淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邱化春 李博

摘要:本文作者結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，從高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)剪力墻布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算、風(fēng)荷載的體型系數(shù)及干擾系數(shù)取值、連梁設(shè)計(jì)等幾方面展開分析，提出了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)意見。

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

Abstract: Combined the authors practical engineering experience, this paper analyzes high residence structural design from the shear walls distribution, structure calculation, wind load shape coefficient and interference coefficient, coupling beam design aspects, and puts forward several opinions of the shear wall structure design.

Key words: high-rise building; structure design

中圖分類號：TU355文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

人們對高層建筑的空間要求越來越高。普通剪力墻的設(shè)計(jì)出現(xiàn)居多弊端，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題受到眾多工程設(shè)計(jì)人員的重視。

1 對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)影響的處理

《高規(guī)》4.3.5 條規(guī)定:“結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A 級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2 倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的 1.5 倍；B 級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及本規(guī)程第 10 章所指的復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的 1.2 倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的 1.4倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期 T1 與平動為主的第一自振周期 T1 之比，A 級高度高層建筑不應(yīng)大于 0.9，B 級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及本規(guī)程第 10 章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于 0.85?！睂τ谖灰票瘸薜奶幚矸椒ā？刹扇〉姆椒ㄓ? 調(diào)整最大位移發(fā)生處的附近洞口位置及尺寸，或最大位移發(fā)生處的墻肢厚度，以增加該處的剛度，減小位移。對于周期比的超限，可采取的方法有調(diào)整質(zhì)心兩側(cè)剪力墻的位置及墻肢長度，使其質(zhì)心與剛心盡量接近；盡量加大周邊剪力墻，提高抗扭剛度，減少核心筒剛度，削弱結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度，從而加大第一平動周期; 其軸線通過或靠近結(jié)構(gòu)剛心的剪力墻對結(jié)構(gòu)抗扭剛度貢獻(xiàn)不大，但對側(cè)移剛度貢獻(xiàn)較大，也必須削弱。

2 對角窗的處理

高層建筑的角部在地震中是最薄弱的部位，但有些時(shí)候建筑為了立面效果或?yàn)榱碎_發(fā)商房子好銷售，在高層建筑的角部設(shè)置角窗，對此類情況應(yīng)采取以下措施: 提高角窗兩側(cè)墻肢的抗震等級，并按提高后的抗震等級滿足軸壓比限值的要求，如不滿足宜加厚墻肢; 角窗兩側(cè)的墻肢應(yīng)沿全高均按《高規(guī)》5.5.4 條要求設(shè)置約束邊緣構(gòu)件; 抗震計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)藕連影響；轉(zhuǎn)角窗房間的樓板宜適當(dāng)加厚，宜采用雙層雙向配筋; 加強(qiáng)角窗窗臺的連梁的配筋與構(gòu)造。

3 墻肢長度和厚度的選取

3.1 墻肢的長度

剪力墻墻肢長度(即墻肢截面高度) 一般不宜大于 8m。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有延性，細(xì)高的剪力墻(高寬比大于 2) 容易設(shè)計(jì)成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。當(dāng)墻的長度很長時(shí)，為了滿足每個(gè)墻段高寬比大于 2 的要求，可通過開設(shè)洞口將長墻分成長度較小、較均勻的聯(lián)肢墻，洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁(其跨高比宜大于6)，使其可近似認(rèn)為分成了獨(dú)立墻段。

3.2 墻肢厚度的選取

規(guī)定剪力墻的最小厚度，其主要目的是保證剪力墻出平面的剛度和穩(wěn)定性能。其厚度要求見表 1。

表 1 墻肢厚度參考表

注: H － 層高或剪力墻無支長度的較小值

對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，規(guī)定其抗震等級應(yīng)比表 1 中規(guī)定的抗震等級要高一級采用。故除 6 度區(qū)外，短肢剪力墻的抗震等級至少為一級。對于住宅建筑，填充墻厚一般為 200mm，相應(yīng)剪力墻厚也取為 200mm。住宅層高一般為 2. 8 ～3. 0m，故墻厚取200mm，除底層加強(qiáng)區(qū)的一字形短肢剪力墻外，均能滿足規(guī)范要求。

對于無地下室的高層住宅，因其基礎(chǔ)埋深一般在 2. 5m 以上，則底層墻體高度會在 5. 0m 以上，若按層高的 1/16 確定墻厚，將超過 300mm，大于填充墻厚度。為避免出現(xiàn)此種情況，在布置剪力墻時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑平面，盡量不用一字形剪力墻，而采用 L、T、Z、十字形等截而形式，且使翼緣長度大于其厚度的3 倍，這樣一方面墻體抗震性能更好，另一方面墻厚也可取為剪力墻無支長度的 1/16。由于住宅建筑中剪力墻肢長一般小于 3. 0m，故厚度采用 200mm 滿足構(gòu)造要求。

