顶级大院：超高超限工程的设计要点

规范有些条文是普通高层设计时不太关注，但对超高超限工程通常会造成很大影响，要引起特别注意。

根据《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构设计规范》总结，具体如下表格。

现对超高超限设计中遇到的重点内容结合规范条文进一步说明。

超高超限结构周期通常邻近或超过6s，目前抗规给出的地震影响系数曲线（反应谱）仅到6s，对于大于6s的长周期结构，如何评定是未来规范应当解决的问题？

目前大多数工程做法：当结构基本周期大于6s时，将地震影响系数曲线按照阻尼比0.05的第二下降段按照原有斜率延长至10s，应用于具体工程。这种做法也需要未来做专门研究。

按照对应条目的图7给出了一种连续化插入方案。超限高层与普通高层不同之处，需要根据勘察报告的结论，利用该图在场地覆盖层厚度dov和等效剪切波速vse平面上去对应，选定Tg，用于结构分析。

特殊说明，上表数值用于小震和中震，对于罕遇地震下的计算，Tg应在表中数值上加0.05，需注意的是：上图仅适用于第一组，其余第二组、第三组情况，应调整后参考使用。

规范中的剪力系数λ是由基本周期决定的，在超限高层中，剪力系数更值得关注：一方面，剪力系数λ应当在各个主轴方向分别取值；另一方面，当安评起控制作用时，剪力系数λ应当依据安评给出的地震参数予以修正。

0.2V0调整，对于普通的高层，较易达到，对于超限的超高层结构，中、上部通常不会有问题。下部，特别是临近嵌固层的一、二、三层，框架承担的剪力满足调整要求后，框架梁承载力不能满足要求，而且会差很多，要加大截面两、三倍乃至更大截面才能满足要求，框架柱可适当调整即可满足要求。这种情况下，应控制为：使柱子满足调整要求，框架梁是否做调整，可协商。

超限高层的框架部分为保证有一定的刚度、强度，其承担剪力受两个条件的限制：min（0.2V0，1.5Vf,max）和15%V底，【抗规6.7.1-2】不太引人关注，但很重要，是由于超高超限在高度超过250米后，条目中所提到的10%不易满足，需要特别关注。

超高超限结构，要有建设场地的地震安全性评价报告作为设计依据，应由有相应的证书级别及资质的单位单位提供。

地震安全性评价报告，其中的地震动参数通常会用于结构小震（与规范包络），即通常所说的“小震按安评，中大震按规范”。具体工程设计中，则执行为：

*承载力设计（即小震）

按照规范（即地震动参数区划图）的参数和地震安评参数二者的不利情况确定地震作用，计算结果同时必须满足相应的最小剪力系数要求，即： 基本周期小于3.5s或扭转效应明显时，λmin=0.2αmax；

基本周期大于5s时，λmin=0.15αmax， 其中的αmax应取规范和安评的最大值。

*地震性能化设计（即中大震）

一般采用规范的中震和大震设计参数，但对处于地震动参数区划图6、7度分界附近的工程，当安评要求比规范大很多时，按照安评确定中震、大震的地震作用，此时不考虑规范最小剪力系数的要求。

在业主委托地震局之前，设计单位结构专业应当提供相应的地震安全性评价技术要求，其中以下内容，应当关注。

应分别提供3种概率水准（63%多遇地震、10%设防地震和2%~3%罕遇地震）设计地震动参数，包括地震动峰值、特征周期、形状参数。

应当包括提供地震波的要求，数量上建议： 不少于七条实际强震记录的加速度时程曲线（与建设场地相同场地类型）；不少于四条人工模拟记录的加速度时程曲线（为建设场地的人工模拟记录）。加速度时程曲线格式上，注意应请安全性评价承担单位提供便于结构分析程序读入的格式文件。

XYZ三方向地震波的分配，应按照水平主向：水平次向：竖向=1.0:0.85:0.65【抗规316页】进行组合、分配进行结构计算。

在国内，风洞试验的承担单位有几家：建研股份有限公司（中国建筑科学研究院）、北京大学、同济大学、湖南大学、汕头大学等一些大专院校，国外在加拿大、英国、香港等均有承担单位，但费用相对较高，通常为国内的三~四倍。

风洞缩尺模型分为刚性、柔性两种，没有特殊结构的要求，一般会采用刚性模型，价格较低。

在业主进行风洞试验招标之前，设计单位结构专业宜提供相应的风洞技术要求，以便于后期设计工作的衔接。需要说明的是，对于体型规整者，不一定做风洞试验，按照规范执行即可。

弹塑性分析是超高超限高层的重要设计内容，是超限审查关注的重要方面，是体现三水准设计原则的重要组成部分，是必须的！

各科研院校、设计单位开发了一些供工程设计的弹塑性分析程序，详见下表，比较而言，能为大家接受、并兼有工程实例的程序并不很多。

梁柱等杆系单元的弹塑性模拟分析是一个相对简单的问题，无论是塑性铰模型还是纤维模型，都能给出一个比较合理的计算结果；而剪力墙的弹塑性模型是超高层结构弹塑性分析的核心问题，一方面剪力墙模型通常要耗费较多的计算资源和较长的计算时间，另一方面剪力墙模型在计算收敛性方面对算法有更高的要求，目前采用分层壳单元来模拟剪力墙是比较公认的做法。

阻尼比的取值，对计算结果有很大影响，设计时又容易忽略。各种结构体系、各类荷载条件下，阻尼比在规范中给出了不同的规定，应在投入计算前，仔细确定。可参照下表。

超高层结构的连梁往往承受较大的剪力而导致截面验算不满足要求，这个问题可从两个方面进行解决：

（1）减小连梁承担的剪力：可对连梁的刚度进行折减【高规5.2.1、抗规6.2.13】；或者设置水平缝形成双连梁、多连梁【抗规6.4.7】；如果连梁的破坏对承担竖向荷载没有明显的影响，可认为连梁完全破坏，按照独立墙肢进行结构计算和墙肢配筋【高规7.2.26】。

