1、关于广东省标准高层建筑混凝土结构技术规程的若干问题,华南理工大学建筑设计研究院 方小丹2014.10.23.,一、广东省高规编制工作的回顾,广东省标准高层建筑混凝土结构技术规程2005年由广东省建设厅批准立项（粤建科函2005237号），成立了“广东省高规”编制组，以华南理工大学建筑设计研究院为主编单位，广东省建筑设计研究院等为参编单位，并开展工作。,之后，因国家行业标准高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002进行局部修订以及全面修编，编制组决定等新版行业标准实施后再编写“广东省高规”，暂停了编制工作。,国家行业标准高层建筑混凝土结构技术规程于2010年10月发布并开始实施。编制组201
2、1年12月重新启动广东省高规的编写工作，根据实际情况，调整、补充了部分参编单位和人员，原则是保留原高规补充规定的起草人，增加省内各大设计院较年轻的专家。,由主编在原工作的基础上，参考新高规（ JGJ3-2010），整理了讨论稿草稿，于2011年12月14日在华南理工大学建筑设计院召开了第一次（重新起算）编制工作会议，明确了分工及进度安排。,2012年3月召开了第二次编制工作会议，对广东省高规讨论稿条文进行逐条讨论及修改，形成征求意见稿。2012年4月底，编制组将征求意见稿呈报广东省住建厅。5月中省住建厅将征求意见稿挂上网，发文在全省范围内公开征求意见。,编制组于2012年69月召开第三、第四次
3、编制工作会议，对所征集到的近500条意见进行讨论，采纳其中部分意见，进一步完善了广东省高规并形成送审稿。2012年12月16日，广东省住建厅在广州主持召开广东省高规的审查会。送审稿顺利通过审查，并得到较高评价。,“规程较全面地总结了国内特别是广东省近年来高层建筑混凝土结构的研究成果和工程实践经验，在若干重要条款上有所创新，较好地体现了国家科学发展观和技术经济政策，具有较高的实用性和可操作性。”,“审查委员会认为，规程（送审稿）内容充实，技术指标合理，适用性强，无重大遗留问题，总体上达到国内领先水平。”,会后，根据审查会专家意见，对送审稿进行个别条文的修改、补充，形成报批稿于2013年1月底报广
4、东省住建厅。随后，省住建厅完成了备案等行政批准手续，于2013年4月1日发布省高规实施的公告。,二、编写的主要原则和内容,广东省高规除与国家行业标准主要条文保持一致外，反映了近年来广东省的科研成果及工程实践经验。编写的主要原则和内容如下：,1、强制性条文与国家行业标准高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2010一致。2、章节编排与（JGJ 3-2010）基本一致，结构构件的构造要求与（JGJ 3-2010）基本保持一致，增加下列内容：,（1）“巨型框架-核心筒结构”独立成章；（2）隔震、消能减震（振）和结构控制；（3）结构地震作用效应计算的时域显式随机模拟法。3、对下列问题作改进和调整：（1
5、）不限制剪力墙使用C60以上高强混凝土，提出对剪力墙使用C60以上高强混凝土的附加要求；,（2）结构的侧向刚度均以单位层间位移角所需的水平力表达；（3）适当放松结构层间位移角限值；（4）不控制结构的周期比，仅控制结构在偶然偏心地震作用下的扭转位移比；（5）改进结构抗震性能设计的方法；,（6）明确不以调整结构刚度来满足楼层最小地震剪力要求；（7）有条件地放松筒体剪力墙的轴压比限值；（8）明确一般框架-剪力墙结构的地震剪力调整规定不适合巨型框架-核心筒结构，要求核心筒承担100%的地震剪力；（9）框架-剪力墙结构中，框架承担的剪力不满足要求时，可直接调整放大框架柱的剪力，不加大框架的刚度来满足分担