4 對剪壓比超限的連梁處理

剪壓比超限問題在剪力墻中是很常見的，尤其是在高烈度區(qū)，經(jīng)常是計(jì)算完后多處洞口上連梁超限。處理方法是一般先減連梁高度，以減少連梁吸收的地震力，如果仍然超筋，說明該連梁兩側(cè)的墻肢過強(qiáng)或者是吸收的地震力太大。此時(shí)，想通過調(diào)整使計(jì)算結(jié)果不超筋是困難的，也是沒有必要的。就好比說，它原來沒有這個(gè)能力，你非要讓它有這個(gè)能力，這當(dāng)然很困難。從連梁的作用來說，首先它是在兩個(gè)墻肢之間傳遞內(nèi)力，對墻肢起到約束作用，其次它是在地震來臨時(shí)充當(dāng)?shù)谝坏婪谰€，起到耗能作用。因此，對于減少連梁的高度仍然超筋連梁(指抗剪超筋) 的設(shè)計(jì)原則應(yīng)該是這樣的:首先按該連梁截面能承受的最大剪力( 高規(guī) JGJ3－20027.2.23) 計(jì)算連梁抗剪箍筋；根據(jù)該剪力值計(jì)算出連梁端部彎矩( 為簡化起見，假設(shè)反彎點(diǎn)在中點(diǎn))，并作適當(dāng)折扣(例如:一級乘以 0.8) ，然后根據(jù)該彎矩值計(jì)算連梁縱筋。這樣做的目的是為了保證連梁的強(qiáng)剪弱彎，故意讓連梁先出現(xiàn)塑性鉸。當(dāng)多遇地震來臨時(shí)，連梁端部彎矩很快達(dá)到極限抗彎承載力，出現(xiàn)塑性鉸，端部彎矩不再增加。由于彎矩與剪力之間的導(dǎo)數(shù)關(guān)系，連梁中的剪力也不再增加。而我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候，已經(jīng)保證了在端部彎矩達(dá)到極限抗彎承載力的情況，，抗剪能力是有富余的，所以此時(shí)抗剪不會破壞。在這種情況下，連梁仍能保證對豎向荷載的承載能力，同時(shí)對墻肢有一定的約束能力，并具有變形耗能能力，破壞具有一定延性，基本上滿足設(shè)計(jì)對連梁的基本要求。唯一與計(jì)算不符的是，連梁對墻肢的約束作用比計(jì)算的要小，其結(jié)果是墻肢的內(nèi)力比計(jì)算值要大，可以在電算時(shí)對此類墻肢的地震力放大系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，按調(diào)整后的電算結(jié)果適當(dāng)加強(qiáng)相鄰墻肢的配筋。

5 約束邊緣構(gòu)件箍筋的設(shè)置

約束邊緣構(gòu)件分為“陰影部分”和“非陰影部分”，對于“陰影部分”規(guī)范中對豎向鋼筋和箍筋或拉筋的配置都有較明確的要求，設(shè)計(jì)中易于理解和執(zhí)行。但對于“非陰影部分”僅規(guī)定其箍筋配箍特征值為“陰影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿豎向的間距及豎向鋼筋應(yīng)如何配置并未做出具體規(guī)定，因此，目前在工程設(shè)計(jì)中做法比較混亂。而豎向鋼筋可在箍筋交叉點(diǎn)處按剪力墻豎向分布筋直徑設(shè)置。同時(shí)，還有一點(diǎn)應(yīng)注意，為了充分發(fā)揮約束邊緣構(gòu)件的作用，在剪力墻邊緣構(gòu)件范圍內(nèi)，箍筋的長短邊之比不宜大于 3，相鄰兩個(gè)箍筋之間宜相互搭接 1/3 箍筋長邊的長度。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 李國勝 多高層鋼筋混凝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中疑難問題的處理及算例［M］．中國建筑工業(yè)出版社 2004 年 6 期．

［2］李盛勇 張?jiān)ぃ?剪力墻邊緣構(gòu)件的一種科學(xué)配筋形式［J］．建筑結(jié)構(gòu) 2003 年 8 期．

［3］ 李國勝 多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中疑難問題的處理及算例［M］．中國建筑工業(yè)出版社 2004 年．

［4］ 周紅萍 剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］．安徽建筑，2004，(06) ．

［5］ 張亮 淺議高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題［J］．才智，2008，(17) ．

［6］ 胡磊. 略談建筑多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題[J]. 大陸橋視野, 2011, (20): 107-108.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。