高层建筑结构设计若干问题

高层若干问题研究

-----兼谈京沪粤三地对高规的理解2010.11广东。刘秋元高层若干问题研究高规自2002年6月颁布以来，各地在设计中，在对高规的应用实施中，大部分都能遵循高规的要求，但是对于高规中涉及些条文，由于缺少具体量化或各地对规范条文理解不同，在应用中各地也出现不同的差异，北京、上海、广东等地也结合当地设计经验和工程实践相继发布本地的技术措施或规程。本话题通过对国家规范高规（JGJ3-2002）及其宣贯材料、《北京市建筑设计技术细则-结构专业》、上海市《建筑抗震设计规程》、“广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3―2002)补充规定”等谈谈各地对高规部分条文的理解。

一、部分短肢墙结构

根据高规条高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构，即只能采用部分短肢剪力墙。对于部分短肢墙结构的定义，高规只明确这种类型结构中的一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%（高规第2条），

而对于短肢剪力墙并没有给出一个具体量化指标。1、中国建筑科学研究院主编《房屋建筑抗震设计常见问题解答》（下文简称《抗震解答》中黄小坤认为“一般情况下，短肢剪力墙较多的剪力墙结构中，短肢剪力墙承受的倾覆力矩可占结构底部总倾覆力矩的40%~50%”同时认为“一般剪力墙结构中，如果存在少量的短肢剪力墙，则不必要遵守高规条的规定”

2、《北京市建筑设计技术细则-结构专业》（以下简称《北京技术细则》P86页条规定：当墙肢截面高度与厚度之比虽为5~8，但墙肢二侧均与较强的连梁（连梁净跨与连梁高度之比≤2.5）相连时或有翼墙相连的短肢墙（翼墙长度应不小于墙厚度的5倍），可不作为短肢墙。

短肢墙较多结构定义：可按结构中短肢剪力墙承受的竖向荷载与总竖向荷载的比例来判定，当由短肢剪力墙负荷楼面与全部楼面面积之比超过50%时，应定义为短肢墙较多结构。3、《上海超限高层建筑工程抗震设计指南》（下面简称《上海超限指南》认为：当短肢剪力墙截面面积不大于全部剪力墙截面面积的20%时，可以按全部落地剪力墙控制建筑物高度，同时明确规定了短肢墙部分的抗震措施仍应按短肢墙规定执行。当采用短肢墙比例进行判别时，应在建筑物的两个主轴方向分别计算，取较大的比例作为控制条件。从上海这条规定可以看出当短肢剪力墙截面面积比例大于20%时，应属于较多短肢剪力墙即短肢墙结构，其最大适用高度应比高规表适当降低，且7度和8度时分别不应大于100m和60m

4、《广东高规补条认为规定具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构指短肢墙的截面面积占剪力墙总截面面积50％以上，其房屋的最大适用高度应比《高规》表规定的剪力墙结构适用高度降低20％

5、对于L型、T型剪力墙中若一肢为短肢，另一肢为长肢，目前无论是从PKPM程序还是地方各规程似已统一认为不是短肢墙，其中广东规补条认为：剪力墙截面高度与厚度之比大于4、小于8时为短肢剪力墙。当剪力墙截面厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm，高度与厚度之比大于4时仍属一般剪力墙。6、综述，从上面可以看出，上海规程对短肢墙结构相对要求较严，而广东偏松，显然各地并没有在高规基础上达成相对一致的共识，这主要反映下面几点

1）

对于短肢墙的加强措施上海认为短肢墙部分的抗震措施都应按短肢墙执行，而北京、广东仅对短肢墙较多的结构，其短肢墙抗震等级提高一级采取抗震措施。

2）

对于如何判定短肢墙较多结构，广东和上海采用相同的方法，但限值不同。北京对短肢墙较多结构依据受荷面积50%判定，相对于上海广东依据短肢墙截面积比例控制，从概念上讲要合理，但是对于北京、广东可作到50%以上，个人认为短肢墙所承受的底部倾覆力矩很容易超50%，这点与高规认为短肢墙抗震性能差，缺少抗震经验，不提倡采用的观点有抵触，相比之下这点上海控制较严。

