高層鋼筋混凝土結構建筑的結構設計常見問題淺析

羅瑜

摘 要 本文論述了建筑最大適用高度、抗震等級、上部結構的嵌固端、延性剪力墻的設計原則、連梁的跨高比等在高層鋼筋混凝土結構建筑結構設計時應注意的事項，可供廣大結構設計人員參考。

關鍵詞 高層建筑;結構設計;剪力墻

前言

在當今的城市里，高層建筑已成為了很常見的建筑類型，其中又以鋼筋混凝土結構形式的建筑最為普遍。本文試圖總結在高層鋼筋混凝土結構建筑的結構設計中常見的問題及應注意的事項，以供廣大設計人員參考。

1建筑最大適用高度

應根據《高層建筑混凝土結構技術規程》[1]（以下簡稱《高規》）的表3.3.1-1和表3.3.1-2來明確建筑的最大適用高度。查表前，可先根據結構底層剪力墻的傾覆力矩和底部總傾覆力矩之比來判定結構體系[2]。方法如下：比值為0～0.2時，為少量剪力墻的框架結構;比值為0.2～0.9時，為框架-剪力墻結構。其中，0.2～0.5時為強框架，0.5～0.9時為弱框架;0.9～1.0時為少量框架的剪力墻結構。應注意以下幾點：

（1）避免傾覆力矩比在0.2或0.9左右，以免在設計調整時結構體系改變。

（2）對少量剪力墻的框架結構，按框架結構分析，在多遇地震作用下，如果超出《高規》表3.7.3的要求，最大適用高度應查表在純框架結構基礎上降低;如滿足該限值要求，則最大適用高度可按純框架結構查表判定。

（3）對弱框架，直接查表，按框架-剪力墻結構判定。

（4）對強框架，應查表在框架結構的基礎上增加，可按框架承受的傾覆力矩比，查表插值確定。

（5）少量框架的剪力墻結構，從安全角度考慮，可按框架-剪力墻結構查表判定。

2抗震等級

（1）抗震等級，主要根據抗震設防類別、場地、結構形式、建筑高度等因素，按《高規》的第3.9條予以確定。應注意以下幾點：

（1）判定抗震等級以明確抗震措施或抗震構造措施時，應注意對兩種措施進行區別。

（2）應注意《高規》第8.1.3條，當框架受到的底部傾覆力矩足夠大時，抗震等級參照框架結構予以判別。

（3）應注意嵌固端對抗震等級的影響，《高規》第3.9.5條對此做出了詳細規定。當嵌固端下移，比如嵌固端在地下二層頂板，在抗震等級上，地下一層應和其上部采用同一等級，地下二層宜和地下一層采用同一等級，地下二層以下的則可逐漸降低。

（4）裙房的抗震等級比較特殊，除了按其自身的結構形式查表之外，如其和主樓連在一起，其相關范圍的抗震等級要高于或等于主樓。需注意以下3點：

①規范并未明確當主樓的結構形式為框架-剪力墻時，裙房的相關范圍的抗震等級是不低于框架的抗震等級還是剪力墻的抗震等級，抑或是兩者的較高值。建議按框架及剪力墻的抗震等級考慮，即相關范圍內裙房剪力墻≥主樓剪力墻，裙房框架≥主樓框架。②主樓為剪力墻，裙房為框架時，在抗震等級上，相關范圍的裙房框架≥主樓剪力墻。③主樓為剪力墻，裙房為框架時，主樓的抗震等級（裙房以上的），應按剪力墻結構判定。裙房高度內的主樓部分，可根據裙房的面積來判定：

a.如裙房面積較小（主樓周邊小于3跨或20米），采用包絡設計。情況一，調整主樓重力荷載代表值，使其承受全部地震作用，或將裙房柱設為鉸接柱;情況二，按框架-剪力墻計算。按上述兩次計算結果包絡設計。判定抗震等級時，裙房參照框架結構判定，主樓參照剪力墻結構判定。b.如裙房面積較大（主樓周邊不小于3跨或20米），判定抗震等級時，裙房框架參照框架-剪力墻結構判定，主樓參照框架-剪力墻結構判定。

3上部結構的嵌固端

《建筑抗震設計規范》（2016年版）[3]第6.1.14條，對上部結構的嵌固端方面做了具體規定。應注意以下幾點：

（1）因《抗規》對配筋率做了要求，故頂板厚度不應過大，以免配筋過大。

（2）考慮嵌固端的具體位置的時候，不考慮土體的約束對地下結構剛度的貢獻。但其實土體對結構的約束影響是非常明顯的，可達到地下室自身剛度的3倍至5倍。所以應認識到，地下室頂板的嵌固是不可避免的，在設計中應予以充分重視。

（3）從成本方面考慮，為減小加強范圍，嵌固端設置在地下室頂板是最為經濟、合理的。

4延性剪力墻的設計原則

延性剪力墻設計時應符合以下幾點[4]：

（1）強墻肢弱連梁。應通過降低連梁剛度及其彎矩，使其在墻肢之前屈服，以免墻肢先行屈服以致某一層集中塑性變形，從而發生倒塌。

（2）強剪弱彎。同框架結構類似，應通過提高剪力墻底部加強部位的剪力、提高連梁梁端剪力等方式，實現該目標。

（3）重視軸壓比，并設置邊緣構件。對軸壓比較大的剪力墻，應加設約束邊緣構件。

（4）設置底部加強部位。要使結構的延性在塑性鉸產生之后依然夠強，應對該區域進行抗震加強，稱之為“底部加強部位”。

5應注意連梁的跨高比

以跨高比等于5為分界線，對梁分別按連梁和框架梁進行設計，《高規》第7.1.3條有專門規定。應注意以下幾點[5]：

（1）對于一端同剪力墻連接，另一端同框架柱相連的梁，如果跨高比<5，同時豎向荷載對梁的影響有限，也可按連梁設計。

（2）對于弱連梁（跨高比≥5），抗震等級依然參照剪力墻的等級判定。在繪制框架-剪力墻施工圖時，應特別注意弱連梁不可標注為“KL”，以免產生抗震等級、混凝土強度的歧義。

（3）《高規》未明確定義跨高比的跨度取值方式，設計時可從安全角度考慮，按凈跨取值。

6結束語

本文總結了在高層鋼筋混凝土結構建筑的結構設計中常見的若干問題及其分析方法，并歸納了應注意的事項。廣大結構設計人員在設計或審圖過程中，可以以此作為參考，以提高結構設計的質量、保證結構的安全。

參考文獻

[1] JGJ3-2010.高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2] 朱炳寅.建筑結構設計問答及分析（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2013：22-23.

[3] GB50011-2010.建筑抗震設計規范（2016年版）[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[4] 錢稼茹，趙作周，葉列平.高層建筑結構設計（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2012：199.

[5] 朱炳寅.高層建筑混凝土結構技術規程應用與分析JGJ3-2010[M].

北京：中國建筑工業出版社，2013：39.