（2）增大连梁的抗剪能力：当连梁的抗剪能力不足时，可在连梁中设置型钢或钢板，依靠钢材承担剪力。这种做法会增加钢材用量，但可在不降低结构刚度的情况下，从根本上解决混凝土抗剪能力有限的问题。此外，交叉斜筋的设置可很好地提高连梁的抗剪能力，与之配套的箍筋可减量设置，不必满足100间距要求，数量达到能构造定位斜纵筋即可，使施工成为可能。

几个重要的点，容易忽略，要相应关注，详下表。

（1）有些参数可基于具体项目，只要有道理，可进行适当调整；

（2）结构两方向第一平动周期比不宜小于0.80，是评价结构两个主轴方向的动力特性是否相近的量化标准，虽然没有规范的条文依据，但在超高超限的结构应满足此要求。

（3）对于普通的高层建筑，二阶效应较小，整体稳定性通长容易满足。超高层建筑在高宽比较大的情况下，需要关注是否满足整体稳定性要求；另外，还应当根据高规5.4.1条判断是否应当考虑二阶效应，是否考虑二阶效应的计算结果有明显差别。

（4）框架刚域的设置对结构整体刚度的影响较小，但对框架部分承担的剪力比影响很大，如果框架部分按刚度分配到的楼层地震剪力标准值的最大值不满足【高规9.1.11】和【抗规6.7.1】条，则建议合理设置框架刚域，可大幅提高框架部分承担的剪力比。

中震弹性/中震不屈服，乃至大震弹性/大震不屈服是超限高层经常对重要构件的性能目标要求，如何理解和应用，是容易困惑和混淆的问题，以中震弹性、中震不屈服为例，具体构件设计时应注意.

建筑结构的体型往往是建筑专业确定的，但是在前期的方案阶段，结构工程师应主动干预。

建筑师如果能够接受合理的选型建议，会大大减小后期结构设计的困难和超限报审的麻烦，特别对业主投资有极大益处。一般来说，超高层建筑的结构平面布置，宜使各个方向的结构刚度和动力特性接近，避免出现明显的弱轴，像正方形、圆形、多边形、截角三角形都是较为推荐的、常用的截面形式。

对承载力设计时，取基本风压的1.1倍（约相当100年一遇）【高规4.2.2】； 对整体变形层位移计算时，应为基本风压（50年一遇）【高规4.2.2】；风振舒适度，取10年一遇的风荷载标准值【高规3.7.6】；风荷载作用方向，考虑不同的风向角，并考虑正反两个方向的最大值【高规5.1.10】。

如果有转换构件，转换构件考虑竖向地震作用【高规10.2.4】； 有斜交抗侧力构件的结构，斜交角大于15°时应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。

加强层是否设置、在何处设置、设置几道，应当通过敏感性分析确定。诸如通常情况下，在2/3H及以上高度设置的加强层，会有更高的效率。

对地震作用控制的结构，设置加强层可能导致楼层刚度突变，于抗震不利，因此加强层不能设计得过刚，以确保在满足整体刚度的情况下，不会出现薄弱层。

如果有转换，转换层上下的侧向刚度比符合附录E【高规10.2.3】，框支层侧向刚度不应小于相邻非框支层的50%【抗规6.1.9】，框支框架承担的地震倾覆力矩不应大于总地震倾覆力矩的50%【抗规6.1.9】。转换构件考虑竖向地震作用【高规10.2.4】。

【高规3.11.4】，【高规5.1.9】，【高规11.3.3】都提出了施工过程模拟分析的要求。如果是混合结构，施工过程模拟可反映混凝土核心筒和钢结构（钢骨或钢管）的竖向变形差异；如果是有加强层的结构，施工过程模拟可反映伸臂桁架对周边结构的影响，并可为伸臂桁架的合拢时机提供依据。ETABS、Midas/GEN等软件都可进行施工过程模拟分析。

施工模拟计算，特别对竖向构件的轴力分布，会有较大影响，具体工程的不同，预计在10%左右。

超高层建筑的底部承受较大的弯矩，外围柱子和角部的墙体有可能出现受拉的情况，另外加强层上下的竖向构件也可能出现受拉的情况。对于超高层结构的竖向构件，一方面应关注其水平荷载下的受力状态，必要时验算其受拉承载力，另一方面也要关注底层受拉构件对于基础的影响，采取一定的加强措施。

对于中震不屈服及以上性能目标的墙肢构件，会控制， 避免全截面受拉，控制混凝土的全截面受拉应力小于ftk，当不可避免全截面受拉时，应尽量减少发生全截面受拉的楼层数量。

全截面受拉墙肢所对应的拉力，只能依靠内置钢骨去抵抗，不应考虑钢筋受拉、混凝土受拉的贡献。

超限委在审查时，会着重关注的内容如下表。

总结超限高层结构设计中参数输入和结果控制的各项要求，以及需要进行的各类计算，大多条款在前文中已有详细说明，汇总如下表。

上表中审查建议参考，应结合具体项目、具体情况由超限委判定，表的目的仅在于超限审查的可能建议，供具体项目进行评测。超限委审查结论有三种：通过、修改和复审。

此外，超限报审的具体实施，建议在设计的初始阶段进行专门的咨询，即与超限专家沟通，明确设计方向。在正式报审会议之前，对于较复杂的结构，通常会先期召开预审会，对可能的调整进行提前准备、补充，避免设计重复和可能的对其他专业影响，是高效、便捷的途径。