高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范思考分析
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范思考分析
自2002年開始，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的新規(guī)范全面頒布實施已有六年多時間。規(guī)范條文本身應(yīng)當(dāng)只是做一些原則性的規(guī)定，讓設(shè)計人員根據(jù)自己的理解和經(jīng)驗來掌握應(yīng)用，但是規(guī)范中某些條文過于籠統(tǒng)，設(shè)計人員也難以把握。目前我國實行施工圖審查制度，由于設(shè)計人員與審查人員對規(guī)范一些不夠具體的條文規(guī)定的理解不同，常常會引起爭議，而且少數(shù)設(shè)計人員或?qū)彶槿藛T不考慮工程的實際情況，機械地執(zhí)行規(guī)范。下面就高層建筑設(shè)計過程中遇到的一些問題，與同行們進行探討。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；短肢剪力墻；新規(guī)范；《高規(guī)》；設(shè)計建議1 關(guān)于高層建筑高寬比 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》路 （以下簡稱《高規(guī)》）對高層建筑適用的最大高寬比有明確要求，但在計算高寬比時，對建筑寬度的取法卻無明確規(guī)定，在第4.2.3條的條文說明中指出“一般場合，可按所考慮方向的最小投影寬度計算高寬比……對于不宜采用最小投影寬度計算高寬比的情況，應(yīng)由設(shè)計人員根據(jù)實際情況確定合理的計算方法”，對設(shè)計人員來說，難以確定何為合理的計算方法，而且這是一個涉及建筑是否為超限高層建筑的敏感問題，應(yīng)該有一個較為明確的取法，以便設(shè)計及審查人員掌握。
2 關(guān)于剪力墻的高厚比
新的《抗震規(guī)范》及《高規(guī)》對剪力墻高厚比的要求較“89規(guī)范”更高。通常在底部加強區(qū)，由于底部層高相對較高，剪力墻的厚度往往由高厚比確定，而不是由承載力或結(jié)構(gòu)剛度確定，按《高規(guī)》第7.2.2條第4款的規(guī)定，當(dāng)高厚比不滿足要求時，如剪力墻所承受的豎向力不大，驗算墻體穩(wěn)定一般都能通過，因為剪力墻主要作為抗側(cè)力構(gòu)件使用。在按《高規(guī)》附錄D計算墻體穩(wěn)定時，規(guī)程列出了單片墻及T形、工字形剪力墻的計算方法，有些設(shè)計人員對在工程設(shè)計中常遇到的L形及I形剪力墻是否可按T形及工字形墻的公式進行計算拿不準。從原理分析，T形及工字形墻的穩(wěn)定計算，考慮了一側(cè)墻肢對另一向墻肢的支承作用，所以L形及I形墻，只要墻肢具有一定的長度，其作用是和T型及工字形墻完全相同的。但對于多長的墻肢才可視為有翼緣的問題，規(guī)程并沒有明確規(guī)定，參照約束邊緣構(gòu)件的規(guī)定，翼墻長度小于其厚度3倍或端柱截面邊長小于墻厚2倍時，視為無翼墻或無端柱。當(dāng)按層高計算墻體穩(wěn)定時，視其為支承邊時，此規(guī)定可參考執(zhí)行，但對較厚墻體，又不太合理，比如-300厚剪力墻，翼墻長度要大于900才可視為有支承，對一般層高而言，900墻肢在肢長方向有足夠的剛度，完全可視為另一向墻肢的支承，因此，如果規(guī)定按一定的層高與肢長比來確定是否可視為支承應(yīng)該更為合理，而不是肢長與肢厚比。在計算剪力墻高厚比時，新規(guī)范對于層高的取值也不夠明確，對有地下室的結(jié)構(gòu)，底層層高取為±0.00地面到一層樓面間的高度，而對于無地下室的小高層建筑，由于基礎(chǔ)有一定的埋深要求，如果計算高度取基礎(chǔ)至二層樓板面的高度，則計算高度一般達到3.0+0.6（高差）+1.4（基頂埋深）=5.0m，如果底層為商場，則計算高度更大，這樣勢必會增加剪力墻的厚度，特別是對一字形墻，能否考慮首層剛性地面對墻體穩(wěn)定的有利影響，譬如可否取到剛性地面以下500mm，這是一個值得探討的問題。
3 關(guān)于計算方法及參數(shù)取值
建筑結(jié)構(gòu)在進行內(nèi)力和位移計算時，除了選擇合理的結(jié)構(gòu)分析模型和適用的結(jié)構(gòu)計算程序外，對計算方法、參數(shù)取值也要準確把握。計算程序中的各種參數(shù)在應(yīng)用時只要理解程序說明，一般比較容易掌握，而計算方法的選擇，則要充分理解規(guī)范條文，并結(jié)合工程實際，靈活運用。《抗震規(guī)范》第5.1.1條的第2、3款規(guī)定“有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15°時，應(yīng)分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。”對第2款而言，按筆者理解，這類所謂的斜交抗側(cè)力構(gòu)件，不應(yīng)指個別構(gòu)件，而是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，例如對于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，其中有一兩榀框架是斜交的，而剪力墻均為正交，由于程序處理剪力墻時在某一定角度范圍外不再計入其在該方向的抗側(cè)剛度，此時如果按斜角度計算，會導(dǎo)致不合理的結(jié)果。