3）高规把一般剪力墙定义截面高度与厚度之比大于8倍，而这点《广东高规补》仍略显偏松

4）《广东高规补》认为剪力墙截面厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm，高度与厚度之比大于4时仍属一般剪力墙，个人认为也是值得商榷的，因为按这个定义4500mm层高，设计做300mm厚的墙，墙长1250即为普通墙实在是有点短了，这点可能是由于广东对异形柱、短肢墙做的较多，结合以前经验及这么考虑的：如果上部为200x1650可以不算短肢剪力墙，但底部由于加大了截面宽度300x1650，这就成了短肢剪力墙，似乎过于苛刻，当然这一观点见仁见智，但《广本》这条规定就保证符合条件下，300x1650的底部加强也可与对应上部为非短肢剪力墙。但个人这种墙至少应明确为T型或L型,一字型慎用，或者是轴压比有从严限制要求等措施加强。5）北京除了对短肢墙的抗倾覆力矩的要求同高规条外，对短肢墙较多结构还明确“任一层短肢剪力墙承受的水平剪力不应小于基底剪力的20%”。这一点感觉有点牵强附会，有点把短肢墙作为第二道设防考虑；类似与框剪中框架结构？此外从目前程序SATWE使用上对此项也不好操作。

二、

双向地震作用计算

根据高规第2条质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向地震作用下的扭转影响。对于这个明显不对称、不均匀高规并没有给出明确的量化，不同设计人员或审图人员会有不同的认识。

1、《抗震解答》中黄小坤认为可根据楼层最大位移与平均位移之比判断，若该值超过扭转位移比下限1.2较多（比如A级高度高层建筑大于1.4、B级高度或复杂高层建筑大于1.3）,则认为扭转明显，需要考虑双向地震作用

2、《北京技术细则》没有明确规定，参照高规和《抗震解答》执行

3、《上海建筑抗震设计规程》没有明确规定，参照高规和《抗震解答》执行

4、《广东高规补规定结构的前三个振型中，当某一振型的扭转方向因子在0.35~0.65之间，且扭转不规则程度为Ⅱ类时，表明结构的质量与刚度分布明显不对称、不均匀，应计算双向水平地震作用下的扭转影响。

三、错层结构

1、《抗震解答》2.47条中黄小坤都认为目前没有一致的意见，对于楼板相错高度不超过梁截面高度时，可不作为错层结构，但对于错层部位的框架柱和剪力墙宜符合高规第和条的要求。

2、《北京技术细则条较大错层指楼面错层高度h0大于相邻高侧的梁高h1时。3、《上海建筑抗震设计规程条对错层定义为错层高度大于楼面梁的截面高度或大于0.6m。但在《上海超限指南》中对于错层高度大于1200mm即为超限高层。

4、《广东高规补》9.4.1楼层板面高差大于相连处楼面梁高，或板面高差小于相连处楼面梁高但楼板间垂直净距大于支承梁梁宽时称为错层。5、综述个人认为《广东高规补》相对较严，但是从《广东高规补》这条来看，加强错层部位梁宽，增加抗扭刚度还是有道理的

四、抗震变形验算

1、见高规条

2、《北京技术细则》按高规4.6条执行。

3、《上海建筑抗震设计规程条中对结构的抗震变形验算进一步细化，见下表1

结构类型

[θe]

钢筋混凝土框架

1/550

钢筋混凝土框架-抗震墙、框架-核心筒、板柱-抗震墙、筒中筒

1/800

钢筋混凝土抗震墙

1/1000

钢筋混凝土抗震墙（底层）、钢筋混凝土框支层（底层）

1/2500

钢筋混凝土框支层（二层）

1/2000

多高层钢结构

1/300

4、《广东高规补条对于高度小于150m的剪力墙、筒中筒结构等弯曲型结构，当弯曲变形的影响明显，某层层间有害位移值小于层间位移值的50%，即Δui/Δui＜0.5时，该层层间位移角限值可放宽至1/800。

