
5
四.7
减小罕遇地震作用下弹塑性层间位移角限值
剪力墙结构1/135
框-剪结构1/110
剪力墙结构1/145
框-剪结构1/120
6
四.9
确定罕遇地震作用下倾覆力矩取值倍数（与多遇地震之比）
2.8（6度）
2.5（7度）
2.2（8度0.20g）
2.0（8度0.30g）
同左
7
四.10
控制基础底面最大零应力区比例
不超过基底面积的25%
同左
8
五.1
降低轴压比限值
降低0.1
同左
9
五.2
提高底部加强部位墙体水平及竖向分布钢筋配筋率
一般0.3%
纵向外墙0.35%
同左
10
五.3
扩大剪力墙约束边缘构件设置范围
再向上延伸一层
再向上延伸二层
11
五.3
提高纵向外墙约束边缘构件最小配筋率及最小配筋根数、直径
1.30%（一级）8Ф18
1.10%（二级）6Ф18
1.10%（三级）6Ф16
1.35%（一级）8Ф18
1.15%（二级）6Ф18
1.15%（三级）6Ф16
12
五.3
提高底部加强部位及其以上两层或三层框架柱配筋率
延伸二层
1.30%（一级）
1.10%（二级）
1.00%（三级）
延伸三层
1.40%（一级）
1.20%（二级）
1.10%（三级）
13
五.3
提高本条所述范围内的外墙、框架柱配箍特征值
增大10%
增大20%
甘肃省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会

11