对深圳市《高层建筑混凝土结构技术规程：SJG 98—2021》的探讨

刘梓堃

（中山市南粤建筑设计有限公司 广东中山 528400）

0 前言

根据“深圳市住房和建设局关于发布《高层建筑混凝土结构技术规程》的通知（深建标［2021］12号）”，深圳市《高层建筑混凝土结构技术规程：SJG 98—2021》（以下简称“深圳高规”）于2021 年7 月1 日起实施。在《深圳高规》开始实施之际，笔者结合自己对国家标准《高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ 3—2010》（以下简称“国家高规”）、广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程：BDJ 15-92—2013》（以下简称为“广东旧高规”）和广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程：BDJ 15-92—2021》（以下简称为“广东新高规”）以及相关论文的理解，对《深圳高规》的内容进行了探讨，提出自己的理解和认识，抛砖引玉，供同行交流。

1 总体构架

《深圳高规》规程是在《国家高规》、《广东旧高规》和《深圳地区钢筋混凝土高层建筑结构设计试行规程：SJG1—84》（以下简称“深圳旧高规”）的基础上编制而成。笔者认为，应以《国家高规》、《广东旧高规》和《广东新高规》为主要参照对象，对比研究《深圳高规》。笔者未将《深圳旧高规》列入参考的原因有两点：①《深圳旧高规》的编写年份距今久远，已难以和现有的理论基础、规范体系和工程实践相承接、联系和适应；②过去3 年，笔者在深圳参与和了解的项目中，主要使用的规范以《国家高规》为主，偶尔参考《广东旧高规》，从未见到过有使用《深圳旧高规》的情况。综上，笔者认为《深圳旧高规》参考意义不大，且《深圳旧高规》出版年份久远，获取原本几率极小，因此未将其列入主要参考规范中。

《深圳高规》属地方性标准，在大原则上应遵照高一级别的国家标准《国家高规》来执行；《国家高规》适用地域范围为全国，为求全面性和普适性，条文内容不得不“广而泛”，《深圳高规》适用地域范围仅为深圳市，无需顾及各种情况，条文内容可以做到“精而细”；《深圳高规》发布时间为2021年，距离《国家高规》发布的2010年已有11年之久，这个11年里，中国的高层建筑经历了质和量的飞跃，作为经济发展位于全国前列的深圳市，更是积累了大量的高层建筑前沿建设技术和经验，在既有规范的基础上并且结合近些年设计和实践经验而修订的《深圳高规》，与《国家高规》相比，必然是会更具有前沿性和创新性。笔者将基于以上规范层级、适用地域和发布时间关系，展开对《深圳高规》的认知和理解。

《深圳高规》中未提及而《国家高规》和《广东旧高规》中有涉及的内容，根据《深圳高规》条文1.0.4“除应符合本规程的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定”的原则，笔者认为应以《国家高规》为指导，参考《广东旧高规》和《广东新高规》。

2 对《深圳高规》条文的认知理解

需要提前说明的是，除非在前面注明了规范简称，下文提及的条文编号都是《深圳高规》中的条文编号。

《深圳高规》中和《国家高规》没有根本性差异的条文，是无需深入探究的，包括但不限于：结合近年研究和实践提出了许多新的高层建筑结构形式的相关参数、因深圳的抗震设防烈度是7 度而略去与其他设防烈度相关的参数。以下将讨论《深圳高规》条文中笔者认为值得注意的部分条文。

从1.0.2 条可以看出《深圳高规》对高层住宅建筑结构的定义已不再包括“28 m”这一高度控制项，条文说明中的解释为“考虑到住宅楼的层高一般均大于2.8 米”，且从土地利用和经济利益的角度而言，未来深圳的高层住宅建筑不可能再低于28 m，这一修改笔者认为是合理的。