3.5.2条对于高度小于150m的框架―剪力墙、框架―核心筒结构等弯剪型结构，当某层层间有害位移值小于层间位移值的50%，即Δui/Δui＜0.5时，该层层间位移角限值可放宽至1/650。

5、综述

从上面可以看出，上海规程对结构的抗震变形要求相对较严，而广东偏松。

1）个人认为虽然上海规程控制偏严，对抗震墙和框支结构底层的层间位移角提出限值，主要是为避免抗震墙在底部塑性铰部位过早开裂，是合理可行的，只要结构方案布置合理，一般情况下都可以满足此要求。

2）广东通过限制有害位移，来放松层间位移角限值，似又回到老规范，以便与以前工程衔接？

五、不规则的分类和不规则程度的认定（1）

1、高规：结构平面不规则见高规条、条，竖向不规则见条、条、条、条，对应抗震规范GB50011-2001为条及其条文解释。平面凹凸不规则见附

五、丝式不规尤则的氧分类他和不狭规则滩程度徐的认当定（2）《北京拖技术浮细则核条在驼高规帝的基暴础上荒增加贡了几辆种凹涨凸不锁规则放平面统类型盗，见株附图样（2），播不规榴则限愧值同眉高规女表4.雨3.瞎3五、税不规姑则的冶分类夺和不搜规则淋程度佣的认找定（3）3、《上海梦市建点筑抗蹄震设混计规轧程》基本通同抗魄震规多范，吊但是斥有两世点不漏同1）．泊对于聋平面免外凸途部分克，采暮用双丧控指偷标判孔断是佩否不态规则葛，即傍应同臂时用米外凸婶长度纪和外消凸部衰分宽斯度两帅个条剧件来行控制却，两富个条栋件同偷时满坝足时坊才属买于凸袭角不勿规则爽。见体附图锄（2）2）．树不规势则平好面凹悲口的请深度赤计算渠应计亮算到国有竖羞向抗勉侧力槽构件斗的部疲位，尚对于软有连随续内陵凹的间情况权，则灿应累草计计奋算凹评口深尺度。梯见附长图（2）五、梦不规促则的醋分类缩慧和不录规则戏程度冈的认验定（4）4、《广东工高规核补》3库.3节明很确高谁层建辟筑体段型“蹈特别刘不规狮则”这、“处严重唯不规牙则”猾的判让别条河件，岔其不德规则泥分类档与高疾规的静不同陵点主高要是芳下面规几点喝。1）扭虫转不涉规则尊的程碧度根陈据最蔬大层带间位膊移角舞及扭企转位计移比捉分为棍两类税，扭绝转位蛙移比牙计算环时采袭用刚蔽性楼说板假稀定，谦并考再虑地暖震偶休然偏蚀心作旱用的圈影响最：计畅算最贷大层期间位陕移角欲时可退不考各虑地盖震偶葵然偏劫心作仆用的洽影响纵，具赌体见锦下表1、2。2）近用戒相邻截层层搁间位类移角漏比作晴为高臭层建初筑侧烫向刚阳度规护则与寒否的陶判别酬指标斜。3）竖返向抗枯侧力瓜构件(柱、车剪力始墙、验抗震船支撑)不连役续的捉类型出分为睛：Ⅰ类：宾柱不活连续Ⅱ类：苹墙、础支撑告不连躺续4）《广东丸高规趟补条薪及条橡明确今高层器建筑冒体型说“特枣别不鸦规则辜”、糟“严仙重不膀规则忘”的软判别奴条件进，见偶下表五、礼不规算则的付分类冰和不勇规则乱程度投的认森定（5）5、综搜述1）虑对鸽于高逢规条权扭转瞧位移脏比的酱控制鞋，考鸭虑到嘉只是喷一个僵宏观间指标膀，并缸不是衰强规弹，北沉京、较上海珍、广捞东都且根据惜当地寺设计约经验浆和工垮程实逢践有卖条件哨地略妻为放程松扭是转位酒移比铜限值睁。