高層建筑結構設計規范思考分析
高層建筑結構設計規范思考分析
自2002年開始，建筑結構設計方面的新規范全面頒布實施已有六年多時間。規范條文本身應當只是做一些原則性的規定，讓設計人員根據自己的理解和經驗來掌握應用，但是規范中某些條文過于籠統，設計人員也難以把握。目前我國實行施工圖審查制度，由于設計人員與審查人員對規范一些不夠具體的條文規定的理解不同，常常會引起爭議，而且少數設計人員或審查人員不考慮工程的實際情況，機械地執行規范。下面就高層建筑設計過程中遇到的一些問題，與同行們進行探討。
關鍵詞：結構設計；短肢剪力墻；新規范；《高規》；設計建議1 關于高層建筑高寬比 《高層建筑混凝土結構技術規程》路 （以下簡稱《高規》）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，應由設計人員根據實際情況確定合理的計算方法”，對設計人員來說，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，應該有一個較為明確的取法，以便設計及審查人員掌握。
2 關于剪力墻的高厚比
新的《抗震規范》及《高規》對剪力墻高厚比的要求較“89規范”更高。通常在底部加強區，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構剛度確定，按《高規》第7.2.2條第4款的規定，當高厚比不滿足要求時，如剪力墻所承受的豎向力不大，驗算墻體穩定一般都能通過，因為剪力墻主要作為抗側力構件使用。在按《高規》附錄D計算墻體穩定時，規程列出了單片墻及T形、工字形剪力墻的計算方法，有些設計人員對在工程設計中常遇到的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形及工字形墻的穩定計算，考慮了一側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，規程并沒有明確規定，參照約束邊緣構件的規定，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。當按層高計算墻體穩定時，視其為支承邊時，此規定可參考執行，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，如果規定按一定的層高與肢長比來確定是否可視為支承應該更為合理，而不是肢長與肢厚比。在計算剪力墻高厚比時，新規范對于層高的取值也不夠明確，對有地下室的結構，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，由于基礎有一定的埋深要求，如果計算高度取基礎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 關于計算方法及參數取值
建筑結構在進行內力和位移計算時，除了選擇合理的結構分析模型和適用的結構計算程序外，對計算方法、參數取值也要準確把握。計算程序中的各種參數在應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，則要充分理解規范條文，并結合工程實際，靈活運用。《抗震規范》第5.1.1條的第2、3款規定“有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15°時，應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響。”對第2款而言，按筆者理解，這類所謂的斜交抗側力構件，不應指個別構件，而是主要的抗側力構件，例如對于框架-剪力墻結構，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剛度，此時如果按斜角度計算，會導致不合理的結果。而對第3款而言，系指質量和剛度分布明顯不對稱，而不是其中某一項不對稱，也就是說在結構的剛心和質心相距較大時，才進行雙向地震作用計算，否則計算結果也會產生較大的差異。 《抗震規范》第5.2.3條規定，在計算水平地震作用扭轉影響時，規則結構可不進行扭轉耦聯計算，對邊榀框架乘以地震作用效應增大系數，對不規則結構則按扭轉耦聯振型分解法計算，設計人員往往對結構規則不規則難以準確界定，于是在計算時就干脆都選擇耦聯計算。對長寬比較大的結構，如果質心有一些偏移，耦聯計算時會產生“甩尾效應”，各榀框架內力會沿長向依次遞增或遞減，首尾相差可達一倍以上，所以采用耦聯計算也要根據結構特點，不能一概而論。 4 關于抗震構造措施
新的《高規》較“89規范”增加了有關短肢剪力墻的規定，但有些條文在設計應用時，尚不盡完善，且規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構，近年來大量應用于10～16層的小高層商住樓，對這種高度一般不超過50m的建筑，是否應當采取如此嚴格的構造措施，是值得商榷的。
例如，《高規》第7.1.2條第2款規定“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構總底部地震傾覆力矩的50%”，相比于框剪結構中的框架而言，短肢墻的抗側剛度要大的多，這樣勢必增加長墻的數量，進而增大地震作用。而有些地方在審查剪力墻結構時，對少數的短墻甚至對長墻中的短墻肢，也要求按短肢墻的規定來設計，應屬對規程的理解偏差。
關于短肢剪力墻抗震等級的規定不盡合理，《高規》第7.1.2條第3款規定“短肢剪力墻的抗震等級應比本規程表4.8.2規定的抗震等級提高一級采用”，在短肢剪力墻結構中，既然規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力構件，應提高筒體或一般墻的抗震等級才合理，就如框-剪結構中的剪力墻抗震等級高于或等于框架抗震等級。在約束邊緣構件設置上，對于設防烈度Ⅶ度、高度小于80m的短肢剪力墻結構，根據《高規》要求，主要承擔地震傾覆力矩的長墻的抗震等級為Ⅲ級，無須設置約束邊緣構件，反而承擔傾覆力矩較少的短墻卻需要設置約束邊緣構件，這是不合理的，因為長墻承擔的傾覆力矩更大，邊緣構件由傾覆力矩所引起的附加應力也更大，更應設置約束邊緣構件。 《高規》第7.1.8條規定，當連梁跨高比不小于5時，宜按框架梁進行設計。連梁主要承受水平荷載帶來的剪力和彎矩，容易出現剪切裂縫，其抗剪計算式與框架梁不一樣（見《高規》第7.2.24條），箍筋間距要求要嚴。連梁抗震設計時，對配筋率沒有特殊要求，其最小配筋率同非抗震設計，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造要求。在設計此類連梁時應注意，在計算時要設為非連梁，否則程序對其剛度不乘考慮樓板作用的增大系數，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點邊緣所產生的剪力值占總剪力值的75%以上的情況）的連梁，也應按框架梁進行抗剪承載力計算。
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