3.1.2 条第3 款提到的防连续倒塌需要考虑的效应《深圳高规》中只重力荷载，而“国家高规”还有风荷载和地震作用。笔者认为这样修改的理由是：就目前提及采用的考虑延性的设计方法而言，只要是经过依据规范设计和施工的结构，会导致部分结构和构件的破坏的原因只可能是持续时间很短的罕遇地震作用和偶然作用，而这两者作用在采用延性设计的结构上，在作用发生的短期间内，结构倒塌的概率极小。而且在发生了具有警示作用的结构和构件的大变形和破坏后，人员会迅速撤离建筑。也就是说，对于经过规范设计和施工的建筑，足够的延性和相对于设计使用年限而言很短的从遭受严重破坏到人员撤离的时间，可以成为不需在抗连续倒塌设计中考虑和地震作用和风荷载的理由，不考虑风荷载和地震作用有利于建筑的经济性。

3.1.4条提出了剪力墙结构“两个方向的侧向刚度不宜相差超过30%”，比《国家高规》的定性规定“不宜相差过大”更具有可操作性。

3.15 条提出了细分有剪力墙结构的新标准——层剪力比，以此划分一向少墙剪力墙结构和框架剪力墙结构。相关研究［1］指出了只根据倾覆力矩比判断剪力墙结构类别存在2 个问题：①剪力墙结构的倾覆力矩比受剪力墙的位置是否靠近质心位置影响较大，同样的剪力墙在靠近平面两端时的倾覆力矩远大于靠近质心时；②剪力墙结构的倾覆力矩比在结构不同高度楼层时有变化的。针对这2个问题该研究提出补充层剪力比来对剪力墙结构体系进行判别会更加合适，参照规范对于倾覆力矩比的规定，建议剪力墙层剪力比大于0.9 或框架部分层剪力比不大于0.1 时，按剪力墙结构进行设计，否则按框架-剪力墙结构进行设计，剪力墙底层倾覆力矩比和层剪力比计算结果有差异时，取较小值。

3.2.3 条提出设置水平桁架的结构，可不受《国家高规》中对侧向刚度比的限制。如条文说明提到的，实践表明，设置水平桁架的楼层刚度明显比只有梁柱作为抗侧构件的楼层大，因而和相邻楼层的侧向刚度比多不满足《国家高规》要求。《国家高规》3.5.2条中对于楼层侧向刚度比的限制并未对带水平桁架的结构做出具体的细化的规定，而是概括性地归到框架-核心筒结构中，笔者认为原因可能是在《国家高规》编制的时期，带水平桁架的高层建筑实践和研究较少，满足编入规范所需的认知还不够成熟。《国家高规》发布的11 年以来，国内大量带水平桁架的高层建筑拔地而起，并形成了对这种结构的成熟认知，《深圳高规》基于大量新的工程实践和研究，提出了关于该类型结构的侧向刚度比的新规定，并在7.4 节提出了一些针对与相邻楼层侧向刚度差异大的相应加强措施。

3.4.2 条相比《国家高规》增加了对角部重叠和细腰部分的宽度要求，与《广东旧高规》和《广东新高规》要求有差别。

3.4.3条表明相比于《国家高规》，《深圳高规》没有对扭转周期比做出限制规定。理论研究［2］证明了控制扭转周期比一定程度上加强了结构上抗扭刚度，但并不能等同于直接控制扭转周期，更不能直接控制楼层和竖向构件在水平地震作用下的扭转角和竖向构件产生的扭矩，所以控制扭转周期比的效果是存疑的；建议重视楼层竖向构件在地震作用下的层间扭转角和扭矩。以上可以作为《深圳高规》3.4.3 条文的理论依据。

3.4.4 条规定了当楼层平均层间位移角小于规范限制达到一定比例时，扭转位移比可放松到的具体数值。文献［3］里有说明，控制结构在水平地震作用下的扭转反映关键之一是控制扭转角，但由于技术条件的不成熟，现阶段采用控制扭转位移比只能起到间接控制扭转角的作用；但扭转位移比还受到平均位移和建筑物长度地影响，建议对扭转位移比的限值对平均位移较小的楼层和一向长度较长的建筑适当降低。《广东旧高规》的修订依据［4］里更是直白地指出，扭转位移比不能作为衡量结构扭转效应大小的指标。并举例说明了存在扭转位移比由《国家高规》限值增大到远大于该限值，但是扭矩和扭转角不变且楼盖的最大位移更小的情况。