a.柏《抗震抛解答》2稍.2雾0条中楼黄小土坤认吓为：亩当层对间位辛移角赚不大绝于位隶移角携限值巨的1/差3，扭融转位租移比肃的控且制可顷略有扯放宽叙，但统是具网体可脑以放偏宽到虚多少贫没有胃明确忌。b.真《北京逢技术彻细则草条认融为“碌剪力主墙结完构的参最大耕层间厌位移兰角为1/算20股00时，棍可放诸松约10皂%，当扑绝对软值更辟小时眼，还路可继适续放绪松，袜但宜猛以放伍松20葵%为限申。”c.责《上海讲建筑终抗震屋设计怜规程牙条的粥条文谋解释厨认为掏：对孙于带泼有较币大裙却房的历高层谜建筑贴，当析裙房拆高度刑不大茎于建扁筑总伞高度舰的20欣%、裙闭房楼内层的悔最大乞层间承位移胡角不好大于1/愤30仁00时，筐位移年比限禾值可昌以适锄当放宪松。掀但是朝具体诸可以酒放宽番到多寄少没翅有明穷确。2）《广东训高规悠补》对不漆规则崇分类牲详细赚，设寻计人攀员和罚审图专人员验有明典确的现尺度描可以宋掌握片，便民于操遭作和阴使用辰。3）对休于凹胞凸不家规则交的判与定，句上海礼规程糠更加近合理执和明桶确。1、对孩于错腾层结惊构，图应属纠整体遍结构抖体系米问题顽，个犁人认抵为是匆针对虽整体骨来说切，如耗整楼恳或较踏多楼乖层，咸如《北京纱技术彩细则》所示述图例丧见下共图，弟除措挣施加峡强外险，适蝇用高治度应位降低厌。2、对半于某前层楼迅板错俯层，萍个人扑认为卵主要届属局日部楼槽板不姐连续旋，对驶错层倾部位吸的构稍件加面强即馅可。六、复侧向威刚度闪计算漫方法1、对盛于一溪般结愤构，《抗震艳规范做、条逆文说稳明及《高规》4于.善4.离2条文慢说明起：楼替层的公侧向忘刚度铅可取渗该楼呀层剪歪力和捉该楼弄层层俯间位岗移的睁比值2、《北京装技术赵细则》P吩89、P1材06对于最一般拒结构柏的侧简向刚根度计忆算均峡采用奸的是芹楼层蚁剪力堆与该洁楼层渐层间疼位移默的比显值，婚即《抗震剥规范》、《高规》建议源的方牙法3、《上海蛇建筑南抗震老设计苦规程玻条在刑对地给下室乏嵌固买刚度润的论卧述中怕，规牙定“…当进完行初修步设稀计时亭，侧穗向刚城度比佣可用随剪切血刚度拍比估坚计，筝并作评为计回算刚慌度比胀的控佛制指啦标”《上海属超限像指南》对侧恰向刚继度比置的控浴制，规也是境采用钥等效消剪切低刚度裙。4、《广东但高规灶补用歇相邻出层层衰间位描移角五比作摩为判粱定侧布向刚俗度比支的依辽据5、综狡述1）《高规》、《抗规》及北善京对足侧向郑刚度涛比计迹算推拔荐采衫用楼嚼层剪校力和迎楼层桃层间悲位移协的比劲值方土法对封于不穗同的尾结构元（框骨架、怠框剪拉（支姐撑）捉、剪伍力墙匪）是茂否完估全适困用值底得商栏榷。2）上栗海规团程建宴议按披剪切麻刚度美判断脖用于娱初设废的估药算比偿较方启便，贺但是宪由于写剪切乌刚度谨计算抓没有盟考虑谜梁刚泛度及负墙开经洞影沉响，框是偏汤于安您全的累，相菊比《高规》的计宰算方歌法有辛时截外面会炉取得等偏大驴，才删能符轮合刚谢度比院要求圾。例重如某测剪力像墙结塞构，移抗震南等级筛三级鸽，一之层4.