超限结构设计要点

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,复杂超限结构设计要点,1,、设计依据,2,、方案对比,3,、复杂、超限的判断,4,、基础设计要点,5,、抗震构造措施和抗震性能目标,6,、弹塑性分析要点,7,、性能化设计要点,8,、舒适度验算要点,9,、结构特殊性设计控制,10,、两套软件分析对比,11,、应用实例,一、设计依据,已经通过：报规、报批。符合行政审批的法规,结构分类（甲、乙、丙、丁类）,依据“建筑工程抗震设防分类标准”,结构的安全等级（,1,、,2,、,3,级）,依据“建筑结构设计统一标准”,地震作用（,50,、,100,年、超越概率,63%,、,10%,、,2%,）,依据地震安全性评估（安评报告）、地震动参数取值、抗震规范,风荷载作用（,50,、,100,年、舒适度,10,年）,依据：风洞试验、荷载规范,竖向荷载、温度荷载、雪荷载、,依据荷载规范,以上设计依据，均会影响到工程建造成本和设计成本,在设计合同（协议）中，如果涉及到工程的具体用量（如用钢量等），应该慎重。以免造成被动,二、方案对比,复杂超限结构方案，往往会要求多个方案比较,将增加设计前期的工作量，增加设计成本,基础方案比较，采用基础的形式,上部结构方案比较，以确认主体结构可实施性，初步确定截面尺寸、墙体厚度等,方案的特殊性，转换层、大跨度、大悬臂、通长柱、伸缩缝、后浇带、连体等,方案对比需要有一定的深度,前期工作量大,设计合同中一般没有体现，造成设计成本忽略,三、复杂、超限的判断,超限结构、复杂结构，均会增加设计成本,满足,3,条一般不规则的结构，属于超限结构,满足,1,条特别不规则的结构，属于超限结构,有超长结构、多塔结构、连体结构、超大地下室结构等，属于复杂结构,针对不规则特性、复杂特性，需要有专门措施来加强，增加了设计难度，和设计成本,复杂、超限工程，往往需要增加分析深度，增加分析量（比如非线性分析、舒适度分析、动力时程分析、构件性能判断分析、温度影响分析等）,设计成本往往难以在设计合同中体现（仅以 费用,/m,2,），忽略增加深度分析所带来的工作量和成本增加,对复杂超限工程要有预先深度设计概念，合同中要保证深度设计费用（如外包弹塑性分析，往往需要十几万），同时也是保证设计质量、避免设计风险,四、基础设计要点,复杂、超限工程地基基础设计，必须依据地质勘探报告。超高层建筑必须设地下室，也必然带来深基础问题,深基坑开挖、基坑支护,基坑排水、降水,基础不均匀沉降的处理，后浇带,抗浮设计、抗浮验算,地下室外墙侧向水土压力,桩垡共同分析,基础与上部结构共同工作,地下室的侧向刚度如何保证,地下室的抗震问题,地下室人防荷载及分析,复杂超限工程，地基、基础和地下室都具有各自的设计特点，设计时需要有预见性，工作量和设计深度应体现在合同中，保证复杂地基基础的设计费用,五、抗震构造措施和抗震性能目标,根据项目所在地、安全性评估报告，确定抗震等级、地震动参数,根据工程特殊性，提高抗震等级，或抗震构造措施,根据抗震设防烈度，确定结构大震下的影响,根据复杂超限程度，设定抗震性能目标（,A,、,B,、,C,、,D,）,地震波时程分析，地震波数量（,3,条、,7,条，,1,万,/,条）需要购买，并保证在统计意义上相符（前,2,个周期）,实现抗震性能目标的手段主要是弹塑性分析，和弹性方法的性能化分析，确定应用部分,大震变形验算、抗倒塌验算，必须通过,大震构件性能（比如连梁性能）不满足，必须调整,根据大震弹塑性分析的薄弱部位，提高抗震构造措施,根据大震分析结果（比如受拉构件），调整方案，比如加型钢，或改为钢结构,弹性方法的中震设计控制（中震不屈服设计控制，已普遍应用）,抗震设计的延性设计和控制（比如提高墙体分布筋的配筋率），针对中震或大震的受拉构件,最大轴压比控制、最大应力比控制,不能完全依赖于计算，构造措施需要根据主观判断,结构抗震设防应具有二次防线的概念,复杂、超限工程，抗震性能、构造措施，是设计重点、难点，也是耗时相对较多，人工成本较大的阶段,设计合同可以从提高安全度角度，来体现设计的工作量和设计周期,六、弹塑性分析要点,弹塑性分析手段已普遍应用,静力弹塑性应用范围，抗倒塌验算（性能点位移角、基底剪力、附加阻尼比）,静力弹塑性构件性能（裂缝、塑性铰）,静力弹塑性的非对称性,动力弹塑性地震波（,3,条）也要在统计意义上相符,动力弹塑性构件裂缝、塑性铰分析,竖向构件在弹塑性分析后的抗剪承载力验算,V,0.15,f,ck,bh,0,保证大震下，竖向构件不被剪坏，而是具有延性的弯坏,动力弹塑性时程分析耗时长，成本偏大,特别复杂、超限很多的工程，需要用两个以上的软件进行弹塑性分析，公认,ABAQUS,软件，但也需要参数正确合理,弹塑性分析，耗时耗力，增加了设计成本。合同中要合理体现,七、性能化设计要点,性能目标（,A,、,B,、,C,、,D,）的实现，是弹塑性分析，和弹性分析的中震、大震分析，相结合的体现,由于弹塑性分析离散性，以弹性分析的不屈服设计、弹性设计已经普遍采用,复杂、超限结构，至少有一种构件满足中震不屈服设计的设计控制要求,对于不允破坏的如转换构件，采用大震不屈服,针对不同目标，合理地设定构件的性能目标，即：,中震不屈服、中震弹性、大震不屈服、大震弹性,按照性能目标进行设计控制，其配筋、应力比，均要实际满足。