超限高层建筑工程抗震设计指南-6789.doc

6 结构抗震体系的基本要求
6.1 结构体系的一般要求
6.1.1 超限高层建筑结构可采用框架、剪力墙、框架—剪力墙、筒体、板柱结构、钢管混凝土结构、巨型结构体系。
6.1.2 结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、抗震性能目标、建筑的平面形状和体型、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较后确定。
6.1.3 结构体系应符合下列要求：
1 应具有明确的计算简图和合理的风荷载及地震作用传递途径；
2 应具有必要的承载力、刚度、良好的变形和耗能能力；
3 应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构体系丧失承受重力荷载、地震作用、或风荷载的能力；
4 对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。
6.1.4 结构体系尚宜符合下列要求：
1 宜具有多道抗震防线；
2 结构的竖向和水平布置宜使结构具有合理的刚度和承载力分布，避免出现薄弱部位。
3 结构在两个主轴方向的动力特性宜相近，两个主轴方向的第一自振周期的比值不宜小于0.8。
6.1.5 结构宜采用高性能部件和高性能结构材料，填充墙体宜采用轻质材料，在满足使用要求的前提下尽可能降低建筑自重。
6.1.6 为实现多道抗震防线，结构体系尚需满足下列要求：
1 对于需设置约束边缘构件的钢筋混凝土剪力墙，在轴压比不小于0.25的墙肢高度范围内均需按约束边缘构件的要求设置箍筋，以增强第一道防线的抗震能力。
2 在钢筋混凝土外框架－核心筒结构中，对于高度较大的结构，小震计算时外框承担的剪力宜取底部总剪力的20％和计算框架承担的最大剪力的1.5倍两者的较大值，中震计算时外框柱承担的剪力也需进行类似适当的调整，外框梁不需要调整，以增强第二道防线的抗震能力。
3 对于某个主轴方向上单肢墙到顶的情况，需设置耗能连梁或全高提高墙体的承载力，以增强结构的抗震安全性。
4 在钢结构和钢－混凝土混合结构中，钢框架部分承担的地震剪力，也应采用类似于钢筋混凝土外框的加强方法，根据超限程度适当增加外框的地震剪力。
6.1.7 对于楼板开洞，出现长短柱共用的结构，应考虑中震、大震中短柱先破坏，随后地震剪力转由长柱承担的可能，需保证长、短柱的安全，并要求楼板也应具有传递地震作用的能力：
1 开洞很大时，应与相邻层并层计算，复核并层后相邻楼层的刚度和承载力，检验是否存在薄弱层和软弱层。
2 开洞较大时，局部楼板宜按大震复核平面内的承载力。
3 竖向构件按大震安全复核承载力。
4 外框长短柱的数量相当时，其内力分配可在多道防线调整的基础上，按各个击破的最不利情况考虑。
6.1.8 对于细腰位置设置楼、电梯间的结构，连接部位很弱，端部的扭转效应很大，应采用考虑楼盖非刚性的分块模型等计算模型，并采取措施保证结构大震下的安全性。
6.1.9 加强层的数量、位置和结构形式应合理选择。加强层宜采用钢构件，伸臂应贯通核心筒的墙体（平面内可有小的斜交角度），上下弦和斜腹杆均应以钢板构造的形式伸入墙体内。
6.1.10 对于连体结构中的连体和连廊本身，应注意地震的放大效应，确保使用功能和大震安全。采用刚性连接时，应注意复核在两个水平（高烈度时含竖向共三个）方向的中震作用下被连接结构远端的扭转效应，提高承载力和变形能力。支座部位构件的承载力复核，水平向应延伸一跨，竖向宜向下延伸至嵌固端。采用滑动连接时，除了按三向大震留有足够的滑移量外，支座也需适当加强。
6.1.11 应加强装饰构件平面外与出屋面电梯井筒的连接构造，形成有效的空间工作状态。