篇8米，骂墙厚回按1/厘20取，稍为25摆0m田m；二茫层以疗上2.辈9m，墙允厚为20竹0m母m。若返按剪屋切刚陆度计猜算[$秒ie汇xc猛l]揪=A0*h1/A1*h0=2广50霜*2芒90吹0/需20竞0*途48顷00裤=0炭.7隔55＜0.厌8,不满悬足，扩一层反墙厚愉要做30外0m喷m。个塞人认就为上鲜海规申程和《上海寻超限纠指南》明确蚂采用服剪切肝刚度融在地鱼下室悉嵌固杆刚度垦和超校限高基层计裙算中抱还是要有一遭定道慎理：a．上织海抗三震规宁程规虫定桩英筏基慨础的腹一层遭地下雷室大舰于相悼邻上参层侧既向刚帽度的1.虾5倍及暮以上籍，且忍地下叛室顶内板厚挥不小宵于18坊0m傍m，则舅地下旬室顶贿板可续作为鉴上部渔结构本的嵌轨固部辈位，碰这点宵比国雄家抗夺震规矮范两衰层地涛下室伸、不闸小于2倍刚图度还马是偏谎松的b．超喊限高齐层多晨为复化杂结厘构，终对超玻限高第层分究析更姻应注众重概干念分贯析，疾对竖留向不茧规则及判定印采用汁剪切堆刚度暮的实霸用计石算方按法从细严控邀制还淹是无州可厚筒非的藏，想蔽必这泛也是旱专家弓的意哗见。3）《广东勿高规将补》以层乳间位鹊移角愤比来伤衡量句结构膜侧向之刚度亚的变虑化对冲于剪吨弯或金弯曲嘱型变执形为王主的津结构荣（如散框剪咱）是虚否合词适，面值得寇商榷轮，这寇点可悔从《广东北省超滥限高铲层建卫筑工概程抗铺震设鼠防审令查细仍则》的解候释说络明看将出，侮其推没导依始据以气剪切郑变形咳为主阴的结乓构。八、知局部庭转换要的补订充定凉义1、《北京肯技术脱细则》P敌11烫2：当桌结构屋中个贵别为识框支蚊转换聋结构税，且疫其负仓荷面习积所京占楼指层面钞积范也围很煎小时谁（未局有定谜量）仆，该戚结构慨在整旬体计举算时筹不必鹅提高适结构勤的抗眉震等纽奉级和尤增大碌所有祖构件年的内土力调捧整系抄数，古设计英时可杯仅对益与个脚别框衬支相均邻的马落地漆墙及撕框支起梁、蝴柱在木计算危与构肤造上桐进行以加强粉；对狡于已今经满励足在某地下姐室顶认板嵌说固条毯件的愧高层湖建筑聪，当书地下司室有愧个别快框支咽转换带结构辛时，牌可不印作为机带转错换层因的复物杂高泉层建苍筑考驶虑。2、《广东撇高规拥补》9僚.2碗.2当建荣筑物避上部缠楼层弹仅部剃分柱乎不连谎续时勉，可止仅适均当加记强转肾换部硬位楼贞盖，睁但转酷换托腊梁的铲承载盒力安责全度踪蝶储备僵应适旅当提良高，汇内力坝增大灶系数谁不宜岁小于1.盲1，托助梁的陈构造宫按实披际的出受力炉情况夏确定煌。9.赵2.责3当框携架―剪力且墙或育筒体细结构沾仅少汪量剪悟力墙车不连旗续，立需转矿换的广剪力影墙面诵积不皇大于支剪力陵墙总是面积束的8%时，口可仅洪加大睬水平盒力转铅换路促径范娘围内绕的板饶厚、诵加强滋此部局分板星的配卖筋，板并提拐高转美换结衔构的益抗震牛等级穿。框丝式支框劲架的串抗震普等级沉应提阔高一寄级，笋特一抄级时闷不再愉提高稀。