復雜超限結構設計要點

復雜超限結構設計要點1、設計依據(jù)2、方案對比3、復雜、超限的判斷4、基礎設計要點5、抗震構造措施和抗震性能目標6、彈塑性分析要點7、性能化設計要點8、舒適度驗算要點9、結構特殊性設計控制10、兩套軟件分析對比11、應用實例一、設計依據(jù)已經(jīng)通過：報規(guī)、報批。符合行政審批的法規(guī)結構分類（甲、乙、丙、丁類）依據(jù)“建筑工程抗震設防分類標準”結構的安全等級（1、2、3級）依據(jù)“建筑結構設計統(tǒng)一標準”地震作用（50、100年、超越概率63%、10%、2%）依據(jù)地震安全性評估（安評報告）、地震動參數(shù)取值、抗震規(guī)范風荷載作用（50、100年、舒適度10年）依據(jù)：風洞試驗、荷載規(guī)范豎向荷載、溫度荷載、雪荷載、依據(jù)荷載規(guī)范以上設計依據(jù)，均會影響到工程建造成本和設計成本在設計合同（協(xié)議）中，如果涉及到工程的具體用量（如用鋼量等），應該慎重。以免造成被動二、方案對比復雜超限結構方案，往往會要求多個方案比較將增加設計前期的工作量，增加設計成本基礎方案比較，采用基礎的形式上部結構方案比較，以確認主體結構可實施性，初步確定截面尺寸、墻體厚度等方案的特殊性，轉換層、大跨度、大懸臂、通長柱、伸縮縫、后澆帶、連體等方案對比需要有一定的深度前期工作量大設計合同中一般沒有體現(xiàn)，造成設計成本忽略三、復雜、超限的判斷超限結構、復雜結構，均會增加設計成本滿足3條一般不規(guī)則的結構，屬于超限結構滿足1條特別不規(guī)則的結構，屬于超限結構有超長結構、多塔結構、連體結構、超大地下室結構等，屬于復雜結構針對不規(guī)則特性、復雜特性，需要有專門措施來加強，增加了設計難度，和設計成本復雜、超限工程，往往需要增加分析深度，增加分析量（比如非線性分析、舒適度分析、動力時程分析、構件性能判斷分析、溫度影響分析等）設計成本往往難以在設計合同中體現(xiàn)（僅以費用/m2），忽略增加深度分析所帶來的工作量和成本增加對復雜超限工程要有預先深度設計概念，合同中要保證深度設計費用（如外包彈塑性分析，往往需要十幾萬），同時也是保證設計質量、避免設計風險四、基礎設計要點復雜、超限工程地基基礎設計，必須依據(jù)地質勘探報告。超高層建筑必須設地下室，也必然帶來深基礎問題深基坑開挖、基坑支護基坑排水、降水基礎不均勻沉降的處理，后澆帶抗浮設計、抗浮驗算地下室外墻側向水土壓力樁垡共同分析基礎與上部結構共同工作地下室的側向剛度如何保證地下室的抗震問題地下室人防荷載及分析復雜超限工程，地基、基礎和地下室都具有各自的設計特點，設計時需要有預見性，工作量和設計深度應體現(xiàn)在合同中，保證復雜地基基礎的設計費用五、抗震構造措施和抗震性能目標根據(jù)項目所在地、安全性評估報告，確定抗震等級、地震動參數(shù)根據(jù)工程特殊性，提高抗震等級，或抗震構造措施根據(jù)抗震設防烈度，確定結構大震下的影響根據(jù)復雜超限程度，設定抗震性能目標（A、B、C、D）地震波時程分析，地震波數(shù)量（3條、7條，1萬/條）需要購買，并保證在統(tǒng)計意義上相符（前2個周期）實現(xiàn)抗抗震性性能目目標的的手段段主要要是彈彈塑性性分析析，和和彈性性方法法的性性能化化分析析，確確定應應用部部分大震變變形驗驗算、、抗倒倒塌驗驗算，，必須須通過過大震構構件性性能（（比如如連梁梁性能能）不不滿足足，必必須調調整根據(jù)大大震彈彈塑性性分析析的薄薄弱部部位，，提高高抗震震構造造措施施根據(jù)大大震分分析結結果（（比如如受拉拉構件件），，調整整方案案，比比如加加型鋼鋼，或或改為為鋼結結構彈性方方法的的中震震設計計控制制（中中震不不屈服服設計計控制制，已已普遍遍應用用）抗震設設計的的延性性設計計和控控制（（比如如提高高墻體體分布布