由于框架、剪力墙、框架－剪力墙、筒体结构体系已在国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011)、国家行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3)和《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99)中有明确的要求，以下仅对板柱结构、钢管混凝土结构和巨型结构体系作进一步说明。
6.2 板柱结构体系
6.2.1 本指南所适用的板柱结构体系是在指在框架—剪力墙、剪力墙、框架—核心筒、筒中筒结构的内部含有板柱节点的结构体系。
6.2.2 结构应布置成双向抗侧力体系，结构两个主轴方向均应设置剪力墙。
6.2.3 结构的周边必须设置有足够刚度的框架梁或连梁，以形成闭合框架或框架—剪力墙或剪力墙结构。
6.2.4 楼、电梯洞口的周边应采用有梁框架或剪力墙。
6.2.5 剪力墙的两侧附近楼板不宜开大洞。当由于建筑功能的需要而无法避免时，必须从构造上保证楼板和墙体间有可靠的传力途径，从计算分析上保证楼板在协调同一楼层竖向构件变形时，有足够的强度和刚度。
6.2.6 房屋的屋盖和地下室顶板，宜采用梁板结构。当把地下室顶板作为结构分析的嵌固端时，地下室顶板应采用梁板结构。
6.2.7 板柱结构体系中的框架—剪力墙或剪力墙或筒体，应承担结构的全部地震作用，各层板柱应承担不少于各层全部地震作用的20%。当板柱数量少于10根时，每一根板柱应承担各层地震作用的2%。
6.2.8 剪力墙之间楼盖的长宽比应符合表6.2.8的规定。当楼盖有较大开洞时，表中的数值应予适当减小，且应符合6.2.5条规定。
表6.2.8 剪力墙之间楼盖的长宽比
楼盖形式
抗震设防烈度
6度、7度
（取较小值）
8度
（取较小值）
现浇
4.0B, 50
3.0B, 40
注：表中B为楼面宽度，单位为m。
6.2.9 板柱结构房屋的最大适用高度不应超过表6.2.9的限值。
表6.2.9 板柱结构房屋最大适用高度（m）
结构类型
抗震设防烈度
6度、7度
8度
板柱-框架-剪力墙
130
120
板柱-剪力墙
全部落地剪力墙
140
120
部分框支剪力墙
120
100
板柱-框架-核心筒
150
130
板柱-框架-筒中筒
180
150
注：1.房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。
2.平面和竖向均不规则的结构或Ⅳ类场地上的结构，最大适用高度宜适当降低。
6.2.10 板柱结构房屋的高宽比不宜超过表6.2.10的限值。
表6.2.10 板柱结构房屋最大适用高宽比
结构类型
抗震设防烈度
6度、7度
8度
板柱-框架-剪力墙
5
4
板柱-剪力墙
6
5
板柱-框架-核心筒
6
5
板柱-框架-筒中筒
6
5
6.2.11 板柱结构房屋应根据抗震设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。丙类建筑的抗震等级应按表6.2.11确定。

表6.2.11 板柱结构房屋抗震等级
结构类型
抗震设防烈度
6度
7度
8度
板柱-框架-剪力墙
高度（m）
≤60
＞60
≤60
＞60
≤60
＞60
框架
四
三
三
二
二
一
剪力墙
三
二
一
板柱的柱
三
二
一
板柱-剪力墙
高度（m）
≤80
＞80
≤80
＞80
≤80
＞80
剪力墙
四
三
三
二
二
一
板柱的柱
三
二
一
板柱-框支剪力墙
非底部加强部位剪力墙
四
三
三
二
二

底部加强部位剪力墙
三
二
二
二
一
框支框架
二
二
一
一
板柱的柱
三
二
一
板柱-框架-核心筒
核心筒
二
二
一
框架、板柱的柱
三
二
一
板柱-框架-筒中筒
内筒
三
二
一
外筒
板柱的柱
三
二
一
6.3 钢管混凝土结构体系
6.3.1 钢管混凝土可用于框架、框架－钢支撑、框架－剪力墙、筒体、巨型结构体系等的框架柱构件。
6.3.2 钢管混凝土结构可与钢结构、型钢混凝土结构、钢筋混凝土结构同时使用。
