《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》.pptx

上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则 （2014-954号文）技术培训扶长生上海市超限高层建筑工程抗震设防专家委员会委员2015年1月20日,第一部分 修订说明,定义了一般超高、特别超高、规则性超限高层建筑、其它超限高层建筑，并提出了不同的分析方法和设计要求。 根据当前设计市场的实际情况，对需要进行性能设计的项目范围作出了限制。 充分肯定了体现本市研究成果的上海市地方规程，《上海市抗规》和《上海市高钢规》。例如，按《上海市抗规》的建议和条文，使用等效剪切刚度计算层刚度比；实现框架-核心筒结构二道防线的概念。又如，可按《上海市高钢规》设计高层钢结构。,主要特点,吸纳了已被工程实践证明、学术界已经形成共识、对设计有推动意义的成果。如允许采用厚板转换，可直接放大地震作用实现最小楼层剪力系数等。 对嵌固端的设置作出了详细的解释。明确指出，当地下室顶板开大洞时，只要通过分析能证明满足嵌固的要求，应优先把建筑首层标高作为嵌固端。即使嵌固端设置在首层以下的标高，首层楼板和地下室顶板也必须满足规范对嵌固端的要求。 制订了薄弱连接板、柱支承板和转换厚板的抗震设防标准。,指出性能设计的重点是基于强度的小震设计和基于变形的大震设计，规定要以大震非线性分析得到的弹塑性应变作为性能评估的物理参数。在我国规范对性能准则尚无明确规定时，可参考先进国家的有关条文和我国学术界的研究成果。 对于静力非线性分析（推覆分析）列出了原则性条文。 指出了动力非线性分析中，合理选取大震波的重要性，且提出了明确要求。 鼓励消能减震技术的应用。,技术要点说明,第一章 控制条件,第1.2~1.4条 性能设计的范围,在鼓励进行性能设计的同时，规定只有对特别超高超限高层建筑，对具有3项及其以上特别不规则的一般超高高层建筑，对种类超过3种的多重复杂的结构体系或《抗规》、《高规》、《高钢规》暂未列入的其它高层结构体系，才需要进行性能设计。,性能水准和性能段,第1.5条 性能设计的总体要求,表9 性能目标表,表10 性能目标参考表,目标性能表的重点是基于强度的小震设计和基于变形的大震设计，中震可修是自动满足的。 设计人员应根据结构的特征，按附件1表9进行不同的组合。,框架-核心筒结构抗震目标性能示例（C级~D级）,第1.6条 严重不规则,强调了结构规则性对抗震的重要性。随着经济的发展，出现了一片不规则造型的高层建筑。有些属于严重不规则的结构，对于安全带来巨大的不确定性，对投资造成极其不经济。因此，有必要重新论证建筑方案。,第二章 高度超限或规则性 超限审查内容,第2.3条 抗震概念设计和一般规则,本条相当于结构的抗震设计准则，是抗震送审文本的重要组成部分。结构专业负责人应该把设计理念解释清楚。,第2.3.4条 嵌固端的设置,应尽可能地把嵌固端设置在主楼的首层楼板标高。 当地下室顶板有较大的洞口，除了应满足规范对嵌固端的构造要求以外，应加强洞口周边的水平构件和竖向构件，把它们作为强度控制构件，且在中震或大震分析中，仍处于基本完好状态，保证有直接的传力途径传递上部结构的底部剪力至周边的地基土。而且，需要通过分析证明，上部结构周边的楼板对结构在首层的侧向位移有足够的嵌固作用。 嵌固端只是一个计算的假定，仅仅意味着嵌固端以下的结构对上部结构的影响，在计算中可以予以略去。即使把嵌固端设置在首层以下的楼层，上部结构的底部剪力仍然会沿着首层楼板和地下室顶板向外和向下传递。因此，首层楼板及地下室的顶板仍需满足规范对嵌固端的要求。,第2.3.6条 结构转换方案,可采用厚板转换。 厚板的厚度，比较90年代，已经减薄了不少。 厚板传力直接，其力学性能要优于梁搁梁的转换方式。 当采用厚板转换时，必须进行楼板的应力分析，满足厚板小震混凝土核心层不裂、正截面和斜截面按中震极限状态承载力设计，大震仍传递水平力和承受竖向荷载的的抗震设防标准。,第2.3.7条 大底盘的多塔结构,上部结构应尽可能地把单塔的分析结果作为设计依据。 大底盘高度范围内的塔楼部分，宜以多塔和单塔分析的包络作为设计依据。大底盘顶板的受力和配筋应考虑塔楼的地震剪力及其相位差产生的不利影响。