6、剪力的要求。,（10）保留和调整广东省实施高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）补充规定DBJ/T 15-46-2005的一些条文，如钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒结构框架梁弯矩调幅、桩基础承载力计算的规定等。三、若干问题的说明和讨论,1、 关于“巨型框架-核心筒结构”,带伸臂桁架加强层巨型框架-核心筒结构的受力特点,加强层的弯剪刚度大 巨型框架的侧向刚度刚度小 伸臂桁架上下弦杆间筒体剪力墙小剪跨受剪 腰桁架上下弦杆所在层楼板受剪 腰桁架受扭？ 巨型框架柱的计算长度,2、不限制剪力墙使用C60以上高强混凝土 高强混凝土构件避免脆性的途径： 受压时约束混凝土 压弯时钢筋屈服，混凝土不
7、压溃,高强混凝土筒体压弯试验,C80高强混凝土筒体压弯承载力，设计轴压比n=0.51,高强混凝土剪力墙与钢管混凝土剪力墙压弯承载力对比,试件特征点位移延性系数及参数比较,钢管混凝土剪力墙压弯试验,3、结构的侧向刚度均以单位层间位移角所需的水平力表达； 对应于剪力墙，令G=0.4E，可导得框架的等效剪切面积,4、适当放松结构层间位移角限值；不再强调弯曲变形所占比例不小于50%的条件。我国规范对高层建筑位移限值比较严格的主要原因。,以水平荷载作用下钢筋混凝土构件（包括柱、剪力墙）开裂时的层间位移角作为多遇地震作用下结构的弹性位移角限值。对结构计算周期进行折减，但结构计算位移没有相应调整。 由单自由
8、度体系的周期计算公式 可知，结构刚度K与周期T的平方成反比例，因此，大致上框架结构的位移计算值约偏大估计 ，即约2.042.77倍；框-剪结构约偏大 ，即约1.56-2.04倍；剪力墙结构约偏大 ，即约1.01.23倍。,没有扣除刚体位移的影响。结构的层间位移角限值过于严格造成建筑物尤其是低层及多、高层建筑的刚度需求偏大，其直接后果就是结构的地震反应增大，除造成投资的浪费外，反而对结构抗震不利。,5 、不控制结构的周期比，仅控制结构在偶然偏心地震作用下的扭转位移比。结构扭转效应的大小体现于扭转引起的扭转角和扭矩。研究表明，限制偶然偏心地震作用下的结构扭转位移比不要过大，就可控制结构的扭转刚度不
9、致过弱。,采用扭转周期比控制指标易产生的不合理现象有: a) 不满足扭转周期比要求的规则结构通过增加偏心可满足要求, 这与结构抗震设计概念相悖。 b) 不满足扭转周期比要求的结构 可通过削弱结构的平动刚度来满足要求。,c) 同时满足规范要求的较小耦联扭转周期比, 可能对应扭转刚度较大和较小两种情况(下图), 说明满足耦联扭转周期比要求的结构不一定具备预期的抗扭刚度, 耦联扭转周期比不能反映抗扭刚度与抗侧刚度的关系。,d) 某些平动刚度大的结构耦联扭转周期比不满足要求, 但扭转位移比较小, 其抗震性能未必比扭转周期比未超限的结构差。e) 扭转周期比大于1即扭转为第一振型产生的扭矩和扭转角远较考虑
10、5%偶然偏心小，对结构构件承载力并不起控制作用。,扭转位移比与耦联周期比的关系,算例：结构平面图,算例：结构不同偏心时的扭转控制指标结构方案 e /r T/T 扭转振型 扭转位移比 方案1 0.00 0. 926 第2振型 1.14 方案2 0.05 0. 896 第2振型 1.40 方案3 0.10 0.830 第3振型 1.56,国家馆结构模型,结构小震计算结果,由于建筑造型上的需要，由下至上随着展厅范围的伸展，质量分布范围增大，转动惯量加大，导致结构扭转周期成为第1周期。第1扭转周期Tt与第1平动周期T1之比为1.10，未能满足混凝土高规4.3.5条不应大于0.9的要求。在考虑偶然偏心地