3.5.1 条提出了某楼层超过相邻楼层层高的3 倍时，一种新的计算楼层侧向刚度的计算方法，并且与该楼层所在位置无关。相关研究［5］说明了，《国家高规》侧向刚度计算存在的问题，并提出了建议的侧向刚度计算方法。该研究通过以某建筑高层为例，证明了相对于新旧《国家高规》和美国UBC规范计算方法，建议的计算方法更能准确地反映出竖向构件刚度明显削弱或者层高明显增大的楼层的侧向刚度的削弱及其造成层侧向刚度比的减小；而且该研究还证明了，相对于《国家高规》附录提出的转换层侧向刚度计算方法，建议的计算方法能更好地反映转换层结构的真实侧向刚度。

3.5.6 条提出了当结构楼层中有斜撑等抗侧力构件时，根据各层的抗剪裕度指数判断结构的抗剪薄弱层的方法，抗剪裕度指数是楼层抗剪承载力与楼层地震剪力作用之比，该值越小说明楼层的抗剪富裕度越小。有关论文［3］中说明了，《国家高规》中薄弱层的判别方法只考虑了上下层抗剪承载力之比，是不全面的，因为某层与相邻层的这个比例小不代表其沿结构全高为最小，还要看该层的抗剪裕度指数是否是全部楼层中的最小值，并以此来判断该层是否是整栋结构的薄弱层；该论文还指出，当抗剪裕度指数小于1 时，该层可能抗剪屈服，建议取该值为最小的1～3 个，且相互距离较近的楼层作为抗剪薄弱层。

3.6 节主要内容是楼板薄弱部位在地震作用下承载力验算的规定，包括必须验算抗震承载力的情况、地震作用下截面剪力的简化计算方法、楼板单侧配筋规定、截面抗剪承载力、组合楼盖钢梁和楼板间抗剪栓钉的抗剪承载力等等，其理论基础可参考魏琏等的研究［6］。该研究指出在某些不规则结构中，楼板在水平荷载的作用下会产生较大的楼板平面内轴力、剪力以及面外附加弯矩，需要在结构设计中加以考虑，并通过使用有限元软件ETABS 和MIDAS/Gen 进行了水平荷载下楼板应力分析，利用得到的结果总结出了不同性能目标下，楼板承载力的验算方法。对于高层建筑平面凹凸不规则弱连接楼盖抗震设计方法，深圳市出台了相应的技术指引［7］，可供参考。

3.7.1 条提出了在50 年重现期风荷载作用下，采用弹性方法计算的层间最大位移角不宜大于1/500并且在一些情况下可适当放松。文献［8］指出：“国家高规”限值层间位移角的2个主要目的是：①保证柱结构基本处于弹性受力状态；②保证非结构构件的完好。目的①因《国家高规》中的层间位移角未区分由竖向构件顶端在弯矩和剪力作用下产生的受力层间位移角和竖向构件底端转角的非受力层间位移角且前者普遍远大于后者，是存在问题的；而目的②是需要遵守的；综合考虑P-△效应、地下室构件影响、结果刚度折减系数（文中用实例说明了考虑这3个因素，层间位移角都将增大）、幕墙规范和其他研究对幕墙和其他非结构构件的层间位移角建议值、舒适度等因素，建议区分作用特点不同的风荷载和地震荷载的层间位移角限值，把不考虑刚度折减系数时不同结构类型的风荷载下最大层间位移角限值统一定为1/500，而且采用阻尼器等减震措施和当位移计入地下室相应构件变形的影响时限值可适当放松。