结齿构的多最大夜适用子高度义可按穷一般胶框架―剪力个墙或煤筒体哈结构临采用从上孩面分咐析看傲各地委对高剖规的害理解洋和应议用虽留有差枣别，恨大部护分规听定是听对高稳规的弟很好某的补埋充，计但是俗有些狭地方肿规定恢可能建结合艇当地派的实唱践经峡验，婆比高彻规的晋规定陵略有无偏严字或略冒有放殖松，登这些朴地区由差异炊既反塘映了提各地坑对规列范理浴解的叮不统乘一，抖也反柜映高摸规需况待完营善的明地方西，希兆望将功来高乘规修除订时硬，能潜给予脊补充妻和完桨善。遍由于选本文泽作者划水平屡有限备，对伍规范未和各纹地规榴定有蹄不当催理解沉敬请匀谅解,希望躺各位云同仁干多批冲评指脂正、靠畅所透欲言猾，也负欢迎气各地行同仁徐结合捆当地惠情况槽展开植进一袋步的企讨论省。七、唉高宽流比计抓算和愁控制1、《高规》第条包及条胶文说酷明2、《北京惯技术合细则恨条对展下列阅四种极建筑土平面相的高掉宽比宗计算度给出抽说明贫：1）对珍于L、Π形建荷筑，郊如平蛙面上俘伸出梯长度a与其团宽度溜之比姿不超皂过3，则泊不应滥以b计算袋其高稍宽比2）对永于口残形建律筑，荐如a/掌b不大威于6，则宵不应冒以b计算要高宽禁比3）对蛋于弧恐形建庄筑物贼，不丘应以b计算伸高宽谢比（辜不以b计算甚，那忽以什并么计粥算？帅以弧驴顶到朋弧的彼最底愿角点苏？）3、《上海悬抗震但规程》及《上海祝超限酸指南》未做火进一炭步规社定，请但是屡上海却市《钢筋老混凝川土高轮层建森筑筒的体结脾构设续计规钳程条皇注2：当尚结构息高宽赵比超软过表征中A级限挡值但艰为超终过B级限绒值时暖，应裂按B级筒失体结叮构的扫规定煎设计.肾4、《广东范高规随补》3戒.2纲.2高层忆建筑刑的高圈宽比裳为地斗面以废上高血度H(不计考突出缘瑞屋面控的机寄房、惑水池讯、塔殖架等)与建府筑平敌面宽违度B之比堪。当意建筑也平面性非矩笛形时据，可暮取平侄面的编等效赴宽度B=衔3．5r，r为建移筑平霉面(不计脂外挑融部分)最小山回转由半径芦。5、综昌述1）高视宽比东限值匆是对妨结构疮整体缝稳定劲、整鸡体刚止度、束承载诉能力梦和造画价的搞宏观绞控制猛，它伸同“胀最大银适用面高度衬”一妖样，宣只是里个“达适用俩高宽掏比”怎，并狐不是良强制帖的，久正如《北京闲技术评细则》P砌61页所尽述：火“当盏高宽远比超封过规搭定值木时，歪规程右中的转内容妹，不即一定慨完全忍适用郑，须厨由设推计人自采取处一定城的加艳强措护施，导以保肢安全挺。所馋采取遭措施纷，可奶以是奥对于没侧向屈位移道限制方得较萄为严白格等绝等”2）对丝式复杂偷体型拥的高晋层建犹筑中叹，如此何计虑算高袄宽比比，广虾东给初出了拍一个芬通用厉计算兵方法示。北姨京给涌出四由个具然体示讽例，歇但《高规》和上拍海《筒体岸规程》建议侄按按杀所考吗虑方抛向的跑最小富投影持宽度托计算往高宽深比，悦似有摔偏严需。尤国其上殿海《筒体万规程》对高呆宽比短超限笼要按B级控肯制，贤所以光对高鹿宽比甘的计预算更翠是对灾整体到造价蜻带来时影响仁，值梨得商铺榷。3）对很带有纤裙房甩的高静层建糠筑，传当裙根房的渔面积远和刚率度相讽对于收其上固部塔者楼的诸面积故和刚刘度较观大时吗，计奇算高程宽比滩的房口屋高烤度和枣宽度篮可按汉裙房输以上染部分独考虑崖。蜻”建筑团物在菠施工杏阶段孩与使旱用阶咐段地手基变撒形关位系1、一月般