不能计算一套，施工图另一套,对特殊构件，比如：大悬臂、大跨度、连廊、通长柱等，也需要专门设定性能目标,不满足性能目标承载力的构件，应作相应调整（截面、材料、型钢、钢结构、连接方式、不能受拉等）,性能化设计分析属于弹性分析，耗时不多，容易掌握，应用越来越多。指定构件性能及安全度，可以在设计合同中提出，体现设计水平,八、舒适度验算要点,结构舒适度对于超高层建筑、超大跨、超悬挑结构，都需要进行验算,特殊荷载，比如运动荷载，对大跨度舒适度的影响,舒适度控制也是结构刚度的控制，显然刚度大舒适度好,大跨度端部约束刚度不能仅以计算，需要专门设计，按有把握的方式连接，异常连接需要试验确定,超高层建筑的风振舒适度（顺风向、横风向、扭转风振）,大跨度舒适度验算需要作时程分析,需要定义行人运动时称曲线，或特殊作用时称曲线,不满足舒适度时，需要调整结构、或增加刚度，所以对有舒适度要求的结构，设计工作量增加,设计合同中应包含有此产生的附加工作量,目前可用软件不多，,MIDAS,可以,九、结构特殊性设计控制,复杂工程常常会有大跨度、大悬臂、转换层、刚性层、斜支撑、通长柱、连廊、悬挑墙等,隔震、减震的应用，阻尼器、隔震垫、质量阻尼、粘滞阻尼、软钢阻尼、屈曲支撑等，设计应用，可以联合建研院其它所共同完成，以体现设计水平,结构的特殊性，有时需要试验（应甲方出钱），耗时较长，所以设计时间应合理确定,特殊性构件应满足相应的性能目标,设计合同中的费用、时间对此需要有所体现,十、两套软件分析对比,复杂、超限工程规范规定需要,2,个软件分别计算，以保证分析的合理性,结构分析是计算模型假定的结果，不同软件计算假定、条件不同，需要保证其一致性，才能比较,弹塑性分析（由于离散性）有时也需要,2,个软件分别分析、验证结果,小震分析应采用,2,个不同公司的软件。目前已普遍采用,有此产生的工作量增加，应该考虑到,十一、工程实例,安徽本埠,C1#,楼（中技安徽分院，结构）,54,层超高层剪力墙住宅结构设计,兰州军区综合楼（中技九所，结构）,大跨度转换层、通长柱、错层柱结构设计,建筑结构设计统一标准,（,GBJ 68-84,）,1.0.5,建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分应符合表,1.0.5,的要求。,建筑结构的安全等级 表,1.0.5,安全等级，破坏后果，建筑物类型,一级：很严重，重要的工业与民用建筑物,二级：严 重，一般的工业与民用建筑物,三级：不严重，次要的建筑物,注： 对于特殊的建筑物，其安全等级根据具体情况另行确定；, 当按抗震要求设计时，建筑结构的安全等级应符合,建筑抗震设计规范,的规定。,结构设计规范按照部位分成：,1,、地基,2,、基础,3,、地下室,4,、上部结构,地基设计及相应的规范：,土方挖掘类规范、安全规范,基坑支护类规范、安全规范,护坡类规范、安全规范,基础设计及相应的规范：,各类基础规范，有：茅石基础、条形基础、弹性地基梁、筏板基础、桩（单桩、群桩、灌注桩、挖孔桩，等等）基础、桩筏基础、箱型基础。,根据上部结构形式和地基条件，采用不同的、合理的基础形式。,有些规范把地基和基础合并写出，甚至连上部结构也合在一起写，对各项用途要有条理的概念。,地下室设计及相应规范：,人防规范,地下空间环境类规范,地下室与上部结构、基础连接、防水，等标准。,地下室设计往往与上部结构共同分析，但是如果体量太大，则要分开设计。地下室要考虑抗震设计。,上部结构的设计与分析的规范：,根据材料分类：,木结构、砖石结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构、轻钢结构、轻钢轻混凝土结构,根据用途分类：,住宅结构、办公结构、工业厂房结构、医院结构、军事结构,，等,上部结构根据受力特征分类：,砌体结构、配筋砌体结构、砖混底框结构、排架结构、框架结构、异形柱框架结构、框架剪力墙结构、异形柱剪力墙结构、板柱剪力墙结构、剪力墙结构、短肢剪力墙结构、框架筒体结构、筒中筒结构、复杂高层结构、轻钢轻混凝土结构。,复杂高层：,大底盘多塔结构、转换层结构、错层越层结构、刚臂层超高层结构、巨型框架结构。,上部结构分析设计，整体设计（分析、控制）、构件设计（分析、配筋、验算）,一、整体设计,整体分析：,整体刚度组成和变形、地震力和风作用、竖向力作用、温度作用、人防爆炸荷载作用、吊车荷载作用、特殊荷载作用、几何非线性、弹性时程、弹塑性时程、弹塑性抗推覆、性能化、抗连续倒塌、隔震减震。,整体控制：,薄弱层控制、位移变形控制、层刚度控制、周期振型控制、地震力控制、层承载力控制、稳定性控制,二、构件设计,构件分析：,内力、内力调整、调幅、变形挠度、承载力、内力组合、内力放大。,混凝土构件截面配筋：,矩形、圆形、异形、型钢混凝土、墙柱、墙梁。,组合构件、钢构件验算：,（矩形、圆）钢管混凝土、钢。,软件应用,软件应用的核心：,对软件内涵的理解（面广、点深）,对软件控制参数的理解,