高層結構設計需控制的重要指標及處理方法

李邱冀，趙 麗，李曉娜

遼寧天維紡織研究建筑設計集團有限公司，遼寧 沈陽 110016

國家出臺的《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》在原有基礎上總結了我國最近幾十年，在高層建筑的結構設計領域的經(jīng)驗，逐步提高了規(guī)范的可操作性和結構安全度，同時還加強了不規(guī)則性控制和抗震概念設計，為建筑設計師的工程實踐加以指導。然而從最近幾年工程師們所反映的具體問題來看，很多設計課件中對結構的剛度控制，在計算中還是難以滿足他們的需求，筆者結合自己近幾年在實際工程中所遇到的具體問題，提出一些自己的建議。

1 高層結構設計中剛度要求

在《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中有很多的剛度相關的或與剛度都是比較容易實現(xiàn)和滿足的，不過最難啃的硬骨頭還是集中于抗扭剛度。

1.1 扭轉位移比控制

對于A類的所有高層△Umax/△UC都是不能超過1.2-1.5的范圍；對于B類的所有高層△Umax/△UC也不能超過1.2-1.4的范圍。如果此條件不能滿足，就應該是當?shù)卣{(diào)整其平面布置，從而進一步地減少重心與剛心偏心距離。

1.2 整體穩(wěn)定性控制

對于所有的帶剪力墻和框架的建筑設計要根據(jù)下式去運算：

式中，Gi為第i層的重力荷載具體設計值； hi﹑H為建筑物的層度；Ejd為等效側向剛度（結構主軸方向的彈性）。滿足上述條件就能實現(xiàn)剛度退化的15%,在風荷的作用下趨于穩(wěn)定狀態(tài)，如果不能滿足，就要根據(jù)實際情況適當?shù)靥岣咂湄Q直方向的構件剛度。通過分析，抗震的設防烈度一般情況下都要保持≥7度或基本風壓也要保持在≥0.5kN/M2，在位移的控制數(shù)值滿足此條件，結構的穩(wěn)定性就能滿足；其他就應該驗算P-△效應影響。

1.3 層剛比的控制

Ki/Ki+l≤0.7同時3Ki/（Ki+l+Ki+2+Ki+3）≤0.8。如果不能滿足，就應該調(diào)整具體的樓層高度，削弱或加強具體的樓層剛度。在設計建筑抗震性的時候，地下室結構的樓層側向剛度不能少于相鄰上部樓層側向剛度的兩倍。如無法實現(xiàn)，則應該增加其地下室的剪力墻數(shù)量，也可以通過嵌固層下移一層的方法進行解決。

1.4 彈性層位移角控制

△Umax/h≤1/500～1/1000。如果不能滿足，就應該適當調(diào)整具體的樓層高度，從而進一步地加強了底部豎直方向的構件剛度。在設計抗震數(shù)值時K’i+n/K’n≤1.3。如果不能滿足，應該適當調(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件剛度。

2 剪力墻連梁的設計控制

在框架-剪力墻-剪力墻結構中，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。在地震荷載和風荷載的雙重作用下，連梁的內(nèi)力通常都是相當?shù)卮蟆＿€有就是在高層建筑的設計中，因為連梁兩端墻肢的經(jīng)常會出現(xiàn)不均勻的壓縮，所以就會產(chǎn)生連梁兩端的豎直方向的位移差，就會在連梁內(nèi)引發(fā)一定程度的內(nèi)力。在設計的時候，不但要降低連梁的內(nèi)力，如在連梁的中部設計開水平縫﹑逐一增加剪力墻的洞口寬度；在計算位移和內(nèi)力的時候要對連梁的剛度進行適當?shù)恼蹨p，對局部內(nèi)力過大的樓層的連梁要根據(jù)具體事情進行一定的調(diào)整等。

2.1 水平力引起的連梁超筋

在連梁和墻肢的同時工作情況下，剪力墻就要具備一定程度的強度和剛度。對于剪力墻的設計就要確保不發(fā)生剪切的破壞，墻肢的屈服要滯后于連梁的屈服，連梁和墻肢的設計要完全吻合強剪弱彎的原則。一般情況下，當連梁超筋時，按下述方法進行調(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，適當減少連梁高度而增加連梁跨度。在設計中，剛度折減之后，還會出現(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，應對辦法就是適當減少連梁高度而增加連梁跨度，調(diào)整的幅度不能超過20%；第三，適當增加剪力墻厚度。因為地震所引發(fā)的內(nèi)力是不依照墻厚增加的比例進行分配給該片剪力墻，通常都會小于此比例，所以有就會出現(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。混凝土的等級如果得到提高，結構的地震作用影響增加的比例就會遠小于混凝土所受剪承載力提高的比例，所有就會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，在進行了上述調(diào)整后，仍有部分不符合承載力要求時，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力，剪壓比見《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》第7.2.2條規(guī)定，按“強剪弱彎”的要求，配置相應的縱向鋼筋。此時，如果不能保證連梁在大震時的延性要求，應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

當連梁超筋是由于相連豎向構件發(fā)生較大豎向位移引起的，則應按下述方法調(diào)整。其一﹑調(diào)整結構布置，減小變形差。使墻肢布置更均勻，承受荷載相對均勻，有利于調(diào)整連梁內(nèi)力，使其不超限；其二﹑設置后澆帶。后澆帶的設置，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 結論

高層建筑結構計算模型的調(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。所以說，在進行設計的時候一定要把互相制約的諸多因素都要進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，只有這樣，才有可能取得相對理想的效果。

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

[2]李霖.混凝土整板結構轉換層施工技術[J].施工技術，2009(10)