而對第3款而言，系指質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱，而不是其中某一項不對稱，也就是說在結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心相距較大時，才進行雙向地震作用計算，否則計算結(jié)果也會產(chǎn)生較大的差異。 《抗震規(guī)范》第5.2.3條規(guī)定，在計算水平地震作用扭轉(zhuǎn)影響時，規(guī)則結(jié)構(gòu)可不進行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算，對邊榀框架乘以地震作用效應(yīng)增大系數(shù)，對不規(guī)則結(jié)構(gòu)則按扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振型分解法計算，設(shè)計人員往往對結(jié)構(gòu)規(guī)則不規(guī)則難以準確界定，于是在計算時就干脆都選擇耦聯(lián)計算。對長寬比較大的結(jié)構(gòu)，如果質(zhì)心有一些偏移，耦聯(lián)計算時會產(chǎn)生“甩尾效應(yīng)”，各榀框架內(nèi)力會沿長向依次遞增或遞減，首尾相差可達一倍以上，所以采用耦聯(lián)計算也要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，不能一概而論。 4 關(guān)于抗震構(gòu)造措施
新的《高規(guī)》較“89規(guī)范”增加了有關(guān)短肢剪力墻的規(guī)定，但有些條文在設(shè)計應(yīng)用時，尚不盡完善，且規(guī)程對短肢剪力墻的縱向鋼筋配筋率要求偏高。短肢剪力墻原來系用于高層點式筒體的結(jié)構(gòu)，近年來大量應(yīng)用于10～16層的小高層商住樓，對這種高度一般不超過50m的建筑，是否應(yīng)當(dāng)采取如此嚴格的構(gòu)造措施，是值得商榷的。
例如，《高規(guī)》第7.1.2條第2款規(guī)定“筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%”，相比于框剪結(jié)構(gòu)中的框架而言，短肢墻的抗側(cè)剛度要大的多，這樣勢必增加長墻的數(shù)量，進而增大地震作用。而有些地方在審查剪力墻結(jié)構(gòu)時，對少數(shù)的短墻甚至對長墻中的短墻肢，也要求按短肢墻的規(guī)定來設(shè)計，應(yīng)屬對規(guī)程的理解偏差。
關(guān)于短肢剪力墻抗震等級的規(guī)定不盡合理，《高規(guī)》第7.1.2條第3款規(guī)定“短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比本規(guī)程表4.8.2規(guī)定的抗震等級提高一級采用”，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，既然規(guī)定了一般墻或筒體承受的傾覆力矩大于50%，則筒體或一般墻為主要抗側(cè)力構(gòu)件，應(yīng)提高筒體或一般墻的抗震等級才合理，就如框-剪結(jié)構(gòu)中的剪力墻抗震等級高于或等于框架抗震等級。在約束邊緣構(gòu)件設(shè)置上，對于設(shè)防烈度Ⅶ度、高度小于80m的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)《高規(guī)》要求，主要承擔(dān)地震傾覆力矩的長墻的抗震等級為Ⅲ級，無須設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，反而承擔(dān)傾覆力矩較少的短墻卻需要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，這是不合理的，因為長墻承擔(dān)的傾覆力矩更大，邊緣構(gòu)件由傾覆力矩所引起的附加應(yīng)力也更大，更應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。 《高規(guī)》第7.1.8條規(guī)定，當(dāng)連梁跨高比不小于5時，宜按框架梁進行設(shè)計。連梁主要承受水平荷載帶來的剪力和彎矩，容易出現(xiàn)剪切裂縫，其抗剪計算式與框架梁不一樣（見《高規(guī)》第7.2.24條），箍筋間距要求要嚴。連梁抗震設(shè)計時，對配筋率沒有特殊要求，其最小配筋率同非抗震設(shè)計，最大配筋率則通過截面條件來控制。而框架梁則要滿足截面條件及配筋等多項構(gòu)造要求。在設(shè)計此類連梁時應(yīng)注意，在計算時要設(shè)為非連梁，否則程序?qū)ζ鋭偠炔怀丝紤]樓板作用的增大系數(shù)，還要按連梁折減。對跨高比小于5，但對在較大集中荷載作用下（集中荷載對支座截面或節(jié)點邊緣所產(chǎn)生的剪力值占總剪力值的75%以上的情況）的連梁，也應(yīng)按框架梁進行抗剪承載力計算。
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