高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范思考分析
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范思考分析
自2002年開(kāi)始，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的新規(guī)范全面頒布實(shí)施已有六年多時(shí)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(jì)人員根據(jù)自己的理解和經(jīng)驗(yàn)來(lái)掌握應(yīng)用，但是規(guī)范中某些條文過(guò)于籠統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員也難以把握。目前我國(guó)實(shí)行施工圖審查制度，由于設(shè)計(jì)人員與審查人員對(duì)規(guī)范一些不夠具體的條文規(guī)定的理解不同，常常會(huì)引起爭(zhēng)議，而且少數(shù)設(shè)計(jì)人員或?qū)彶槿藛T不考慮工程的實(shí)際情況，機(jī)械地執(zhí)行規(guī)范。下面就高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題，與同行們進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；短肢剪力墻；新規(guī)范；《高規(guī)》；設(shè)計(jì)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(jiǎn)稱(chēng)《高規(guī)》）對(duì)高層建筑適用的最大高寬比有明確要求，但在計(jì)算高寬比時(shí)，對(duì)建筑寬度的取法卻無(wú)明確規(guī)定，在第4.2.3條的條文說(shuō)明中指出“一般場(chǎng)合，可按所考慮方向的最小投影寬度計(jì)算高寬比……對(duì)于不宜采用最小投影寬度計(jì)算高寬比的情況，應(yīng)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況確定合理的計(jì)算方法”，對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，難以確定何為合理的計(jì)算方法，而且這是一個(gè)涉及建筑是否為超限高層建筑的敏感問(wèn)題，應(yīng)該有一個(gè)較為明確的取法，以便設(shè)計(jì)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(duì)剪力墻高厚比的要求較“89規(guī)范”更高。通常在底部加強(qiáng)區(qū)，由于底部層高相對(duì)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(shí)，如剪力墻所承受的豎向力不大，驗(yàn)算墻體穩(wěn)定一般都能通過(guò)，因?yàn)榧袅χ饕鳛榭箓?cè)力構(gòu)件使用。在按《高規(guī)》附錄D計(jì)算墻體穩(wěn)定時(shí)，規(guī)程列出了單片墻及T形、工字形剪力墻的計(jì)算方法，有些設(shè)計(jì)人員對(duì)在工程設(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)算拿不準(zhǔn)。從原理分析，T形及工字形墻的穩(wěn)定計(jì)算，考慮了一側(cè)墻肢對(duì)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(zhǎng)度，其作用是和T型及工字形墻完全相同的。但對(duì)于多長(zhǎng)的墻肢才可視為有翼緣的問(wèn)題，規(guī)程并沒(méi)有明確規(guī)定，參照約束邊緣構(gòu)件的規(guī)定，翼墻長(zhǎng)度小于其厚度3倍或端柱截面邊長(zhǎng)小于墻厚2倍時(shí)，視為無(wú)翼墻或無(wú)端柱。當(dāng)按層高計(jì)算墻體穩(wěn)定時(shí)，視其為支承邊時(shí)，此規(guī)定可參考執(zhí)行，但對(duì)較厚墻體，又不太合理，比如-300厚剪力墻，翼墻長(zhǎng)度要大于900才可視為有支承，對(duì)一般層高而言，900墻肢在肢長(zhǎng)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(zhǎng)比來(lái)確定是否可視為支承應(yīng)該更為合理，而不是肢長(zhǎng)與肢厚比。在計(jì)算剪力墻高厚比時(shí)，新規(guī)范對(duì)于層高的取值也不夠明確，對(duì)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(duì)于無(wú)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(jì)算高度取基礎(chǔ)至二層樓板面的高度，則計(jì)算高度一般達(dá)到3.0+0.6（高差）+1.4（基頂埋深）=5.0m，如果底層為商場(chǎng)，則計(jì)算高度更大，這樣勢(shì)必會(huì)增加剪力墻的厚度，特別是對(duì)一字形墻，能否考慮首層剛性地面對(duì)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(gè)值得探討的問(wèn)題。
3 關(guān)于計(jì)算方法及參數(shù)取值
