高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題淺析

羅瑜

摘 要 本文論述了建筑最大適用高度、抗震等級、上部結(jié)構(gòu)的嵌固端、延性剪力墻的設(shè)計原則、連梁的跨高比等在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的事項，可供廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計人員參考。

關(guān)鍵詞 高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;剪力墻

前言

在當今的城市里，高層建筑已成為了很常見的建筑類型，其中又以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式的建筑最為普遍。本文試圖總結(jié)在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的問題及應(yīng)注意的事項，以供廣大設(shè)計人員參考。

1建筑最大適用高度

應(yīng)根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]（以下簡稱《高規(guī)》）的表3.3.1-1和表3.3.1-2來明確建筑的最大適用高度。查表前，可先根據(jù)結(jié)構(gòu)底層剪力墻的傾覆力矩和底部總傾覆力矩之比來判定結(jié)構(gòu)體系[2]。方法如下：比值為0～0.2時，為少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu);比值為0.2～0.9時，為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。其中，0.2～0.5時為強框架，0.5～0.9時為弱框架;0.9～1.0時為少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意以下幾點：

（1）避免傾覆力矩比在0.2或0.9左右，以免在設(shè)計調(diào)整時結(jié)構(gòu)體系改變。

（2）對少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，按框架結(jié)構(gòu)分析，在多遇地震作用下，如果超出《高規(guī)》表3.7.3的要求，最大適用高度應(yīng)查表在純框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上降低;如滿足該限值要求，則最大適用高度可按純框架結(jié)構(gòu)查表判定。

（3）對弱框架，直接查表，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)判定。

（4）對強框架，應(yīng)查表在框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加，可按框架承受的傾覆力矩比，查表插值確定。

（5）少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)，從安全角度考慮，可按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)查表判定。

2抗震等級

（1）抗震等級，主要根據(jù)抗震設(shè)防類別、場地、結(jié)構(gòu)形式、建筑高度等因素，按《高規(guī)》的第3.9條予以確定。應(yīng)注意以下幾點：

（1）判定抗震等級以明確抗震措施或抗震構(gòu)造措施時，應(yīng)注意對兩種措施進行區(qū)別。

（2）應(yīng)注意《高規(guī)》第8.1.3條，當框架受到的底部傾覆力矩足夠大時，抗震等級參照框架結(jié)構(gòu)予以判別。

（3）應(yīng)注意嵌固端對抗震等級的影響，《高規(guī)》第3.9.5條對此做出了詳細規(guī)定。當嵌固端下移，比如嵌固端在地下二層頂板，在抗震等級上，地下一層應(yīng)和其上部采用同一等級，地下二層宜和地下一層采用同一等級，地下二層以下的則可逐漸降低。

（4）裙房的抗震等級比較特殊，除了按其自身的結(jié)構(gòu)形式查表之外，如其和主樓連在一起，其相關(guān)范圍的抗震等級要高于或等于主樓。需注意以下3點：

①規(guī)范并未明確當主樓的結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻時，裙房的相關(guān)范圍的抗震等級是不低于框架的抗震等級還是剪力墻的抗震等級，抑或是兩者的較高值。建議按框架及剪力墻的抗震等級考慮，即相關(guān)范圍內(nèi)裙房剪力墻≥主樓剪力墻，裙房框架≥主樓框架。②主樓為剪力墻，裙房為框架時，在抗震等級上，相關(guān)范圍的裙房框架≥主樓剪力墻。③主樓為剪力墻，裙房為框架時，主樓的抗震等級（裙房以上的），應(yīng)按剪力墻結(jié)構(gòu)判定。裙房高度內(nèi)的主樓部分，可根據(jù)裙房的面積來判定：

a.如裙房面積較?。ㄖ鳂侵苓呅∮?跨或20米），采用包絡(luò)設(shè)計。情況一，調(diào)整主樓重力荷載代表值，使其承受全部地震作用，或?qū)⑷狗恐O(shè)為鉸接柱;情況二，按框架-剪力墻計算。按上述兩次計算結(jié)果包絡(luò)設(shè)計。判定抗震等級時，裙房參照框架結(jié)構(gòu)判定，主樓參照剪力墻結(jié)構(gòu)判定。b.如裙房面積較大（主樓周邊不小于3跨或20米），判定抗震等級時，裙房框架參照框架-剪力墻結(jié)構(gòu)判定，主樓參照框架-剪力墻結(jié)構(gòu)判定。

3上部結(jié)構(gòu)的嵌固端

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016年版）[3]第6.1.14條，對上部結(jié)構(gòu)的嵌固端方面做了具體規(guī)定。應(yīng)注意以下幾點：

（1）因《抗規(guī)》對配筋率做了要求，故頂板厚度不應(yīng)過大，以免配筋過大。

（2）考慮嵌固端的具體位置的時候，不考慮土體的約束對地下結(jié)構(gòu)剛度的貢獻。但其實土體對結(jié)構(gòu)的約束影響是非常明顯的，可達到地下室自身剛度的3倍至5倍。所以應(yīng)認識到，地下室頂板的嵌固是不可避免的，在設(shè)計中應(yīng)予以充分重視。

（3）從成本方面考慮，為減小加強范圍，嵌固端設(shè)置在地下室頂板是最為經(jīng)濟、合理的。

4延性剪力墻的設(shè)計原則

延性剪力墻設(shè)計時應(yīng)符合以下幾點[4]：

（1）強墻肢弱連梁。應(yīng)通過降低連梁剛度及其彎矩，使其在墻肢之前屈服，以免墻肢先行屈服以致某一層集中塑性變形，從而發(fā)生倒塌。

（2）強剪弱彎。同框架結(jié)構(gòu)類似，應(yīng)通過提高剪力墻底部加強部位的剪力、提高連梁梁端剪力等方式，實現(xiàn)該目標。

（3）重視軸壓比，并設(shè)置邊緣構(gòu)件。對軸壓比較大的剪力墻，應(yīng)加設(shè)約束邊緣構(gòu)件。

（4）設(shè)置底部加強部位。要使結(jié)構(gòu)的延性在塑性鉸產(chǎn)生之后依然夠強，應(yīng)對該區(qū)域進行抗震加強，稱之為“底部加強部位”。

5應(yīng)注意連梁的跨高比

以跨高比等于5為分界線，對梁分別按連梁和框架梁進行設(shè)計，《高規(guī)》第7.1.3條有專門規(guī)定。應(yīng)注意以下幾點[5]：

（1）對于一端同剪力墻連接，另一端同框架柱相連的梁，如果跨高比<5，同時豎向荷載對梁的影響有限，也可按連梁設(shè)計。

（2）對于弱連梁（跨高比≥5），抗震等級依然參照剪力墻的等級判定。在繪制框架-剪力墻施工圖時，應(yīng)特別注意弱連梁不可標注為“KL”，以免產(chǎn)生抗震等級、混凝土強度的歧義。

（3）《高規(guī)》未明確定義跨高比的跨度取值方式，設(shè)計時可從安全角度考慮，按凈跨取值。

6結(jié)束語

本文總結(jié)了在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的若干問題及其分析方法，并歸納了應(yīng)注意的事項。廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計或?qū)張D過程中，可以以此作為參考，以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量、保證結(jié)構(gòu)的安全。

參考文獻

[1] JGJ3-2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2] 朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013：22-23.

[3] GB50011-2010.建筑抗震設(shè)計規(guī)范（2016年版）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[4] 錢稼茹，趙作周，葉列平.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012：199.

[5] 朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析JGJ3-2010[M].

北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013：39.