11、震作用下，楼盖竖向构件的最大水平位移为屋面两端竖向构件弹性水平位移平均值的1.18倍，小于1.2，属扭转规则结构。,削弱前墙肢布置,削弱后墙肢布置,刚度削弱后与削弱前指标的比值,当单方向削弱结构刚度时，周期比Tt/T1为0.87，可满足不大于0.9的要求，但是此时结构的x向水平刚度约减小80；扭转角约增大95，而且原本为基本对称布置的抗侧力构件人为变成不对称的布置，对结构抗震也是不利的。,工程由4个平面尺寸18.6m18.6m的混凝土筒体通过组合楼盖连成整体，结构平面规则对称。由偶然偏心引起的扭转更主要的是由4个筒体的抗侧平动刚度来抵抗。计算结果表明，就单个混凝土筒体而言，最大弹性水平位移仅为
12、平均水平位移的1.01倍，可见就单个筒体来说，其扭转效应并不明显。即更主要的是由4个筒体的“公转”而不是单个筒体的“自转”来抵抗整体结构的扭转。,计算结果还表明，虽然扭转振型是第一振型，但第一扭转振型引起的扭矩仅为第一平动振型考虑偶然偏心引起的11。虽然展厅的楼层数少，但筒体内沿竖向的连梁较多，弹塑性分析和振动台试验结果已经证明，大震下多处连梁屈服，结构具有良好的耗能机制。甚至在8度大震的作用下，结构模型的最大层间位移角远小于极限弹塑性位移角。可见，对本工程来说，虽然扭转周期是第一周期，但结构的扭转反应并不显著。,模拟地震振动台试验,模型满足动力相似关系及重力相似关系，加速度及重力加速度相似比
13、为1，几何相似比为1/27，应力相似比为1/7，钢筋混凝土部分由微粒混凝土、镀锌铁丝模拟，钢结构部分由紫铜模拟。试验选用了EL Centro波、Pasadena波、上海SHW2人工地震波等3条地震波，在单向、双向、三向地震作用，7度小、中、大震和8度大震下依次进行了模拟地震的振动台试验。 7度大震后原型结构频率最大下降23.8%，8度大震后频率最大下降38.1%,振动台试验结果,6、改进结构抗震性能设计的方法中震作用下着重结构构件的承载力校核，大震作用下着重控制整体结构的弹塑性位移角。大震作用弹塑性分析的优点和局限,钢筋应变：轻微损坏，我司取0.002，省院取0.006，华工取0.004，RB
14、S取0.004，韩老师取0.015；钢筋应变：比较严重损坏，我司取0.012，省院取0.021，华工取0.01，RBS取0.012，韩老师取0.08；砼压应变：轻微损坏，我司取0.0006-0.0016，省院取0.0006，韩老师取0.004；砼压应变：比较严重损坏，我司取0.0033，省院取0.0027，韩老师取1.5倍的极限应变；,抗震设计与其他工程设计相比，更容易陷落到严格地但是盲目地应用最先进的技术条款，而建造出来的却是低劣的结构。 Luis Esteva (路易斯 埃斯特瓦)应当看到，动力分析本身得到的并不见得能与实际地震时表现一致。只有傻瓜才相信，它会给出抗震设计问题的全部答案或解
15、决办法。 【美】Bungale s. Taranath (本格尼 塔拉纳特）,不同抗震性能水准的结构设计在中、大震作用下可按下列规定进行：第1性能水准的结构在中震作用下，全部结构构件的抗震承载力宜符合下式要求： （3.11.3-1） 承载力利用系数，压、剪取0.6；弯、拉取0.69；（K=1.67、1.45）构件重要性系数，关键构件可取1.051.15，一般竖向构件可取=1.0，水平耗能构件可取=0.70.9。,第2性能水准的结构在中震作用下，结构构件的抗震承载力宜符合式（3.11.3-1）的要求，式中承载力利用系数，压、剪取0.67；弯、拉取0.77。（K=1.5、1.3）,第2性能水准的结
