高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

徐敬蓮

（貴州省建筑設(shè)計研究院貴州貴陽　550001）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

徐敬蓮

（貴州省建筑設(shè)計研究院貴州貴陽550001）

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，高層建筑發(fā)展迅速，建筑平面布置與豎向體型也越來越復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)體系也越來越趨于多樣化和復(fù)雜化，給高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。與此同時高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的一些常規(guī)問題卻往往被忽視，給工程質(zhì)量留下安全隱患，筆者根據(jù)在施工圖審查過程中經(jīng)常遇到的此類問題進行了歸類、總結(jié)，可供同行參考。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計

高層建筑的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)滿足下列三條：

（1）其結(jié)構(gòu)平面布置宜簡單、規(guī)則、對稱，減少偏心；質(zhì)量、剛度和承載力分布宜均勻，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。也即：在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力的作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結(jié)構(gòu)及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第10章所指的復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結(jié)構(gòu)及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。

（2）高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和收進。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，沿豎向逐漸均勻變化，避免側(cè)向剛度和承載力突變，也即：①對框架結(jié)構(gòu)，樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不宜小于0.7，與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8。②對框架-剪力墻、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)，樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不宜小于0.9；當(dāng)本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時，該比值不宜小于1.1；對于結(jié)構(gòu)底部嵌固層，該比值不宜小于1.5。③A級高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。

（3）在正常使用條件下，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求，也即：①按彈性方法計算的風(fēng)荷載或多遇地震標(biāo)準(zhǔn)值作用下的樓層層間最大水平位移與層高之比宜符合下列規(guī)定：高度不大于150m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比：框架結(jié)構(gòu)不宜大于1/550；框架-剪力墻、框架-核心筒、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)不宜大于1/800；筒中筒、剪力墻、除框架結(jié)構(gòu)外的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不宜大于1/1000；高度不小于250m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比不宜大于1/500；高度在150～250m之間的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比的限值可按前2項的限值線性插入取用。②房屋高度不小于150m的高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足風(fēng)振舒適度的要求，也即在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）規(guī)定的10年一遇的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，結(jié)構(gòu)頂點的順風(fēng)向和橫風(fēng)向振動最大加速度計算值不應(yīng)超過：住宅、公寓為0.15m/s2；辦公、旅館為0.25m/s2。③樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜的舒適度。樓蓋結(jié)構(gòu)的豎向振動頻率不宜小于3Hz，豎向振動加速度峰值不應(yīng)超過：住宅、公寓為0.07m/s2（豎向自振頻率不大于2Hz時）、0.05m/s2（豎向自振頻率不小于4Hz時），商場及室內(nèi)連廊為0.22m/s2（豎向自振頻率不大于2Hz時）、0.15m/s2（豎向自振頻率不小于4Hz時），樓蓋結(jié)構(gòu)豎向自振頻率為2～ 4Hz時，峰值加速度限值可按線性插值選取。

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的適用高度，在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.3節(jié)中，規(guī)定了高層建筑結(jié)構(gòu)的總高度的限制，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴(yán)格注意，當(dāng)結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚至超過了B級高度時，其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。在具體的實際工程設(shè)計中，發(fā)生過由于結(jié)構(gòu)類型的變化而沒有注意其適用高度的限制，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)施工圖審查時沒有通過，需要重新進行結(jié)構(gòu)設(shè)計或需要召開專家會議進行論證等工作的情況，對工程的工期、造價等整體規(guī)劃造成了巨大影響，阻礙了工程的開展，這種情況必須引起結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的高度重視。

按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第12.1.1條，高層建筑宜設(shè)置地下室。這是因為有地下室的高層建筑其地震破壞比無地下室的高層建筑輕，而且有地下室對提高地基的承載力有利，對結(jié)構(gòu)抗傾覆有利，而且也滿足了《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第12.1.8條：“基礎(chǔ)應(yīng)有一定的埋置深度……”的要求，筆者在施工圖審查過程中經(jīng)常見到結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不設(shè)置地下室，由于無地下室，基礎(chǔ)的埋置深度顯然不夠，而且也未采取任何加強措施，這就給設(shè)計帶來了安全隱患。

再有就是嵌固端的設(shè)置問題，當(dāng)嵌固端設(shè)置在地下室頂板時，有些結(jié)構(gòu)設(shè)計人員往往忽視了由于嵌固端的設(shè)置而帶來的一系列需要注意的問題如：

①嵌固端處地下室指的是周邊均有側(cè)限的地下室，像貴州地區(qū)等山區(qū)建筑中，多數(shù)地下室為半地下室，這種半地下室是不能作為結(jié)構(gòu)的嵌固端的。

②在結(jié)構(gòu)整體計算中嵌固端的設(shè)置：對于不同的結(jié)構(gòu)計算軟件，嵌固端的設(shè)置層號是不同的，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)仔細閱讀其使用說明書，避免嵌固端位置的設(shè)置錯誤，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體計算的結(jié)果錯誤。

③嵌固端處上下層剛度比的限制：按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第5.3.7條：“高層建筑結(jié)構(gòu)整體計算中，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時，地下一層與首層的側(cè)向剛度比不宜小于2?！?/p>

④嵌固端處樓板的設(shè)計：按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第：3.6.3條“……作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)（請注意是：“梁板結(jié)構(gòu)”，因此不能采用空腹樓板結(jié)構(gòu)”），樓板厚度不宜小于180mm，應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%?！?/p>

⑤嵌固端處上下層抗震等級的一致性：按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.9.5條：“抗震設(shè)計的高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時，地下一層相關(guān)范圍的抗震等級應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級，但不應(yīng)低于四級；地下室中超出上部主樓相關(guān)范圍且無上部結(jié)構(gòu)的部分，其抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級?！?/p>

⑥嵌固端處框架的梁柱節(jié)點設(shè)計：按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第12.2.1-3條：“地下一層柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計算要求外，不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍；地下一層梁端頂面和底面的縱向鋼筋應(yīng)比計算值增大10%采用?！?/p>

⑦嵌固端處剪力墻的設(shè)計：按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第12.2.1-4條：“地下室與上部對應(yīng)的剪力墻墻肢端部邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)的剪力墻墻肢邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積?！?/p>

⑧結(jié)構(gòu)抗震縫（包括伸縮縫、沉降縫）設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)，等等。

而忽略以上其中任何一個方面都有可能致使后期的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的大量修改及返工或留下安全隱患。

總之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，任何在這個過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個結(jié)構(gòu)設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計結(jié)果存在不安全的因素。要想讓建筑項目成為安全、經(jīng)濟、合理的優(yōu)秀設(shè)計項目，那么從頭至尾正確的概念設(shè)計，準(zhǔn)確的計算模式、構(gòu)造和合理的配筋是必不可少，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要加強自身的學(xué)習(xí)，充分理解規(guī)范條文的要求，深入分析、仔細思考，才能夠保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果即安全又經(jīng)濟。

[1]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）.中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）.中國建筑工業(yè)出版社，2010.

TU973

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1673-0038（2015）15-0038-02

2015-3-21