6.3.3 钢管混凝土结构房屋的最大适用高度不应超过表6.3.3的限值。对平面和竖向均不规则的结构或Ⅳ类场地上的结构，最大适用高度宜适当降低。
表6.3.3 钢管混凝土结构房屋最大适用高度（m）
结构类型
抗震设防烈度
6度
130
140
7度
8度
框架
110
110
90
框架－钢支撑(嵌入式剪力墙)
220
220
200
框架－钢筋混凝土剪力墙、框架－钢筋混凝土核心筒
220
190
150
框筒、筒中筒
300
260
注：筒中筒的筒体为钢结构或钢管混凝土结构组成的筒体。
6.3.4 钢管混凝土结构房屋的高宽比不宜超过表6.3.4的限值。

表6.3.4 钢管混凝土结构房屋最大适用高宽比
结构类型
抗震设防烈度
6度、7度
8度
框架、框架－钢支撑(嵌入式剪力墙)
6.5
6
框架－钢筋混凝土剪力墙、框架－钢筋混凝土核心筒
7
6
框筒、筒中筒
7
6
注：筒中筒的筒体为钢结构或钢管混凝土结构组成的筒体。
6.3.5 在采用框架－钢筋混凝土核心筒的结构体系中，周边钢管混凝土柱框架的梁与柱连接，在抗震设防烈度为7度及以上地区应采用刚接，在6度地区可采用部分铰接。
6.3.6 钢管混凝土用于框架时，框架梁宜优先采用钢梁或钢－混凝土组合梁，也可采用钢筋混凝土梁、钢桁架、钢管混凝土桁架或组合桁架；抗侧力构件可采用钢支撑、带竖缝钢筋混凝土剪力墙、内藏钢支撑混凝土剪力墙、钢板剪力墙或钢筋混凝土剪力墙。楼盖可采用钢－混凝土组合梁或非组合梁，楼板可采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板。
6.3.7 采用框架－支撑结构体系时，支撑在竖向宜连续布置。必要时可设置结构加强层。
6.3.8 采用框架－钢筋混凝土剪力墙结构体系时，钢筋混凝土剪力墙宜采用带翼墙或有端柱的剪力墙。
6.4 巨型结构体系
6.4.1 巨型结构体系是由大型构件(巨型梁、巨型柱、巨型支撑等)组成的主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。(巨型结构体系的典型实例有香港的中国银行大厦、南京的多媒体大厦等)
6.4.2 巨型结构体系可采用巨型框架结构、巨型桁架结构、巨型悬挂结构、多重组合巨型结构体系。
6.4.3 巨型结构体系的主、次结构之分应明确，主结构和次结构可采用不同的材料和体系，主结构可采用高强材料，次结构可采用普通材料。
6.4.4 巨型结构体系中的次结构可设计成地震中的第一道防线，在设防烈度地震作用下可进入塑性；在罕遇地震作用下，主结构中的水平构件可进入塑性，主结构中的竖向构件不进入塑性或部分进入塑性。
6.4.5 主结构中的巨型构件在承担竖向荷载的同时应形成有效的抗侧力体系。
6.4.6 竖向荷载应传递给边柱，由边柱承担竖向荷载以平衡侧向荷载在边柱上引起的上拔力。
6.4.7 结构平面布置在材料相同的情况下，应尽量满足两个主轴方向等效惯性矩最大的原则。
6.4.8 巨型框架结构体系中的巨型柱宜放置在结构的角部，巨型梁的位置宜为：布置1道巨型梁时，最佳位置在0.6倍的结构总高度附近；布置2道巨型梁时，最佳位置在顶层和一半高度位置附近；布置3道或3道以上巨型梁时，宜沿竖向从顶层向下均匀布置。
6.4.9 巨型结构体系中的巨型柱可采用筒体、空间桁架或巨大的实腹钢骨混凝土柱，巨型梁可采用空间桁架。
6.4.10 当建筑的高度较高时可将多种巨型结构体系融合应用，形成多重组合巨型结构体系。

7 结构抗震构造措施要点
7.1 高度超限时的抗震构造要求
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，适当提高配筋量(比计算值增加10％以上)。对底部2～3层的竖向构件，要严格控制轴压比，并同时增加竖向钢筋和水平钢筋(包括箍筋)的数量(比计算值增加10％以上)。
7.2 平面规则性超限时的抗震构造要求