16、构在大震作用下，结构构件的抗震承载力宜符合式（3.11.3-2）的要求： （3.11.3-2） 承载力利用系数，压、剪取0.83；弯、拉取1.0。（k=1.2、1）,第3性能水准的结构在中震作用下，结构构件的抗震承载力宜符合式（3.11.3-1）要求，承载力利用系数，压、剪取0.74；弯、拉取0.87；大震作用下，竖向构件的受剪截面宜满足式（3.11.3-3）。 （3.11.3-3） 剪压比，取,第4性能水准的结构在中震作用下，结构构件的抗震承载力宜符合式（3.11.3-1）的要求，承载力利用系数 ，压、剪取0.83；弯、拉取1.0。在大震作用下，竖向构件的受剪截面宜满足式（3.11.3-3）
17、，取 。,第5性能水准的结构在大震作用下，竖向构件的受剪截面宜满足式（3.11.3-3）取,以上各大震性能水准所对应的抗震等级所要求的构造措施，第5水准不宜低于一级，第4水准不宜低于二级，第3水准不宜低于三级，第2水准不应低于四级。各性能目标结构的层间弹塑性极限位移角宜符合表3.11.3的要求。,等位移原理示意图与R-T 原则R指地震作用力折减系数，指结构的延性，T指结构的刚度。通俗地说，在满足一定的刚度需求的前提下，延性好的结构设计地震作用力可折减多些，延性差的结构设计地震作用力可折减少些，相应地提出不同的延性要求及对应的构造措施。,等位移原理示意图,等位移原理示意图,各性能目标结构的层间弹
18、塑性极限位移角宜符合表3.11.3的要求,7、明确不以调整结构刚度来满足楼层最小地震剪力要求反应谱长周期段与最小地震剪力我国规范反应谱存在的缺陷,地震反应谱描述了给定的地震作用下单质点弹性体系最大地震反应与体系自振周期的关系，其实质反映了地震动的特性。人为改变反应谱曲线会导致地震动反应谱特性的失真，这可从我国规范加速度反应谱对应的功率谱以及位移谱在长周期段的异常可以看出其不合理性。,在反应谱长周期段，会发现不同阻尼比的地震影响系数汇集成一点后分叉(图2)，大阻尼比的地震影响系数衰减速度明显低于小阻尼比的地震影响系数的衰减，这根本不符合工程中不同阻尼比结构的震动衰减关系。,5%damping a
19、cceleration and pseudo velocity response spectra,加速度谱,拟速度谱,20%damping acceleration and pseudo velocity response spectra,加速度谱,拟速度谱,我国抗震设计规范规定的楼层最小地震剪力系数仅与地震影响系数的最大值(max)相关，与场地类别无关，这有悖于软土场地上建筑物的地震反应大于硬土场地上地震反应的一般规律，导致、类场地的长周期建筑物比、类场地更难满足最小地震剪力要求的不合理现象。,实际上，楼层最小剪力系数不是反应谱特性的一部分，而是由于对长周期结构地震反应研究不够深入，为保证结
20、构安全所采取的设计措施，可能是恰当的，也可能过于保守。,无法证明最小剪力系数与结构体系的合理性有相关关系，相反，畸形、不合理的结构体系可能满足最小剪重比的要求，而规则、合理的结构却有可能不满足。因此，以是否满足人为设定的、与结构体系的合理性无关的最小剪力系数来评判结构体系合理与否显然没有依据。,要保证长周期结构的安全度有多种方法，令结构承担给定的最小地震剪力即为简单、可行的方法之一，无需人为去改变反应谱；以加大结构刚度来满足计算最小剪重比要求理论上不正确，有违结构抗震设计的基本概念，实践上不但增加设计的困难，也造成结构工料的浪费。,8、有条件地放松筒体剪力墙的轴压比限值。筒体在水平荷载作用下的
21、受力：,当满足,当刚筋屈服时有,则钢筋将先于混凝土屈服，钢筋的变形越充分，则筒体的延性越好。,9.1.6 当地震作用下核心筒或内筒承担的底部倾覆力矩不超过总倾覆弯矩的60%时，在重力荷载代表值作用下，核心筒或内筒剪力墙的轴压比不宜超过表9.1.6的限值。有条件适当放松混凝土核心筒的轴压比限值，不限制采用C60以上高强高性能混凝土，墙厚可比常规设计可大约减少2030%。减少结构自重，也减小地震反应。,表9.1.6 核心筒或内筒墙体的轴压比限值,10.2.6 当核心筒承担的倾覆力矩不大于总倾覆力矩的60%时，其轴压比限值可按表9.1.6采用，核心筒剪力墙应满足大震作用下的压弯承载力要求。可用等效弹
