高層建筑結構層間位移角限值的控制分析

摘 要：結構層間位移角限值是結構剛度與變形能力的衡量標準。在本案，筆者分別論述不同結構豎向構件在樓層處的截面轉角及受力層間位移的變化規律，并據此提出控制高層建筑結構層間位移限制的建議，以供參考。

關鍵詞：高層建筑；層間位移角；限值控制

在高層建筑抗震抗風設計時，樓層層間的位移控制可理解為樓層豎向構件層間位移的控制。據此，可將同一樓層豎向構件層間位移等量化，然后再分析柱與剪力墻層間位移的關系及將層間位移劃分為非受力、受力層間位移。基于此，筆者分別從如下方面淺析高層建筑結構層間位移角限值的控制：

1 無框支層豎向構件在樓層處的截面轉角

在同一方向的水平力作用下，單一豎向構件的截面轉角呈單調增長走勢及其在頂點處的側移和截面轉角都出現極大值，但高層建筑樓層處的豎向構件與水平構件連接，致使豎向構件的側移及截面轉角會受制于水平外力。另據計算結果表明，高層建筑結構的側移在高度方向上呈單調增長走勢，但在水平外力的作用下，豎向構件的截面轉角會從底部往上單調增長到一定高度以后，呈下降走勢。對此，筆者結合高層建筑不同的結構形式，淺析結構豎向構件截面轉角的變化規律：

1.1 框架結構

在框架樓層中，位移與高度呈正相關，而框架柱樓層處的截面轉角則從0（底部）增大到某一高度后方向一致保持不變，但角變值有所減小，表明當梁柱的剛度發生變化時，柱在樓層處的轉角極值位置將有所移動。

1.2 單片剪力墻

在水平力作用下，單片剪力墻在樓層處的位移與高度呈正相關，且截面轉角也從0（底部）呈單調增長走勢，但頂部的增速比下部快。

1.3 框剪結構

在水平力作用下，框剪結構的位移與樓層呈正相關，且在樓層處的截面轉角都隨高度增大到某一高度后緩慢減小，但豎向構件截面轉角的方向一致保持不變及當梁剛度與剪力墻尺寸發生變化時，極大值出現的位置將有所移動。

1.4 框筒結構

在水平力作用下，框筒結構的整體位移曲線與建筑高度呈正相關，且剪力墻在樓層處的截面轉角也隨高度而增大到某一高度后緩慢較小，但豎向構件截面轉角的方向將保持不變。

2 無框支層豎向構件受力層間位移的變化規律

上述研究結果表明，高層建筑豎向構件在樓層處的轉角導致同層頂部的非受力位移從0（底部）向上緩慢增大，并在轉角的最大處出現最大值，且其在整個層間位移中的占比也隨之增大。據此，筆者分別從如下方面展開討論，以期為控制受力位移提供理論依據：

2.1 框架結構

在水平荷載作用下，框架受力層間位移與建筑高度呈負相關，且在層間位移極大值處的占比<20%、在第8層時為8%及在底層時為0，但底層受力位移等于層間位移。

2.2 剪力墻結構

在水平荷載作用下，剪力墻非受力位移與建筑高度呈負相關，且在底層層間位移出現極大值時，非受力層間位移同層間位移的比值接近0，但底層非受力層間位移等于層間位移。

2.3 框剪結構

在底層框剪結構中，墻與柱的受力層間位移等于層間位移，并與建筑高度呈負相關及較上層墻受力層間的位移為負值，但當層間位移出現極大值時，墻與柱受力層間位移的占比分別為5%、10%。

2.4 框筒結構

在底層框筒結構中，筒體墻與柱的受力層間位移等于層間位移，并與建筑高度呈負相關及較上層墻受力層間的位移為負值，但當層間位移出現極大值時，筒體墻與柱受力層間位移的占比分別為6-10%。

綜上可得出如下結論：一是高層建筑的層間位移從底部向上增大至一定高度后緩慢減小，這一變化規律符合豎向構件在樓層處的轉角變化規律；二是除水平位移以外，層間豎向桿件的上下端都會發生轉角，且都從0（底部）逐漸增大，而當結構發生大面積彎曲變形時，這一截面轉角將從下往上呈單調增長走勢，同時當結構發生顯著的剪切變形時，這一轉角將在結構升至某一高度后有所減小，注意轉角的總值依然較大，從而增加了樓層的非受力變形；三是在底層結構以上的樓層中，層間位移都比豎向桿件的受力位移大；四是豎向桿件的受力層間位移在底部出現最大值，并隨著建筑高度的增加而逐漸減小，則應從結構的底部著手控制其受力層間位移；五是豎向桿件在底層的非受力層間位移為0，并向上快速增大及結構中上部的占比極大。

3 結語

在高層建筑結構設計中，層間位移角限值的合理控制尤為關鍵。綜合上述內容，筆者認為在鋼筋混凝土高層建筑中，應從如下方面控制層間位移角的限值：一是框架柱與剪力墻的變形能力不一，因此應區別對待；二是控制剪力墻底部的受力層間位移；三是在現行規范的基礎上，放寬層間位移的限值規定；四是在控制層間位移角限值時，將結構的穩定性、安全性及裝修的方便性考慮其中；五是嚴格驗算層間位移角，詳見表1。

參考文獻

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作者簡介：楊展青（1982.04- ），男，上海人，本科，高級工程師，上海住總集團建設發展有限公司。