1 凹口深度超限的高层建筑，应采取以下构造措施：（1）屋面层的凹口位置应设拉梁或拉板；屋面楼板厚度宜加厚20mm以上，并采用双层双向配筋；（2）建筑高度超过100米时，或凹口深度大于相应投影方向总尺寸的40％时，还宜每层设置拉梁或拉板；（3）当凹口深度大于相应投影方向总尺寸的40％，且建筑高度小于60米时，屋面楼板厚度和配筋应满足上述（1）的要求，其他楼层设置拉梁或拉板的数量由设计人员确定。（4）当凹口部位楼板有效宽度大于6米，且凹口深度小于相应投影方向总尺寸的40％时，如结构抗震计算指标能通过，则除屋面层外，在凹口位置可以不设拉梁或拉板，但应验算凹口部位楼板的应力，检查凹口内侧墙体上连梁的配筋是否有超筋现象并进行控制。凹口部位及周围的楼板厚度和配筋还应满足上述（1）的要求。
2 对于平面中楼板间连接较弱的情况，连接部位的楼板宜适当加厚20mm以上，并采用双层双向配筋。
3 对于平面布置中局部突出超限的情况，局部突出部分根部的楼板宜适当加厚20mm以上，并采用双层双向配筋。
4 对于平面中楼板开大洞的情况，应加强洞口周围楼板的厚度和配筋，开洞尺寸接近最大限值时宜在洞口周围设置钢筋混凝土梁。
5 楼板的混凝土强度不宜过高，凹口深度和楼板开洞超限的结构，楼板混凝土强度等级不宜大于C30，不应大于C40。
7.3 立面规则性超限时的抗震构造要求
1 对于立面收进层，该层楼板的厚度宜加厚20mm以上，配筋率适当加强(增加10％以上)，并采用双层双向配筋。收进部位的竖向构件的配筋宜适当加强，加强的范围至少需向上、向下各延伸一层。当收进层在房屋顶层时，整层的竖向构件宜适当加强。对主屋面上的小塔楼，各竖向构件的根部配筋也宜适当加强。
2 对于连体建筑，要尽量减少连接体的重量，例如，可采用轻质隔墙和轻质外围护墙等。加强连接体水平构件的强度和延性，抗震等级宜提高一级。保证连接处与两侧塔楼的有效连接，一般情况下宜采用刚性连接；当采用柔性连接时，应保证连接材料(或构件)有足够大的变形适应能力；当采用滑动支座连接时，应保证在大震作用下滑动支座仍安全有效。要加强连接体以下塔楼内侧和外围构件的强度和延性，抗震等级宜提高一级。
3 对于立面开大洞建筑，抗震构造要求与连体建筑类似。应加强洞口周边构件的强度和延性，抗震等级宜提高一级，洞口周边的梁柱的箍筋宜沿构件长度全长加密，洞口上下楼板宜加厚20mm以上，配筋适当加强(增加10％以上)，并采用双层双向配筋。
4 对于多塔楼建筑，底盘屋面板厚度不宜小于180mm，并应加强配筋(增加10％以上)，并采用双层双向配筋。底盘屋面下一层结构的楼板也应加强构造措施(配筋增加10%以上，厚度可按常规设计)。多塔楼之间裙房连接体的屋面梁以及塔楼中与裙房连接体相连的外围柱、剪力墙，从地下室顶板起至裙房屋面上一层的高度范围内，柱的纵向钢筋的最小配筋率宜提高10％以上，柱箍筋宜在裙房楼屋面上、下层的范围内全高加密。裙房中的剪力墙宜设置约束边缘构件。
5 对于带转换层结构，应采取有效措施减少转换层上、下结构等效剪切刚度和承载能力的突变。转换层位置设在第3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙(含筒体)的抗震等级宜提高一级，结构布置应符合以下要求：
(1) 对框架-剪力墙及框架-核心筒体系，底部落地剪力墙和筒体应加厚，所承担的地震倾覆力矩应大于50％；
(2) 转换层下层与上层的等效剪切刚度之比不宜小于0.7，不应小于0.6；
(3) 落地剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部；
(4) 框支转换梁上一层墙体内不宜设边门洞，当无法做到而开有边门洞时，洞边墙体宜设置翼缘墙、端柱或加厚墙体（见图7.3.1）。并应按约束边缘构件的要求进行配筋设计；
框支梁加腋
框支剪力墙
设置翼墙或端柱

图7.3.1 框支梁上墙体开边门洞时洞边墙体的构措施