,第2.3.8条 伸臂层,伸臂层上下弦杆所处的楼板将承担极大的水平力，从核心筒传递至周边框架，再从周边框架传递至核心筒。而且，与伸臂连接的墙体承受了巨大的弯矩。而且，伸臂层往往为结构的加强层，因此，应对伸臂层进行有限元分析，且满足构造要求。,第2.3.11~2.3.12条 楼板,薄弱连接板、柱支承板、转换厚板，需要进行楼板应力分析。 以楼板的主拉应力作为楼板强度设计的依据。 当采用分块刚性概念时，宜进行弹性时程分析复核楼板的应力，已计入各子结构的错动对楼板造成的不利影响。,第2.3.13条 高层钢结构的抗震设计,上海市于2008年颁布了《高层建筑钢结构设计规程》DG/T J08—32—2008。它体现了本市在高层钢结构设计领域中的研究成果。全国高层钢结构设计规范的版本过早，新版尚未颁布。因此，本市的高层钢结构，宜按上海市高钢规进行设计。,第2.4.3条 非线性模型,非线性模型的建立和判别比线弹性模型要复杂得多。结构工程师应当清楚地意识到不是靠某一个程序的接力运算就能得到合理的计算结果。 对于钢筋混凝土构件，按规范构造要求进行配筋设计后，混凝土为约束混凝土。钢筋混凝土的研究对象是约束混凝土。性能设计中的性能水准都是按约束混凝土试件的试验数据和震害作为基础资料制订的，使用素混凝土本构关系不一定偏安全，需要经过详细评估，建议不要轻率地使用。,第2.4.4条 剪重比,当结构底部的总地震剪力偏小，直接对全楼放大地震作用。按放大了的地震作用，进行结构变形验算和构件设计。,第2.4.5条 剪力分担比,按上海市抗规执行。 工程设计实例表明，只要框架柱的水平承担的水平剪力按 进行调整，大震中，框架柱一般都能起到二道防线的作用。 需要进行大震非线性分析验算，核实。 本条的规定同样适合于第2.4.6条的钢框架-钢筋混凝土核心筒结构。,,第2.4.10 地震波的选取,选择合适的地震波是一件极其困难的工作，涉及到地震学、地震工程学、地震地质学、结构动力学等各个领域及其交叉领域中的专业知识。 对于重大建筑，地震安评单位有责任提供合适的地震波。也可以单独委托有此方面经验的单位提供合适的地震波。 对于非重大建筑，原则上可以参考上海市抗规附录中的地震波数据库选取合适的地震波。,第2.5.3条 抗震薄弱部位,抗震薄弱部位是指立面收进、楼板开大洞、平面深凹槽等容易引起应力集中的部位。 对于这些部位，应该对结构的完整性、配筋的连续性、应力集中引起脆性破坏的可能性均应有相应的综合措施。,第三章 屋盖超限超限审查内容,竖向振动为第一振型。 属于风敏感、温度敏感、稳定敏感、沉降敏感型的结构。 分析模型中应考虑支承体系与屋盖系统的相互作用，荷载组合中应考虑竖向地震作用，温度作用和风作用。 需要进行材料非线性和几何非线性的双非线性分析。,第二部分 基于性能的抗震设计,第一节 基于规范和基于性能的抗震设计方法,1、定义,把规范规定的常规抗震设计方法，即振型分析反应谱法定义为基于规范的法定设计方法，简称法定设计法。,2、性能设计的目的,应用非线性分析，通过塑性变形和性能准则对构件和结构的抗震性能做全面的评估，用最节约的投资得到最合理的设计。从构件到整体，全面、全过程地监控和掌握结构的非线性行为，使结构设计具有更高的可信度。 对不同水准的地震、不同类型的构件实行不同方式和不同等级的保护，以节约建造成本，增加投资效益。 使结构能适应建筑和功能的需要。对于基于规范的法定设计法未能涵盖的不规则结构，通过性能设计法证明，与法定设计法设计的类似结构比较，至少具有等同的抗震能力，能够防止倒塌、实现生命安全。 规范提供了安全保障的最低标准。在满足最低标准的前提下，允许发展商对性能水准有不同的选择。 鼓励结构工程师结构创新和使用高性能材料。,1. 2. 3. 4. 5.,性能设计方法的组成和流程框图,钢筋混凝土结构性能设计流程框图,变形控制构件和强度控制构件,变形控制构件是指预期出现塑性铰构件。例如，滞回曲线丰满的框架梁、连梁和消能减震组件等。 应满足变形的需求/能力比。 要求剪切屈服的延性等级高于弯曲屈服。不建议构件发生剪切屈服。 建议参考我国学术界的研究成果和美国ASCE 41-06的具体规定。 强度控制构件是指预期不出现塑性铰的构件。例如，延性能力较差的框支框架，转换厚板和巨柱等。