高层建筑结构设计中一些问题的探讨

【摘要】
　　在高层建筑结构设计中，设计人员常常遇到一些规范规定不明确或对规范条文理解不同的问题，给结构设计工作带来一些不便，现就高层建筑结构设计中常见的此类问题谈谈自己的看法。
　　【关键词】高层建筑结构设计探讨
　　1高层建筑设地下室问题
　　《高层建筑混凝土结构技术规程》
　　(JGJ3-2002，以下简称高规)第4.4.7条规定：高层建筑宜设地下室。
　　高层建筑设地下室主要有以下优点：
　　1）减小上部结构的震害。震害分析表明，设地下室的高层建筑，上部结构的地震反应小，震害轻，地下室层数越多，埋深越大，上部结构的地震反应及震害越小。
　　2)提高地基承载力。当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正。随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。
　　3)有利于高层建筑上部结构的整体稳定。高层建筑地下室外墙一般采用钢筋硷墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束(设计时应对地下室周边回填土提出质量要求)。
　　因此设地下室有利于上部结构的整体稳定，有利于协调结构整体变形，调整地基不均与沉降。
　　目前由于建筑功能的需要，多数高层建筑均设地下室。对某些不设地下室的高层建筑，宜适当增加基础埋深，加强基础的整体刚度。
　　2、基础埋深问题
　　高规12.1.7条规定:“基础应有一定的埋深。埋置深度可从室外地坪算至基础底面。”对独立的高层建筑而言，基础埋深易于确定.但目前多数高层建筑与地下车库相连，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础(防水底板不宜太薄)时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。若不满足上述条件时，高层建筑的基础埋深应从地下车库地面算起。
　　3地下室抗震等级的确定
　　《建筑抗震设计规范》6.1.3条第三款规定:“当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时，地下一层抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级”。但该条文说明图6.1.3中主楼内、外的地下一层的抗震等级均与上部结构相同。地下室中无上部结构的部分的抗震等级如何确定目前尚不统一较为一致的理解是：自上部结构以外相当于基础埋深范围内的地下一层的抗震等级宜同上部结构。
　　4地下室顶板作为结构底部嵌固层的条件
　　地下室顶板作为结构底部嵌固层时，应能约束结构底部的平动和转动，因此应满足下列条件：
　　1)地下室顶板与室外高差不宜过大，宜小于1/3层高。
　　2)应满足高规4.5.5及4.8.5条;抗规6.1.14条的要求。
　　3)地下室的楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2倍。
　　4)地下室为大底盘，上部为多塔结构时，大底盘地下室的整体剪切刚度不应小于上部各塔总体剪切刚度的2倍，同时每栋塔楼范围内(可取塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度)的地下室剪切刚度不应小于上部塔楼剪切刚度的1.5倍。
　　这里需指出的是，高规4.8.5条规定，抗震设计的高层建筑当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。规范规定此条的目的是保证柱端塑性铰出现在地下室顶部柱端。由于地下结构的地震、作用效应较小，即使在地下室柱与地上一层柱配筋相同时，柱端塑性铰通常也出现在地下室顶部。按规范规定增大地下室柱配筋时，往往使得柱钢筋较密，不便施工。
　　5房屋高宽比
　　房屋高度指室外地面至主楼主要屋面的高度。房屋宽度按所考虑方向的最小投影宽度作为建筑物的计算宽度。对带裙房的高层建筑，当裙房面积与其上塔楼面积比大于2.5或裙房抗侧刚度与其上塔楼抗侧刚度比大于2.0时，可取裙房以上部分的房屋高度和宽度计算高宽比。
　　对L，U型等平面的高层建筑宜考虑翼缘的有利影响。广东高规补充规定中建议：当建筑平面非矩形时，可取平面的等效宽度B=3.5r，其中r回转半径。
　　6建筑结构不规则性界定
　　建筑结构不规则性除应按抗规3.4节及高规4.3.4.4节的相关规定界定外，还需注意以下问题:
　　l)计算结构构件的最大位移比时应按刚性楼板假定。
　　2)当结构的位移比和周期比超规范规定时，说明结构的抗扭刚度相对结构的抗侧刚度偏小，结构的扭转效应较大。在结构抗侧刚度较大，结构的层间位移满足要求的情况下，可减小结构的抗侧刚度，对楼层中部结构做减法，可取消、减短、减薄剪力墙，减小连梁高度等。当结构的抗侧刚度较小，侧移较大时，可对楼层周边结构做加法，可增大周边构件的刚度。对带裙房高层建筑，带裙房部分楼层的位移比和周期比往往超规范规定.由于裙房高度不高，裙房楼层的绝对侧移值很小，因此可不按高层建筑的侧移控制条件来要求裙房，即位移比可适当放宽。《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》对“扭转偏大”的规定是：不含裙房的楼层扭转位移比大于1.4。
　　3)对某些建筑，因功能需要，下部几层为大空间，上部为办公或客房，隔墙较多，上下层刚度差别较大，此时刚度变化处的下一层宜指定为薄弱层，进行内力放大调整。
　　7框架结构梁柱偏心距较大应采取的措施
　　框架结构梁柱偏心较大时，将导致节点核心区受剪面积减小，且梁端弯矩作用在节点上时出现扭矩。因此当梁柱偏心距大于柱截面在该方向宽度的1/4时，应采取措施。通常可加大梁宽或设置梁水平腋。当设置梁水平腋时，在梁柱节点处形成了较强的刚域，梁塑性铰将外移。因此梁端箍筋加密区长度应与普通框架梁有所区别。水平加腋梁的梁端箍筋加密区长度应取普通框架梁箍筋加密区长度与加腋水平长度之和。
　　8、较长剪力墙的开洞问题
　　高规7.1.5条规定：“较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2.墙肢截面高度不宜大于8m。”
　　此条规定主要基于以下考虑:
　　l)提高剪力墙的延性，避免脆性破坏。墙段高宽比大于2时一般为弯曲破坏，墙段高宽比小于2时一般为剪切破坏。
　　2)避免单片剪力墙承担过大的水平剪力而首先破坏，使得整个结构抗侧力构件依次破坏。
　　在某些工程设计中，设计人员往往将较长的剪力墙开结构洞，洞口较小，形不成弱连梁，此时的剪力墙为小开口剪力墙，仍具有很大的侧向刚度，承担的水平力很大，造成剪切脆性破坏。因此开结构洞时一定要开大洞，形成弱连梁，连梁跨高比宜大于6，使得较长剪力墙开洞后形成两个较独立的墙肢。
　　参考文献:
　　【1】王亚勇，戴国莹.建筑抗震设计规范疑问解答【M】.北京：中国建筑工业出版社，2006.
　　【2】徐建.建筑结构设计常见及疑难问题解析【M】.北京：中国建筑工业出版社，2007.