建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)，除了選擇合理的結(jié)構(gòu)分析模型和適用的結(jié)構(gòu)計(jì)算程序外，對(duì)計(jì)算方法、參數(shù)取值也要準(zhǔn)確把握。計(jì)算程序中的各種參數(shù)在應(yīng)用時(shí)只要理解程序說(shuō)明，一般比較容易掌握，而計(jì)算方法的選擇，則要充分理解規(guī)范條文，并結(jié)合工程實(shí)際，靈活運(yùn)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(shí)，應(yīng)分別計(jì)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(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。”對(duì)第2款而言，按筆者理解，這類(lèi)所謂的斜交抗側(cè)力構(gòu)件，不應(yīng)指?jìng)€(gè)別構(gòu)件，而是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，例如對(duì)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(shí)在某一定角度范圍外不再計(jì)入其在該方向的抗側(cè)剛度，此時(shí)如果按斜角度計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致不合理的結(jié)果。而對(duì)第3款而言，系指質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱(chēng)，而不是其中某一項(xiàng)不對(duì)稱(chēng)，也就是說(shuō)在結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心相距較大時(shí)，才進(jìn)行雙向地震作用計(jì)算，否則計(jì)算結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生較大的差異。 《抗震規(guī)范》第5.2.3條規(guī)定，在計(jì)算水平地震作用扭轉(zhuǎn)影響時(shí)，規(guī)則結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算，對(duì)邊榀框架乘以地震作用效應(yīng)增大系數(shù)，對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)則按扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振型分解法計(jì)算，設(shè)計(jì)人員往往對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)則不規(guī)則難以準(zhǔn)確界定，于是在計(jì)算時(shí)就干脆都選擇耦聯(lián)計(jì)算。對(duì)長(zhǎng)寬比較大的結(jié)構(gòu)，如果質(zhì)心有一些偏移，耦聯(lián)計(jì)算時(shí)會(huì)產(chǎn)生“甩尾效應(yīng)”，各榀框架內(nèi)力會(huì)沿長(zhǎng)向依次遞增或遞減，首尾相差可達(dá)一倍以上，所以采用耦聯(lián)計(jì)算也要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jì)應(yīng)用時(shí)，尚不盡完善，且規(guī)程對(duì)短肢剪力墻的縱向鋼筋配筋率要求偏高。短肢剪力墻原來(lái)系用于高層點(diǎn)式筒體的結(jié)構(gòu)，近年來(lái)大量應(yīng)用于10～16層的小高層商住樓，對(duì)這種高度一般不超過(guò)50m的建筑，是否應(yīng)當(dāng)采取如此嚴(yán)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(shì)必增加長(zhǎng)墻的數(shù)量，進(jìn)而增大地震作用。而有些地方在審查剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)少數(shù)的短墻甚至對(duì)長(zhǎng)墻中的短墻肢，也要求按短肢墻的規(guī)定來(lái)設(shè)計(jì)，應(yīng)屬對(duì)規(guī)程的理解偏差。
關(guān)于短肢剪力墻抗震等級(jí)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(jí)應(yīng)比本規(guī)程表4.8.2規(guī)定的抗震等級(jí)提高一級(jí)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(jí)才合理，就如框-剪結(jié)構(gòu)中的剪力墻抗震等級(jí)高于或等于框架抗震等級(jí)。在約束邊緣構(gòu)件設(shè)置上，對(duì)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(zhǎng)墻的抗震等級(jí)為Ⅲ級(jí)，無(wú)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?yàn)殚L(zhǎng)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(shí)，宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。連梁主要承受水平荷載帶來(lái)的剪力和彎矩，容易出現(xiàn)剪切裂縫，其抗剪計(jì)算式與框架梁不一樣（見(jiàn)《高規(guī)》第7.2.24條），箍筋間距要求要嚴(yán)。連梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)配筋率沒(méi)有特殊要求，其最小配筋率同非抗震設(shè)計(jì)，最大配筋率則通過(guò)截面條件來(lái)控制。而框架梁則要滿足截面條件及配筋等多項(xiàng)構(gòu)造要求。在設(shè)計(jì)此類(lèi)連梁時(shí)應(yīng)注意，在計(jì)算時(shí)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(duì)跨高比小于5，但對(duì)在較大集中荷載作用下（集中荷載對(duì)支座截面或節(jié)點(diǎn)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(jìn)行抗剪承載力計(jì)算。
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