高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需控制的重要指標(biāo)及處理方法

李邱冀，趙 麗，李曉娜

遼寧天維紡織研究建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110016

國(guó)家出臺(tái)的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》在原有基礎(chǔ)上總結(jié)了我國(guó)最近幾十年，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，逐步提高了規(guī)范的可操作性和結(jié)構(gòu)安全度，同時(shí)還加強(qiáng)了不規(guī)則性控制和抗震概念設(shè)計(jì)，為建筑設(shè)計(jì)師的工程實(shí)踐加以指導(dǎo)。然而從最近幾年工程師們所反映的具體問(wèn)題來(lái)看，很多設(shè)計(jì)課件中對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度控制，在計(jì)算中還是難以滿足他們的需求，筆者結(jié)合自己近幾年在實(shí)際工程中所遇到的具體問(wèn)題，提出一些自己的建議。

1 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剛度要求

在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中有很多的剛度相關(guān)的或與剛度都是比較容易實(shí)現(xiàn)和滿足的，不過(guò)最難啃的硬骨頭還是集中于抗扭剛度。

1.1 扭轉(zhuǎn)位移比控制

對(duì)于A類的所有高層△Umax/△UC都是不能超過(guò)1.2-1.5的范圍；對(duì)于B類的所有高層△Umax/△UC也不能超過(guò)1.2-1.4的范圍。如果此條件不能滿足，就應(yīng)該是當(dāng)?shù)卣{(diào)整其平面布置，從而進(jìn)一步地減少重心與剛心偏心距離。

1.2 整體穩(wěn)定性控制

對(duì)于所有的帶剪力墻和框架的建筑設(shè)計(jì)要根據(jù)下式去運(yùn)算：

式中，Gi為第i層的重力荷載具體設(shè)計(jì)值； hi﹑H為建筑物的層度；Ejd為等效側(cè)向剛度（結(jié)構(gòu)主軸方向的彈性）。滿足上述條件就能實(shí)現(xiàn)剛度退化的15%,在風(fēng)荷的作用下趨于穩(wěn)定狀態(tài)，如果不能滿足，就要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)靥岣咂湄Q直方向的構(gòu)件剛度。通過(guò)分析，抗震的設(shè)防烈度一般情況下都要保持≥7度或基本風(fēng)壓也要保持在≥0.5kN/M2，在位移的控制數(shù)值滿足此條件，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就能滿足；其他就應(yīng)該驗(yàn)算P-△效應(yīng)影響。

1.3 層剛比的控制

Ki/Ki+l≤0.7同時(shí)3Ki/（Ki+l+Ki+2+Ki+3）≤0.8。如果不能滿足，就應(yīng)該調(diào)整具體的樓層高度，削弱或加強(qiáng)具體的樓層剛度。在設(shè)計(jì)建筑抗震性的時(shí)候，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不能少于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的兩倍。如無(wú)法實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)該增加其地下室的剪力墻數(shù)量，也可以通過(guò)嵌固層下移一層的方法進(jìn)行解決。

1.4 彈性層位移角控制

△Umax/h≤1/500～1/1000。如果不能滿足，就應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整具體的樓層高度，從而進(jìn)一步地加強(qiáng)了底部豎直方向的構(gòu)件剛度。在設(shè)計(jì)抗震數(shù)值時(shí)K’i+n/K’n≤1.3。如果不能滿足，應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整具體的樓層高度，削弱或加大具體的樓層剛度。舒適度一定要控制在，amax≤0.25 m/s2（旅館﹑辦公）, amax≤0.15 m/s2（公寓﹑住宅）；如果不能滿足，就要提高豎直方向的構(gòu)件剛度。

