高层钢筋混凝土结构建筑的结构设计常见问题浅析

2018-10-19罗瑜

建筑与装饰 2018年19期

关键词：剪力墙结构设计高层建筑

罗瑜

摘要本文论述了建筑最大适用高度、抗震等级、上部结构的嵌固端、延性剪力墙的设计原则、连梁的跨高比等在高层钢筋混凝土结构建筑结构设计时应注意的事项，可供广大结构设计人员参考。

关键词高层建筑;结构设计;剪力墙

前言

在当今的城市里，高层建筑已成为了很常见的建筑类型，其中又以钢筋混凝土结构形式的建筑最为普遍。本文试图总结在高层钢筋混凝土结构建筑的结构设计中常见的问题及应注意的事项，以供广大设计人员参考。

1建筑最大适用高度

应根据《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]（以下简称《高规》）的表3.3.1-1和表3.3.1-2来明确建筑的最大适用高度。查表前，可先根据结构底层剪力墙的倾覆力矩和底部总倾覆力矩之比来判定结构体系[2]。方法如下：比值为0～0.2时，为少量剪力墙的框架结构;比值为0.2～0.9时，为框架-剪力墙结构。其中，0.2～0.5时为强框架，0.5～0.9时为弱框架;0.9～1.0时为少量框架的剪力墙结构。应注意以下几点：

（1）避免倾覆力矩比在0.2或0.9左右，以免在设计调整时结构体系改变。

（2）对少量剪力墙的框架结构，按框架结构分析，在多遇地震作用下，如果超出《高规》表3.7.3的要求，最大适用高度应查表在纯框架结构基础上降低;如满足该限值要求，则最大适用高度可按纯框架结构查表判定。

（3）对弱框架，直接查表，按框架-剪力墙结构判定。

（4）对强框架，应查表在框架结构的基础上增加，可按框架承受的倾覆力矩比，查表插值确定。

（5）少量框架的剪力墙结构，从安全角度考虑，可按框架-剪力墙结构查表判定。

2抗震等级

（1）抗震等级，主要根据抗震设防类别、场地、结构形式、建筑高度等因素，按《高规》的第3.9条予以确定。应注意以下几点：

（1）判定抗震等级以明确抗震措施或抗震构造措施时，应注意对两种措施进行区别。

（2）应注意《高规》第8.1.3条，当框架受到的底部倾覆力矩足够大时，抗震等级参照框架结构予以判别。

（3）应注意嵌固端对抗震等级的影响，《高规》第3.9.5条对此做出了详细规定。当嵌固端下移，比如嵌固端在地下二层顶板，在抗震等级上，地下一层应和其上部采用同一等级，地下二层宜和地下一层采用同一等级，地下二层以下的则可逐渐降低。

（4）裙房的抗震等级比较特殊，除了按其自身的结构形式查表之外，如其和主楼连在一起，其相关范围的抗震等级要高于或等于主楼。需注意以下3点：

①规范并未明确当主楼的结构形式为框架-剪力墙时，裙房的相关范围的抗震等级是不低于框架的抗震等级还是剪力墙的抗震等级，抑或是两者的较高值。建议按框架及剪力墻的抗震等级考虑，即相关范围内裙房剪力墙≥主楼剪力墙，裙房框架≥主楼框架。②主楼为剪力墙，裙房为框架时，在抗震等级上，相关范围的裙房框架≥主楼剪力墙。③主楼为剪力墙，裙房为框架时，主楼的抗震等级（裙房以上的），应按剪力墙结构判定。裙房高度内的主楼部分，可根据裙房的面积来判定：

a.如裙房面积较小（主楼周边小于3跨或20米），采用包络设计。情况一，调整主楼重力荷载代表值，使其承受全部地震作用，或将裙房柱设为铰接柱;情况二，按框架-剪力墙计算。按上述两次计算结果包络设计。判定抗震等级时，裙房参照框架结构判定，主楼参照剪力墙结构判定。b.如裙房面积较大（主楼周边不小于3跨或20米），判定抗震等级时，裙房框架参照框架-剪力墙结构判定，主楼参照框架-剪力墙结构判定。

3上部结构的嵌固端

《建筑抗震设计规范》（2016年版）[3]第6.1.14条，对上部结构的嵌固端方面做了具体规定。应注意以下几点：

（1）因《抗规》对配筋率做了要求，故顶板厚度不应过大，以免配筋过大。

（2）考虑嵌固端的具体位置的时候，不考虑土体的约束对地下结构刚度的贡献。但其实土体对结构的约束影响是非常明显的，可达到地下室自身刚度的3倍至5倍。所以应认识到，地下室顶板的嵌固是不可避免的，在设计中应予以充分重视。

（3）从成本方面考虑，为减小加强范围，嵌固端设置在地下室顶板是最为经济、合理的。

4延性剪力墙的设计原则

延性剪力墙设计时应符合以下几点[4]：

（1）强墙肢弱连梁。应通过降低连梁刚度及其弯矩，使其在墙肢之前屈服，以免墙肢先行屈服以致某一层集中塑性变形，从而发生倒塌。

（2）强剪弱弯。同框架结构类似，应通过提高剪力墙底部加强部位的剪力、提高连梁梁端剪力等方式，实现该目标。

（3）重视轴压比，并设置边缘构件。对轴压比较大的剪力墙，应加设约束边缘构件。

（4）设置底部加强部位。要使结构的延性在塑性铰产生之后依然够强，应对该区域进行抗震加强，称之为“底部加强部位”。

5应注意连梁的跨高比