筋的的配筋筋率）），針針對中中震或或大震震的受受拉構構件最大軸軸壓比比控制制、最最大應應力比比控制制不能完完全依依賴于于計算算，構構造措措施需需要根根據(jù)主主觀判判斷結構抗抗震設設防應應具有有二次次防線線的概概念復雜、、超限限工程程，抗抗震性性能、、構造造措施施，是是設計計重點點、難難點，，也是是耗時時相對對較多多，人人工成成本較較大的的階段段設計合合同可可以從從提高高安全全度角角度，，來體體現(xiàn)設設計的的工作作量和和設計計周期期六、彈彈塑性性分析析要點點彈塑性性分析析手段段已普普遍應應用靜力彈彈塑性性應用用范圍圍，抗抗倒塌塌驗算算（性性能點點位移移角、、基底底剪力力、附附加阻阻尼比比）靜力彈彈塑性性構件件性能能（裂裂縫、、塑性性鉸））靜力彈彈塑性性的非非對稱稱性動力彈彈塑性性地震震波（（3條）也也要在在統(tǒng)計計意義義上相相符動力彈彈塑性性構件件裂縫縫、塑塑性鉸鉸分析析豎向構構件在在彈塑塑性分分析后后的抗抗剪承承載力力驗算算V≤0.15fckbh0保證大大震下下，豎豎向構構件不不被剪剪壞，，而是是具有有延性性的彎彎壞動力彈彈塑性性時程程分析析耗時時長，，成本本偏大大特別復復雜、、超限限很多多的工工程，，需要要用兩兩個以以上的的軟件件進行行彈塑塑性分分析，，公認認ABAQUS軟件，，但也也需要要參數(shù)數(shù)正確確合理理彈塑性性分析析，耗耗時耗耗力，，增加加了設設計成成本。。合同同中要要合理理體現(xiàn)現(xiàn)七、性性能化化設計計要點點性能目目標（（A、B、C、D）的實實現(xiàn)，，是彈彈塑性性分析析，和和彈性性分析析的中中震、、大震震分析析，相相結合合的體體現(xiàn)由于彈彈塑性性分析析離散散性，，以彈彈性分分析的的不屈屈服設設計、、彈性性設計計已經(jīng)經(jīng)普遍遍采用用復雜、、超限限結構構，至至少有有一種種構件件滿足足中震震不屈屈服設設計的的設計計控制制要求求對于不不允破破壞的的如轉轉換構構件，，采用用大震震不屈屈服針對不不同目目標，，合理理地設設定構構件的的性能能目標標，即即：中震不不屈服服、中中震彈彈性、、大震震不屈屈服、、大震震彈性性按照性性能目目標進進行設設計控控制，，其配配筋、、應力力比，，均要要實際際滿足足。不不能計計算一一套，，施工工圖另另一套套對特殊殊構件件，比比如：：大懸懸臂、、大跨跨度、、連廊廊、通通長柱柱等，，也需需要專專門設設定性性能目目標不滿足足性能能目標標承載載力的的構件件，應應作相相應調調整（（截面面、材材料、、型鋼鋼、鋼鋼結構構、連連接方方式、、不能能受拉拉等））性能化化設計計分析析屬于于彈性性分析析，耗耗時不不多，，容易易掌握握，應應用越越來越越多。。指定定構件件性能能及安安全度度，可可以在在設計計合同同中提提出，，體現(xiàn)現(xiàn)設計計水平平八、舒舒適度度驗算算要點點結構舒適適度對于于超高層層建筑、、超大跨跨、超懸懸挑結構構，都需需要進行行驗算特殊荷載載，比如如運動荷荷載，對對大跨度度舒適度度的影響響舒適度控控制也是是結構剛剛度的控控制，顯顯然剛度度大舒適適度好大跨度端端部約束束剛度不不能僅以以計算，，需要專專門設計計，按有有把握的的方式連連接，異異常連接接需要試試驗確定定超高層建建筑的風風振舒適適度（順順風向、、橫風向向、扭轉轉風振））大跨度舒舒適度驗驗算需要要作時程程分析需要定義義行人運運動時稱稱曲線，，或特殊殊作用時時稱曲線線不滿足舒舒適度時時，需要要調整結結構、或或增加剛剛度，所所以對有有舒適度度要求的的結構，，設計工工作量增增加設計合同同中應包包含有此此產(chǎn)生的的附加工工作量目前可用用軟件不不多，MIDAS可以九、結構構特殊性性設計控控制復雜工程程常常會會有大跨跨度、大大懸臂、、轉換層層、剛性性層、斜斜支撐、、通長柱柱、連廊廊、懸挑挑墻等隔震、減減震的應應用，阻阻尼器、、隔震墊墊、質量量阻尼、、粘滯阻阻尼、軟軟鋼阻尼尼、