3.9 节规定了与《国家高规》明显不同的墙肢轴压比限值且还要求验算边缘构件的轴压比。本节内容的理论背景可参考魏琏等人的研究［9］，该研究指出《国家高规》中采用的用墙肢全截面面积统一考虑墙肢轴压比的方法存在问题，不能反映剪力墙不同位置轴力的差异，也不能较完满地考虑不同烈度时的地震作用和同一烈度时大小震的区别。该研究中提出了一种将剪力墙分段计算、考虑地震作用并以标准组合表达的新的轴压比计算方法。这种计算方法建立剪力墙分段轴压与标准值计算轴压比的函数式，这个函数式里还包括与大小震相应水平影响系数最大值之比相关的参数γ和小震作用下墙体轴力与重力荷载代表值作用下墙体轴力的比值λ。通过改变表达式中的γ和λ，找出剪力墙分段轴压比和标准值计算轴压比大致的数值关系，并依此总结出考虑不同烈度下地震作用的“高规调整轴压比限值”。《深圳高规》将此文中给出“高规调整轴压比限值”里7度区下基本组合的轴压比限值稍作调整，收录入3.9节中，并规定应验算其边缘约束构件的轴压比。

4.2.8 条剪重比的调整中楼层最小剪力系数值选择需要考虑的因素比《国家高规》多了一个场地类别。相关研究［10］指出超高层建筑结构底部楼层剪重比不满足规范的要求在Ⅰ、Ⅱ类场地中是经常发生的，《国家高规》对剪重比的限值规定未考虑场地类别这个影响因素是不合适的。该研究分析证明：《国家高规》中规定高层建筑在水平地震作用下的基底剪力不能小于结构重力荷载代表值的λ倍，实质上是假设了一个处于Ⅱ类场地，质量为ξ M（即高层建筑总质量M的ξ倍）的单质点结构（见图1），其周期与高层建筑结构的基本平动周期T相同，ξ为质量调整系数，ξ=λ/α（α为地震影响系数）。T=3.5 s 时，ξ=1.00；T=5.0 s 时，ξ=0.88；中间为线性变化。然后根据《国家高规》α 和T的函数关系，推断出场地特征周期Tg对α值影响很大，根据不同的场地类别和对应的Tg值，推出T=3.5和5.0 s 时的α值。最后根据λ=ξα 得出T=3.5 s 和5.0 s时的剪重比限值λ。“深圳高规”收录了7 度下Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地的λ值。

图1 Ⅱ类场地单质点结构Fig.1 A SDOF System in Site Ⅱ

4.2.9 条给出了不满足剪重比要求时宜将该楼层及相邻楼层的层地震作用放大，可不采取增大刚度的方法。相关研究［10］推导出剪重比是否满足规范要求的判别式，判别式的值与调整结构第1振型特征、结构总质量、基底剪力有关，但是通过调整刚度或重量是很难使剪重比满足《国家高规》的。该研究还证明了乘以周期折减系数后，可以使判别式更容易满足。最后总结出调整剪重比满足《国家高规》要求的方法：①放大楼层地震剪力（不传递）；②在《国家高规》规定范围内适当取周期折减系数的较小值，使判别式的值更容易满足规范的剪重比限值要求；而提高结构刚度的方法与抗震设计基本概念不相符，且实际设计中操作较为困难。针对调整剪重比在实际设计中的操作问题，金灿国等人［11］总结出更全面的结论：体型规则的建筑结构，通常前三阶振型质量参与系数占比超60%以上，如果前三阶振型结构基本周期落位于反应谱的位移控制段，此时通过提高结构刚度来加大地震影响系数，从而提高剪重比使之满足规范限值的要求，可能代价很大；故建议剪重比不满足限值要求时，若前三阶振型结构基本周期大小为Tg～5Tg，或稍大于5Tg，此时可以通过提高结构刚度，来加大地震影响系数，从而提高剪重比，满足规范限值要求；若前三阶振型结构基本周期远大于5Tg，此时可能需要调整结构体系和总体布置，来使剪重比接近规范限值要求。