22、性法验算核心筒剪力墙在大震作用下的压弯承载力。阻尼比可取0.060.08。材料强度可取极限值。,9、明确一般框架-剪力墙结构的地震剪力调整规定不适合巨型框架-核心筒结构，要求核心筒承担100%的地震剪力；带加强层的巨型框架的侧向刚度很小，不具备承担一般框架分配的水平剪力的必要刚度。,抗震设计时核心筒应承担全部的地震剪力；巨型框架柱承担的地震剪力标准值宜取不小于框架按侧向刚度分配的地震剪力标准值的3倍，柱端弯矩应进行相应调整，框架柱轴力及与之相连的构件内力可不调整。,10、 不调整框架刚度来满足框架-筒体结构中框架分担剪力的比例。,框架分担的剪力不满足要求时，可直接调整放大框架柱的剪力，相应地调
23、整柱端弯矩；可不调整框架梁端弯矩、剪力，强调强柱弱梁的抗震设计要求。,11、保留和调整广东省实施高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）补充规定DBJ/T 15-46-2005的一些条文，如竖向荷载作用下钢管混凝土柱框架-核心筒结构的计算、桩基础承载力计算的规定等。,计算长期荷载作用下钢（钢管混凝土）框架-混凝土核心筒结构的变形和内力时，考虑混凝土徐变、收缩的影响，混凝土核心筒的轴向刚度可乘以0.50.6的折减系数。桩基础承载力计算竖向荷载，轴心、偏心竖向+风竖向+地震,四、其他的补充和调整,5.4.5 高层建筑结构的整体稳定性也可用有限元特征值法进行计算。由特征值法算得的屈曲因子不
24、宜小于10。当屈曲因子小于20时，结构的内力和位移计算应考虑重力二阶效应的影响。分别与 等价,考虑EI折减50%，则要求12.,对EI折减50%的讨论,考虑EI折减80%，则要求7.5.,3.6.1 地下室顶板宜采用梁板结构条文说明 ：利用楼盖传递较大水平力（如部分框支剪力墙结构的转换层）时，楼板必需具有足够的承载力和整体刚度。当地下室顶板采用无梁楼盖时，板厚宜取较小柱距的1/25和400mm的较大值，柱上板带应设置暗梁，暗梁宽宜不小于柱上板带宽度的50%。,6.1.2 抗震设计时不宜采用单跨框架结构。必须采用单跨框架结构时，应采取有效措施，或参照本规程第3.11节的要求进行抗震性能设计，结构
25、抗震性能目标不应低于C级。,6.2.10 当楼板与框架梁整浇时，框架梁端抗弯承载力可考虑梁翼缘宽度范围内楼板钢筋的作用，梁翼缘宽度宜取两侧各4倍板厚与梁高的较大值，边梁外侧翼缘宽度不应超出楼板边线。,6.4.1 柱截面尺寸应符合下列要求： 矩形截面柱的短边边长，非抗震设计时不应小于200mm，抗震设计时，四级不应小于250mm，一、二、三级时不宜小于350mm；圆柱直径，非抗震和四级抗震设计时不宜小于300mm，一、二、三级时不宜小于400mm。,12.4.12 型钢混凝土剪力墙、钢板混凝土剪力墙、钢管混凝土剪力墙应符合下列构造要求：重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过本规程第7.2.13
26、条的限值，其轴压比可按下式计算：,表二,注: 1、序号a、b不重复计算不规则项；类扭转不规则及类竖向构件不连续可各计0.5项不规则。 2、局部的不规则，视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。,表三,TABLE 16-LVERTICAL STRUCTURAL IRREGULARITIES,1629.9.1 Discontinuity. Structures with a discontinuity in capacity, vertical irregularity Type 5 as defined in Table 16-L, shall not be over tw
