浅谈高层建筑结构设计

邱化春 李博

摘要:本文作者结合实际工程经验，从高层住宅结构设计时剪力墙布置、结构计算、风荷载的体型系数及干扰系数取值、连梁设计等几方面展开分析，提出了剪力墙结构设计的几点意见。

关键词: 高层建筑；结构设计

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

中图分类号：TU355文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

人们对高层建筑的空间要求越来越高。普通剪力墙的设计出现居多弊端，故结构设计问题受到众多工程设计人员的重视。

1 对结构扭转影响的处理

《高规》4.3.5 条规定:“结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2 倍，不应大于该楼层平均值的 1.5 倍；B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍，不应大于该楼层平均值的 1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期 T1 与平动为主的第一自振周期 T1 之比，A 级高度高层建筑不应大于 0.9，B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑不应大于 0.85。”对于位移比超限的处理方法。可采取的方法有: 调整最大位移发生处的附近洞口位置及尺寸，或最大位移发生处的墙肢厚度，以增加该处的刚度，减小位移。对于周期比的超限，可采取的方法有调整质心两侧剪力墙的位置及墙肢长度，使其质心与刚心尽量接近；尽量加大周边剪力墙，提高抗扭刚度，减少核心筒刚度，削弱结构侧移刚度，从而加大第一平动周期; 其轴线通过或靠近结构刚心的剪力墙对结构抗扭刚度贡献不大，但对侧移刚度贡献较大，也必须削弱。

2 对角窗的处理

高层建筑的角部在地震中是最薄弱的部位，但有些时候建筑为了立面效果或为了开发商房子好销售，在高层建筑的角部设置角窗，对此类情况应采取以下措施: 提高角窗两侧墙肢的抗震等级，并按提高后的抗震等级满足轴压比限值的要求，如不满足宜加厚墙肢; 角窗两侧的墙肢应沿全高均按《高规》5.5.4 条要求设置约束边缘构件; 抗震计算时应考虑扭转藕连影响；转角窗房间的楼板宜适当加厚，宜采用双层双向配筋; 加强角窗窗台的连梁的配筋与构造。

3 墙肢长度和厚度的选取

3.1 墙肢的长度

剪力墙墙肢长度(即墙肢截面高度) 一般不宜大于 8m。结构设计中的剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙(高宽比大于 2) 容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于 2 的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁(其跨高比宜大于6)，使其可近似認为分成了独立墙段。

3.2 墙肢厚度的选取

规定剪力墙的最小厚度，其主要目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。其厚度要求见表 1。

表 1 墙肢厚度参考表

注: H － 层高或剪力墙无支长度的较小值

对短肢剪力墙结构，规定其抗震等级应比表 1 中规定的抗震等级要高一级采用。故除 6 度区外，短肢剪力墙的抗震等级至少为一级。对于住宅建筑，填充墙厚一般为 200mm，相应剪力墙厚也取为 200mm。住宅层高一般为 2. 8 ～3. 0m，故墙厚取200mm，除底层加强区的一字形短肢剪力墙外，均能满足规范要求。

对于无地下室的高层住宅，因其基础埋深一般在 2. 5m 以上，则底层墙体高度会在 5. 0m 以上，若按层高的 1/16 确定墙厚，将超过 300mm，大于填充墙厚度。为避免出现此种情况，在布置剪力墙时，应结合建筑平面，尽量不用一字形剪力墙，而采用 L、T、Z、十字形等截而形式，且使翼缘长度大于其厚度的3 倍，这样一方面墙体抗震性能更好，另一方面墙厚也可取为剪力墙无支长度的 1/16。由于住宅建筑中剪力墙肢长一般小于 3. 0m，故厚度采用 200mm 满足构造要求。

4 对剪压比超限的连梁处理

剪压比超限问题在剪力墙中是很常见的，尤其是在高烈度区，经常是计算完后多处洞口上连梁超限。处理方法是一般先减连梁高度，以减少连梁吸收的地震力，如果仍然超筋，说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力太大。此时，想通过调整使计算结果不超筋是困难的，也是没有必要的。就好比说，它原来没有这个能力，你非要让它有这个能力，这当然很困难。从连梁的作用来说，首先它是在两个墙肢之间传递内力，对墙肢起到约束作用，其次它是在地震来临时充当第一道防线，起到耗能作用。因此，对于减少连梁的高度仍然超筋连梁(指抗剪超筋) 的设计原则应该是这样的:首先按该连梁截面能承受的最大剪力( 高规 JGJ3－20027.2.23) 计算连梁抗剪箍筋；根据该剪力值计算出连梁端部弯矩( 为简化起见，假设反弯点在中点)，并作适当折扣(例如:一级乘以 0.8) ，然后根据该弯矩值计算连梁纵筋。这样做的目的是为了保证连梁的强剪弱弯，故意让连梁先出现塑性铰。当多遇地震来临时，连梁端部弯矩很快达到极限抗弯承载力，出现塑性铰，端部弯矩不再增加。由于弯矩与剪力之间的导数关系，连梁中的剪力也不再增加。而我们在设计的时候，已经保证了在端部弯矩达到极限抗弯承载力的情况，，抗剪能力是有富余的，所以此时抗剪不会破坏。在这种情况下，连梁仍能保证对竖向荷载的承载能力，同时对墙肢有一定的约束能力，并具有变形耗能能力，破坏具有一定延性，基本上满足设计对连梁的基本要求。唯一与计算不符的是，连梁对墙肢的约束作用比计算的要小，其结果是墙肢的内力比计算值要大，可以在电算时对此类墙肢的地震力放大系数进行调整，按调整后的电算结果适当加强相邻墙肢的配筋。

5 约束边缘构件箍筋的设置

约束边缘构件分为“阴影部分”和“非阴影部分”，对于“阴影部分”规范中对竖向钢筋和箍筋或拉筋的配置都有较明确的要求，设计中易于理解和执行。但对于“非阴影部分”仅规定其箍筋配箍特征值为“阴影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿竖向的间距及竖向钢筋应如何配置并未做出具体规定，因此，目前在工程设计中做法比较混乱。而竖向钢筋可在箍筋交叉点处按剪力墙竖向分布筋直径设置。同时，还有一点应注意，为了充分发挥约束边缘构件的作用，在剪力墙边缘构件范围内，箍筋的长短边之比不宜大于 3，相邻两个箍筋之间宜相互搭接 1/3 箍筋长边的长度。

参考文献：

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［2］李盛勇 张元坤． 剪力墙边缘构件的一种科学配筋形式［J］．建筑结构 2003 年 8 期．

［3］ 李国胜 多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例［M］．中国建筑工业出版社 2004 年．

［4］ 周红萍 剪力墙结构高层住宅的结构设计［J］．安徽建筑，2004，(06) ．

［5］ 张亮 浅议高层住宅剪力墙结构设计中应注意的问题［J］．才智，2008，(17) ．

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。