屈曲曲支撐等等，設計計應用，，可以聯(lián)聯(lián)合建研研院其它它所共同同完成，，以體現(xiàn)現(xiàn)設計水水平結構的特特殊性，，有時需需要試驗驗（應甲甲方出錢錢），耗耗時較長長，所以以設計時時間應合合理確定定特殊性構構件應滿滿足相應應的性能能目標設計合同同中的費費用、時時間對此此需要有有所體現(xiàn)現(xiàn)十、兩套套軟件分分析對比比復雜、超超限工程程規(guī)范規(guī)規(guī)定需要要2個軟件分分別計算算，以保保證分析析的合理理性結構分析析是計算算模型假假定的結結果，不不同軟件件計算假假定、條條件不同同，需要要保證其其一致性性，才能能比較彈塑性分分析（由由于離散散性）有有時也需需要2個軟件分分別分析析、驗證證結果小震分析析應采用用2個不同公公司的軟軟件。目目前已普普遍采用用有此產(chǎn)生生的工作作量增加加，應該該考慮到到十一、工工程實例例安徽本埠埠C1#樓（中技技安徽分分院，結結構）54層超高層層剪力墻墻住宅結結構設計計蘭州軍區(qū)區(qū)綜合樓樓（中技技九所，，結構））大跨度轉轉換層、、通長柱柱、錯層層柱結構構設計《建筑結構構設計統(tǒng)統(tǒng)一標準準》（GBJ68-84）1.0.5建筑結構構設計時時，應根根據(jù)結構構破壞可可能產(chǎn)生生的后果果（危及及人的生生命、造造成經(jīng)濟濟損失、、產(chǎn)生社社會影響響等）的的嚴重性性，采用用不同的的安全等等級。建建筑結構構安全等等級的劃劃分應符符合表1.0.5的要求。。建筑結構構的安全全等級表表1.0.5安全等級級，破壞壞后果，，建筑物物類型一級：很很嚴重，，重要的的工業(yè)與與民用建建筑物二級：嚴嚴重重，一般般的工業(yè)業(yè)與民用用建筑物物三級：不不嚴重，，次要的的建筑物物注：①對對于特特殊的建建筑物，，其安全全等級根根據(jù)具體體情況另另行確定定；②當按按抗震要要求設計計時，建建筑結構構的安全全等級應應符合《建筑抗震震設計規(guī)規(guī)范》的規(guī)定。。結構設計計規(guī)范按按照部位位分成：：1、地基2、基礎3、地下室室4、上部結結構地基設計計及相應應的規(guī)范范：土方挖掘掘類規(guī)范范、安全全規(guī)范基坑支護護類規(guī)范范、安全全規(guī)范護坡類規(guī)規(guī)范、安安全規(guī)范范基礎設計計及相應應的規(guī)范范：各類基礎礎規(guī)范，，有：茅茅石基礎礎、條形形基礎、、彈性地地基梁、、筏板基基礎、樁樁（單樁樁、群樁樁、灌注注樁、挖挖孔樁，，等等））基礎、、樁筏基基礎、箱箱型基礎礎。根據(jù)上部部結構形形式和地地基條件件，采用用不同的的、合理理的基礎礎形式。。有些規(guī)范范把地基基和基礎礎合并寫寫出，甚甚至連上上部結構構也合在在一起寫寫，對各各項用途途要有條條理的概概念。地下室設設計及相相應規(guī)范范：人防規(guī)范范地下空間間環(huán)境類類規(guī)范地下室與與上部結結構、基基礎連接接、防水水，等標標準。地下室設設計往往往與上部部結構共共同分析析，但是是如果體體量太大大，則要要分開設設計。地地下室要要考慮抗抗震設計計。上部結構構的設計計與分析析的規(guī)范范：根據(jù)材料料分類：：木結構、、磚石結結構、砌砌體結構構、混凝凝土結構構、鋼結結構、輕輕鋼結構構、輕鋼鋼輕混凝凝土結構構根據(jù)用途途分類：：住宅結構構、辦公公結構、、工業(yè)廠廠房結構構、醫(yī)院院結構、、軍事結結構，等上部結構構根據(jù)受受力特征征分類：：砌體結構構、配筋筋砌體結結構、磚磚混底框框結構、、排架結結構、框框架結構構、異形形柱框架架結構、、框架剪剪力墻結結構、異異形柱剪剪力墻結結構、板板柱剪力力墻結構構、剪力力墻結構構、短肢肢剪力墻墻結構、、框架筒筒體結構構、筒中中筒結構構、復雜雜高層結結構、輕輕鋼輕混混凝土