27、o stories or 30 feet (9144 mm) in height where the weak story has a calculated strength of less than 65 percent of the story above.EXCEPTION: Where the weak story is capable of resisting a total lateral seismic force of times the design force prescribed in Section 1630.,TABLE 16-MPLAN STRUCTURAL IRR
28、EGULARITIES,五、超限高层混凝土结构抗震审查案例讨论,1、某大型办公服务中心,审查时关注什么？1、结构承担重力荷载的可靠性、有效性、安全性，结构传力受力是否合理？地基基础问题大悬挑剪力传递，弯矩平衡斜柱拉、压水平分力的处理2、结构抵抗风荷载的安全性3、结构抵抗地震作用的安全性地震作用取值通常按国家相关规范、规程（设防烈度、地震分组、场地类别、阻尼比）,结构的抗震设防分类抗震性能目标的设定确定抗震等级为达到目标采取的措施合理的分析方法 分析程序 静力 动力 稳定（整体，穿层柱） 弹塑性对计算结果的分析和判断主要计算指标满足相关规范的要求周期、层间位移角、竖向构件的轴压比、扭转位移比、刚
29、重比、剪重比、弹塑性位移角,周期、层间位移角、竖向构件的轴压比、扭转位移比、刚重比、剪重比、弹塑性位移角、舒适度验算、大跨度梁的挠度验算、大跨度钢结构楼盖的舒适度验算。一般情况下不违反强制性条文。有不符合时应详细说明、论证其可行性。有针对性的加强措施。措施应具体化。,六、一些结构计算、设计问题的讨论,结构的计算嵌固端设于地下室顶板还是底板？结构的计算嵌固端设于地下室底板面时，四层地下室结构的抗震等级如何确定？底部加强区如何确定?地下室上有多个塔楼。结构的计算嵌固端设于地下一层时，是否算尺寸突变（多塔楼）？结构的计算嵌固端设于地下室顶板，由于层高限制，顶板能否做无梁楼盖？,大震作用下计算方法的选
30、择：静力弹塑性推覆还是动力弹塑性时程？楼板的性能目标如何设定？弹性方法计算罕遇地震下楼板应力是否合适？地下室的抗浮水位如何取值？计算底板或壁板的裂缝宽度时与计算承载力取值一致吗？,框架结构，首层层高6米，二层层高3米，柱截面尺寸、混凝土强度等级、配筋均一致，但计算显示受剪承载力突变，如何处理？剪力墙结构，首层层高6米，二层层高3米，剪力墙厚度、混凝土强度等级、配筋均一致，但计算显示受剪承载力突变，如何处理？,某工程有4层地下室，计算桩基础时能否考虑水浮力的作用？岩石地基上3.2X3.2米的单独基础，混凝土C40，岩基承载力特征值400t/m2,柱截面尺寸1.6X1.6米，轴力标准值4000t,按地基基础设计规范验算基础受剪承载力时基础板厚度需3.6米，是否厚了？二桩承台侧面要配置受力钢筋吗？,某7层框架结构大型商场，柱网8.4X8.4米，-13层、因大空间需要抽柱，利用4、5层设高10米、跨度25.2米的混凝土墙（梁）支承6、7层柱。此结构是否为“部分框支剪力墙结构”？某40层B级高度部分框支剪力墙结构，转换层位于第10层层，框支框架抗震等级提高一级为特一级，加强部位需从负1层至10层吗？,消防车道的荷载可以折减吗？与高层塔楼相连的裙楼楼板开洞大于40%，对高层塔楼而言，是否属于平面不规则？地下室错层，是否应按错层结构相关规定进行设计？,