第5 章是关于抗震性能设计。相比于《国家高规》，《深圳高规》的抗震性能目标增加了D+等级并且提出了各种结构的各类构件在规定性能水准下的建议抗震性能目标。相关研究［12］指出，《国家高规》中性能目标C：在小震、中震、大震时分别对应性能水准1、水准3、水准4，小震时的水准1、中震时的水准3 与《国家高规》中的设防目标一致，但大震时的水准4“修复或加固后可继续使用”，显然比《国家高规》中的大震设防目标高。性能目标D：小震、中震、大震分别对应性能水准1、水准4、水准5，小震水准1 与《国家高规》一致，中震性能水准4“修复或加固后可继续使用”，明显低于《国家高规》中的中震的“一般修理继续使用”的设防目标，大震水准5 基本与《国家高规》中的大震一致。因此建议增加一个性能目标D+，其小震、中震、大震的性能水准分别为性能水准1、水准3、水准5，这样可与现行《国家高规》的设防目标一致。该研究按结构类型分类，给出了各类构件在5 级性能目标所对应的性能水准下抗震性能目标细化规定，包括楼盖的抗震性能目标。《深圳高规》将新的性能目标D+等级和C、D+、D 级性能目标所对应的性能水准下各类构件抗震性能目标细化规定收录，并细分了一种构件新类型——重要构件（指罕遇地震下允许出现部分延性屈服的关键构件）。

6.4.1条提出“高层建筑宜考虑结构的重力二阶效应，自重下有侧移和刚度质量沿高度分布不均匀的高层建筑应考虑结构的重力二阶效应”，而在《国家高规》中，是需要根据刚重比是否低于限值要求来判断是否要考虑重力二阶效应。根据许璇等人［13］的研究，刚重比作为判断的依据，存在基本力学模型不适用于复杂结构、仅考虑结构顶点位移的变化并不全面等的不足。接着提出二阶效应比的概念，意为考虑P-△贡献（软件进行较为精确的P-△效应计算）与不考虑P-△贡献结构整体参数（顶点位移、层间位移角、基地倾覆力矩）或构件内力（轴力、弯矩、剪力）的比值，并通过比较发现，9 个实际工程案例中结构的顶点位移与层间位移角、基底倾覆力矩的二阶效应比接近，但部分构件的内力的二阶效应比大于结构整体参数的二阶效应比且差值不可忽略，得出结论：刚重比能基本反映结构整体参数的重力二阶效应，但无法反映单个竖向构件的二阶效应。之后通过其中具体案例的分析，研究人员发现：自重下有一定侧移的项目，刚重比不能真实反映P-△效应对构件内力的影响；构件内力二阶效应比较大的复杂结构项目，设计应考虑P-△效应但刚重比却满足《国家高规》中不需要考虑重力二阶效应的条件；刚重比大于2.7 且大部分构件的二阶效应比都在1.05 以内的项目，仍有部分构件的二阶效应比大于1.05。通过以上发现，该研究总结出了收录于“深圳高规”6.4.1条中的结论。

7.5 节内容是一向少墙剪力墙结构，这是《深圳高规》基于近年来的研究成果［1，14］收录的新的剪力墙结构。单向少墙剪力墙结构的特点是两向布置剪力墙数量相差较大，少墙方向抗侧承载力由剪力墙、外侧框架及由另向墙与楼板组成的扁柱框架组成。是否为单向少墙的判定标准为扁柱楼板框架的底层剪力占比是否超过10%，超过10%则应对扁柱楼板框架的抗震承载力进行验算。深圳于2017年出台了“一向少墙剪力墙结构抗震设计指引”［7］，针对近年来深圳大量出现的一向少墙剪力墙结构的抗震设计方法做出了具体的规定，可以成为设计人员的参考。

3 结语

《深圳高规》是根据近些年来随着深圳市经济高速发展而兴建起来的大量高层建筑混凝土结构的设计和实践经验，经过深入的理论研究和归纳总结，凝练出的一本规范。深圳市近年来大量高层建筑拔地而起，其中不乏各种新型的结构形式，这给了参与建设的设计人员、研究人员和规范编制组以大量的实践和研究机会。正是因为有这样的背景，这本规范具有独特的前沿性和创新性，其中许多条文内容及作为理论背景的相关实验结果和研究成果，都值得设计人员深入思考和借鉴。