(5) 矩形平面建筑中落地剪力墙的间距L宜小于1.5倍的楼盖宽度且不宜大于20m；
(6) 落地剪力墙与相邻框支柱的距离不宜大于10m。
6 对于错层结构，有错层楼板的墙体（以下简称错层墙体）不宜为单肢墙，也不应设为短肢墙；错层墙厚不应小于250mm，并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用，配筋率宜提高10%以上。
7.4 减少结构地震扭转效应的措施
1 减少结构平面布置的长宽比，避免较窄长的板式平面。
2 抗侧力构件在平面布置中宜对称、均匀，避免刚度中心与质量中心之间存在过大的偏心。
3 加强外围构件的刚度，避免过大的转角窗和不必要的结构开洞。
4 控制立面的单侧内收。
8 地基基础抗震设计要求
8.1 高度超限时地基基础的抗震要求
要控制建筑物周边桩身尽量不出现拉力或超过桩在竖向力偏心作用时的承载力。当无法避免部分桩出现拉力时，这部分桩应按抗拔桩进行设计并考虑反复荷载的不利作用，并应加强桩身与承台板之间的连接。
8.2 平面不规则或平面尺寸过长时的抗震要求
平面不规则或平面尺寸过长的结构，对地基不均匀沉降非常敏感，设计中应验算各主要控制点的沉降量，严格控制建筑物的绝对沉降，避免过大的沉降差，减少沉降对上部结构的影响。具体措施包括：合理控制基础底板的厚度、强度和配筋，调整桩长和桩位布置，加强筏板基础的整体性和整体刚度等。
8.3 竖向不规则或建筑物高差较大时的抗震设计要求
竖向不规则的结构或建筑物高差较大的结构，对地基的不均匀沉降也很敏感，设计中应采取8.2中的措施减少地基不均匀沉降对上部结构的影响。
8.4 超限高层建筑下有液化土层和软弱土层时的抗震措施
1 应根据建筑物的抗震设防类别、地基的液化等级，以及场地液化效应等的影响，结合具体情况采取相应的部分消除地基液化沉陷的措施或全部消除地基液化沉陷的措施。
2 液化土的桩周摩阻力及桩水平抗力均应乘以相应土层的折减系数，以考虑液化土层对桩身承载力的不利影响。并应加强桩身与承台板之间的连接。
3 当上部结构中设有沉降缝（兼防震缝）时，缝宽应按上海市的有关设计规程确定，当有较厚的严重液化土层时，缝宽宜适当加大。
4 抗震设防类别为甲、乙类高层建筑的地下或半地下结构，当基础底面位于或穿过可液化土层时，宜在抗震设计中考虑土层中孔隙水压力上升的不利影响。
9 结构抗震试验的要求
9.1 对现行规范（规程）未列入的新型结构体系，或超高很多，或结构体系特别复杂、结构类型特殊的高层建筑工程，当没有可借鉴的设计依据时，应选择整体结构模型（金属结构、微粒混凝土结构模型缩尺比例不小于1/50），结构构件、部件或节点模型（缩尺比例不小于1/5），进行必要的抗震性能试验研究。
整体结构模型试验时，模型设计、模型施工、试验加载等应按相似关系要求进行，模型试验宜与理论分析相结合。
9.2 对于上述需进行结构模型抗震试验的高层建筑工程，在进行抗震试验前应进行详细的计算分析，在所有的计算指标满足现有技术标准或专家组评审意见之后，方可进行结构试验以检验结构的抗震能力或找出抗震薄弱环节。在试验完成后，还宜根据试验结果建立计算模型，进行弹塑性时程分析或推覆分析（Pushover分析）。
9.3 结构抗震试验应在主体结构施工图设计之前完成，结构抗震试验结果应正确地应用到工程设计中去。
9.4 对于上述已经进行了小比例的整体结构模型试验的工程，在该工程建成后应进行实际结构的动力特性测试，竣工验收时要有相应的实际结构动力特性测试报告；条件具备时还可根据建设主管部门的要求设置地震反应观测系统。
9.5 对于上述已经进行了大比例的结构构件、部件或节点模型抗震性能试验的工程，条件具备时可于施工阶段在这些构件中设置应变（或应力）测试设备，并进行跟踪监测，为这些工程的建设方和用户提供施工期间和正常使用状态时的基础信息。

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