,第二节 设计性能目标,一、性能水准和可接受准则,1、性能水准和性能段,结构的抗震机理是延性和耗能。塑性变形是判别性能水准最直接、最合理的物理量。性能水准点对应的塑性变形值称为性能准则(Acceptance Criteria)。这样，性能准则定义为某一个性能段的最大塑性变形，是性能水准的定量判据，非线性分析和性能设计之间的桥梁。,2、性能准则,二、性能目标和目标性能,性能表,性能水准表（FEMA 273表2-9）,性能目标表（ASCE 41-06表C1-1）,性能目标矩阵表（ICC 2006）,各类建筑的最低抗震性态要求 （通则CECS 160 : 2004）,第三节 推覆分析,一、基本原理,1、结构动力学背景和能力谱,推覆分析基本原理图,双折线 能力曲线,2、ADRS谱,传统设计谱和ADRS设计谱,能力谱与两种不同格式设计谱的叠加,二、弹塑性需求谱和目标位移,1、能力谱法,能力谱法（ATC 40） （改笔自Powell G.H.资料）,2、修正能力谱法,修正能力谱法（PERFORM）,3、位移系数法,基本公式,,,,：顶点位移,,,,,：侧向位移形状修正系数,：非线性修正系数，把弹性位移转换为弹塑性位移,：捏拢、刚度和强度退化修正系数,： 效应修正系数,,位移系数法（FEMA 273） （改笔自Powell G.H.资料）,4、等效线性法,有效阻尼 和有效周期,,,等效线性法（FEMA 440） （改笔自Powell G.H.资料）,二、局限性,1、高振型影响,最大层间位移与整体层间位移之比,(a) 层位移(in) (b) 层间位移(%) (c) 层剪力(kips),8层剪力墙结构推覆分析与动力非线性分析的比较 （FEMA 440）,(a) 层位移 (b) 层位移(带薄弱层) (c) 层间位移,9层钢框架结构推覆分析与动力非线性分析的比较 （FEMA 440）,2、推覆力的分布,推覆力分布模态有不变模态和自适应模态两大类。 不变模态是指在推覆过程中推覆力分布的模态自始至终保持不变。 自适应模态是指推覆力分布的模态随着位移形状的改变不断地进行调整。没有足够的分析成果及严格的数学理论能够支持自适应分布模态一定比不变分布模态能精确多少。 工程上，往往采用不少于两种分布模态进行推覆分析，需要结构工程师应用深厚的力学知识和工程经验来解读分析结果，做出综合判断。,四、实施要点,建立弹性分析模型。按能力设计原理及 准则选取合理的抗震等级，进行小震线弹性分析，使结构满足必要的强度需求。 优化结构弹性动力特性，实现动力规则性。结构至少应具有清晰的自振特性，水平振动与扭转振动之间不发生或少发生耦联，减少扭转的影响。对于振型不清晰或扭转振动为第一振型的结构，建议补充动力非线性分析。 补充建立三维非线性分析模型。模型应包含影响结构非线性行为的所有因素。例如，构件的屈服强度、屈服变形，约束混凝土的本构关系以及与可接受准则匹配的约束箍筋，梁两侧楼板及板内纵向钢筋对梁抗弯刚度与弯曲超强的影响等等。 预期构件的破坏机制，区分强度破坏构件和变形破坏构件。,1. 2. 3. 4.,选取构件合适的非线性模型。对剪力墙可采用纤维模型或分层壳单元模型，对梁、柱可采用集中塑性铰模型。 选择合理的梁铰变形机构，按结构的特性估计梁铰出现的部位。应允许剪力墙底部出现弯曲塑性铰，但应避免在塑性铰区发生剪切破坏。 选择合适的推覆程序。程序应至少具备两个或两个以上推覆力分布模态，如振型SSRS/CQC组合或代数和组合的推覆力分布模态。具有按修正能力谱法或等效线性法估计目标位移、构件塑性转动能力，按可接受准则进行性能评估等功能。 选择合适的推覆方向。建议除了沿结构振动主轴方向以外，补充沿主要抗侧力构件方向的推覆分析。对于非对称建筑，尚需进行正反两个方向的推覆。,5. 6. 7. 8.,9. 10. 11. 12.,选择合适的推覆力模态。沿每一个推覆方向，至少选取两种推覆力分布模态。建议分别取 模态进行推覆分析，取包络进行设计。 选择合适的可接受准则。在我国尚未做出明确规定之前，建议参考美国ASCE 41执行。据最新的研究成果，ASCE 41的可接受准则具有充分的安全性 选择确定性能点的方法。可采用修正能力谱法或等效线性法。