2 剪力墻連梁的設(shè)計(jì)控制

在框架-剪力墻-剪力墻結(jié)構(gòu)中，連接墻肢與框架柱，墻肢與墻肢的梁通常都叫做連梁。連梁都屬于截面大﹑跨度小，墻體與連梁相連的剛度一定要大。在地震荷載和風(fēng)荷載的雙重作用下，連梁的內(nèi)力通常都是相當(dāng)?shù)卮?。還有就是在高層建筑的設(shè)計(jì)中，因?yàn)檫B梁兩端墻肢的經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不均勻的壓縮，所以就會(huì)產(chǎn)生連梁兩端的豎直方向的位移差，就會(huì)在連梁內(nèi)引發(fā)一定程度的內(nèi)力。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，不但要降低連梁的內(nèi)力，如在連梁的中部設(shè)計(jì)開(kāi)水平縫﹑逐一增加剪力墻的洞口寬度；在計(jì)算位移和內(nèi)力的時(shí)候要對(duì)連梁的剛度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p，對(duì)局部?jī)?nèi)力過(guò)大的樓層的連梁要根據(jù)具體事情進(jìn)行一定的調(diào)整等。

2.1 水平力引起的連梁超筋

在連梁和墻肢的同時(shí)工作情況下，剪力墻就要具備一定程度的強(qiáng)度和剛度。對(duì)于剪力墻的設(shè)計(jì)就要確保不發(fā)生剪切的破壞，墻肢的屈服要滯后于連梁的屈服，連梁和墻肢的設(shè)計(jì)要完全吻合強(qiáng)剪弱彎的原則。一般情況下，當(dāng)連梁超筋時(shí)，按下述方法進(jìn)行調(diào)整。

第一，連梁剛度的折減。梁端出現(xiàn)裂縫就是連梁屈服時(shí)表現(xiàn)，內(nèi)力重分布，剛度減弱，通常情況下取值一般都在0.50～1.00之間；第二，適當(dāng)減少連梁高度而增加連梁跨度。在設(shè)計(jì)中，剛度折減之后，還會(huì)出現(xiàn)斜截面受剪承載力不夠和連梁正截面受彎承載力的情況，應(yīng)對(duì)辦法就是適當(dāng)減少連梁高度而增加連梁跨度，調(diào)整的幅度不能超過(guò)20%；第三，適當(dāng)增加剪力墻厚度。因?yàn)榈卣鹚l(fā)的內(nèi)力是不依照墻厚增加的比例進(jìn)行分配給該片剪力墻，通常都會(huì)小于此比例，所以有就會(huì)出現(xiàn)連梁的受剪承載力不超限的現(xiàn)象；第四，提高混凝土等級(jí)?；炷恋牡燃?jí)如果得到提高，結(jié)構(gòu)的地震作用影響增加的比例就會(huì)遠(yuǎn)小于混凝土所受剪承載力提高的比例，所有就會(huì)使連梁的受剪承載力不超限；第五﹑地震區(qū)高層建筑的剪力墻連梁，在進(jìn)行了上述調(diào)整后，仍有部分不符合承載力要求時(shí)，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力，剪壓比見(jiàn)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.2條規(guī)定，按“強(qiáng)剪弱彎”的要求，配置相應(yīng)的縱向鋼筋。此時(shí)，如果不能保證連梁在大震時(shí)的延性要求，應(yīng)將這些連梁按鉸接于剪力墻上考慮。

2.2 重力荷載引起的連梁超筋

當(dāng)連梁超筋是由于相連豎向構(gòu)件發(fā)生較大豎向位移引起的，則應(yīng)按下述方法調(diào)整。其一﹑調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，減小變形差。使墻肢布置更均勻，承受荷載相對(duì)均勻，有利于調(diào)整連梁內(nèi)力，使其不超限；其二﹑設(shè)置后澆帶。后澆帶的設(shè)置，在一定程度上緩解了沉降差，改善了連梁兩端的內(nèi)力值，使其不超限；其三﹑增加連梁跨度減少高度；其四﹑加大截面，加大配筋。連梁截面加大，抗彎﹑抗剪能力均能提高，在一定范圍內(nèi)，可以滿足承載力要求。

3 結(jié)論

高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的調(diào)整在一定程度上是受到諸多因素制約的，通常都會(huì)和建筑條件的限制﹑剪力墻的數(shù)量﹑剪力墻的平面布置﹑連梁的剛度等都有關(guān)。所以說(shuō)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要把互相制約的諸多因素都要進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，只有這樣，才有可能取得相對(duì)理想的效果。

[1]葉琳昌.大體積混凝土施工[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]李霖.混凝土整板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2009(10)