建议在许可范围内，可以选择这两种方法进行分析，应用结构工程师的工程经验加以判别，决定取舍。 求取小震性能点，仔细比较弹性分析与推覆分析的结果。若两者结果差别较大，应检查模型并作出改进后重新推覆。若差别的原因确实是由于高振型的影响，可按小震性能控制点校正法校正后重新推覆。,,13. 14. 15. 16.,确定小震性能点，评估结构及构件是否达到小震目标性能，处于基本弹性或运行控制性能段。 观察第一批塑性铰的出现，估计结构遭遇小震或中震时的弹性变形储备能力。 确定大震性能点。以结构最大弹塑性层间位移角及构件塑性铰转动作为指标，建立结构整体位移与构件局部变形间的关系，评估构件及结构是否达到预期的目标性能，处于破坏控制性能段或有限安全性能段。 全过程跟踪塑性铰出现的顺序、位置，观察结构变形机构的发展和验证构件的破坏模态，估计潜在的薄弱部位，验证沿结构高度是否存在薄弱层，是否存在发生层倒塌模式的潜在危险。,17. 18. 19. 20.,验证内力重分配是否会引起强度控制构件及节点的超载发生脆性破坏，是否自始至终都具有完好的传力途径。 估计楼板不连续或侧向刚度不规则造成对邻近竖向构件的影响。 对于墙体底部出现弯曲塑性铰的结构，应控制性能目标。当性能目标超过生命安全水准，处于有限安全控制段时，应充分重视多自由度体的赘余度和系统超强作用，限制最小底部剪力，考虑底部弯曲塑性铰区向上延伸的可能性。建议首层的配筋至少向上延伸一层或贯通全部底部加强区。 领衔编制抗震专项审查报告的结构工程师应具备丰富的工程经验、广博的地震工程学知识及解读非线性分析结果的能力。,五、基于推覆分析的输入地震动加速度记录核定准则,非线性分析模型与方法不确定性的比较,1、随机事件的确定性分析,5层钢结构带支撑框架对30条地震记录的地震反应 （Vamvatsikos and Cornell, 2000）,动力非线性分析的波形选取,动力非线性分析结果具有巨大的离散性。 选择合适的地震波是一件极其困难的工作，涉及到地震学、地震工程学、地震地质学、结构动力学等各个领域及其交叉领域中的专业知识。选取大震波的原则和过程应该是透明的。 对于需要进行动力非线性分析的项目，应该对大震的选取的合理性有专题论述。 对于提供大震波的单位，在提供大震波形的同时，应该提供选波报告。,2、推覆分析的数学意义,反应谱理论及流程框图,抗震分析方法之间的对应关系,在线性阶段，若使用第一振型 作为加载模态，相当于第一振型的反应谱分析。 在非线性阶段，可以解释为适用于线性结构的反应谱分析法对非线性系统分析的延伸和扩展。 这种延伸和扩展带来理论上的不完整性及分析结果的不确定性，一方面用 准则建立弹性反应谱和弹塑性反应谱之间的某种联系，使从弹性需求谱估计的弹塑性需求谱也具有统计意义上的平均。另外一个方面，通过使用大量动力非线性分析结果的统计平均建立了动力与推覆之间的校准系数。弹塑性需求谱与能力谱相交得到的目标位移，经校准系数校准后，也认为具有统计平均的意义。 尽管没有严格的数学背景作为基础，逻辑上推覆分析得到的地震反应是具有统计平均意义的。这一点，得到了学术界和工程界的公认。,1. 2. 3. 4.,,,3、核定准则及步骤,按有关文献，根据地震地质、潜在震源的震级、发震机制、断层走向与性质、震中距、传播途径、场地类别、土层特性、频谱特性、有效峰值、持续时间、统计特性、结构特性等方面，从合适的场地类别与周期区段的地震动数据库分组中挑选地震动记录，组成某工程特定的输入地震动加速度记录集合。 按推覆分析的实施要点进行推覆分析。推覆力模态服从,1. 2.,,分布，得到层位移曲线和层间位移曲线。,进行单方向动力非线性分析。比较动力分析和推覆分析得到的层位移和层间位移曲线。根据结构的动力特性，核定一条或二条最接近推覆结果的地震动加速度记录作为输入地震动。 已核定的地震动记录，每一条应包括两个方向的水平分量和/或一个竖向分量。两个水平分量中，取主要周期点上反应谱值较大者作为主方向，较小者作为次方向。 把主方向的有效加速度峰值，按不同的地震水准调整到规范规定的数值，次方向按比例作相应调整。把两个水平分量分别沿建筑物两个主轴输入二次，保持竖向分量不变（若需要），进一步进行动力非线性分析。从结构层面到构件层面进行全面的、详细的性能评估，取包络，作为设计依据。,3. 4. 5.,结束,