高层若干问题讨论.doc

高层若干问题讨论-兼谈京沪粤三地对高规的理解高规自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(JGJ 32002)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7.1.2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7.1.2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7.1.2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5.5.5条规定：当墙肢截面高度与厚度之比虽为58，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3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4.2.2.-1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3.2.4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4.2.2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3.2.3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7.1.2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、 地震作用计算 根据高规3.3.2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2.3.2规定 结构的前三个振型中，当某一振型的扭转方向因子在 0.350.65之间，且扭转不规则程度为类时，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10.4.4和10.4.5条的要求。 2、北京技术细则5.9.2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3.4.2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、高规4.6.3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5.5.1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e 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3.5.1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ui/ui0.5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ui/ui0.5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）高规：结构平面不规则见高规4.3.3条、4.3.6条，竖向不规则见4.4.2条、4.4.3条、4.4.4条、4.4.5条，对应抗震规范GB50011-2001为3.4.2条及其条文解释。平面凹凸不规则见附 图（1）六、 不规则的分类和不规则程度的认定（2）北京技术细则5.9.2条在高规的基础上增加了几种凹凸不规则平面类型，见附图（2），不规则限值同高规表4.3.3 七、 不规则的分类和不规则程度的认定（3）3、上海市建筑抗震设计规程基本同抗震规范，但是有两点不同 1）对于平面外凸部分，采用双控指标判断是否不规则，即应同时用外凸长度和外凸部分宽度两个条件来控制，两个条件同时满足时才属于凸角不规则。见附图（2） 2）不规则平面凹口的深度计算应计算到有竖向抗侧力构件的部位，对于有连续内凹的情况，则应累计计算凹口深度。见附图（2） 八、 不规则的分类和不规则程度的认定（4） 4、广东高规补3.3节明确高层建筑体型“特别不规则”、“严重不规则”的判别条件，其不规则分类与高规的不同点主要是下面几点。 1）扭转不规则的程度根据最大层间位移角及扭转位移比分为两类，扭转位移比计算时采用刚性楼板假定，并考虑地震偶然偏心作用的影响：计算最大层间位移角时可不考虑地震偶然偏心作用的影响，具体见下表1、2。 2）用相邻层层间位移角比作为高层建筑侧向刚度规则与否的判别指标。 3）竖向抗侧力构件(柱、剪力墙、抗震支撑)不连续的类型分为： 类：柱不连续 类：墙、支撑不连续 4）广东高规补3.3.2条及3.3.3条明确高层建筑体型“特别不规则”、“严重不规则”的判别条件，见下表九、不规则的分类和不规则程度的认定（5）5、综述1）对于高规4.3.5条扭转位移比的控制，考虑到只是一个宏观指标，并不是强规，北京、上海、广东都根据当地设计经验和工程实践有条件地略为放松扭转位移比限值。 a.抗震解答2.20条中黄小坤认为：当层间位移角不大于位移角限值的1/3，扭转位移比的控制可略有放宽，但是具体可以放宽到多少没有明确。 b. 北京技术细则5.2.4条认为“剪力墙结构的最大层间位移角为1/2000时，可放松约10%，当绝对值更小时，还可继续放松，但宜以放松20%为限。” c.上海建筑抗震设计规程3.4.3条的条文解释认为：对于带有较大裙房的高层建筑，当裙房高度不大于建筑总高度的20%、裙房楼层的最大层间位移角不大于1/3000时，位移比限值可以适当放松。但是具体可以放宽到多少没有明确。 2）广东高规补对不规则分类详细，设计人员和审图人员有明确的尺度可以掌握，便于操作和使用。 3）对于凹凸不规则的判定，上海规程更加合理和明确。1、对于错层结构，应属整体结构体系问题，个人认为是针对整体来说，如整楼或较多楼层，如北京技术细则所示图例见下图，除措施加强外，适用高度应降低。 2、对于某层楼板错层，个人认为主要属局部楼板不连续，对错层部位的构件加强即可。十、 向刚度计算方法 1、对于一般结构，抗震规范3.4.2、3.4.3条文说明及高规4 .4.2条文说明：楼层的侧向刚度可取该楼层剪力和该楼层层间位移的比值 2、北京技术细则P89、P106对于一般结构的侧向刚度计算均采用的是楼层剪力与该楼层层间移的比值，即抗震规范、高规建议的方法 3、上海建筑抗震设计规程6.1.19条在对地下室嵌固刚度的论述中，规定“当进行初步设计时，侧向刚度比可用剪切刚度比估计，并作为计算刚度比的控制指标” 上海超限指南对侧向刚度比的控制，也是采用等效剪切刚度。 4、广东高规补3.3.1用相邻层层间位移角比作为判定侧向刚度比的依据 5、综述 1）高规、抗规及北京对侧向刚度比计算推荐采用楼层剪力和楼层层间位移的比值方法对于不同的结构（框架、框剪（支撑）、剪力墙）是否完全适用值得商榷。 2）上海规程建议按剪切刚度判断用于初设的估算比较方便，但是由于剪切刚度计算没有考虑梁刚度及墙开洞影响，是偏于安全的，相比高规的计算方法有时截面会取得偏大，才能符合刚度比要求。例如某剪力墙结构，抗震等级三级，一层4.8米，墙厚按1/20取，为250mm；二层以上2.9m，墙厚为200mm。若按剪切刚度计算=A0*h1/A1*h0=250*2900/200*4800=0.7550.8,不满足，一层墙厚要做300mm。个人认为上海规程和上海超限指南明确采用剪切刚度在地下室嵌固刚度和超限高层计算中还是有一定道理： a上海抗震规程规定桩筏基础的一层地下室大于相邻上层侧向刚度的1.5倍及以上，且地下室顶板厚不小于180mm，则地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位，这点比国家抗震规范两层地下室、不小于2倍刚度还是偏松的 b超限高层多为复杂结构，对超限高层分析更应注重概念分析，对竖向不规则判定采用剪切刚度的实用计算方法从严控制还是无可厚非的，想必这也是专家的意见。 3）广东高规补以层间位移角比来衡量结构侧向刚度的变化对于剪弯或弯曲型变形为主的结构（如框剪）是否合适，值得商榷，这点可从广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则的解释说明看出，其推导依据以剪切变形为主的结构。 十一、 高宽比计算和控制 1、高规第4.2.3条及条文说明 2、北京技术细则5.2.1条对下列四种建筑平面的高宽比计算给出说明： 1）对于L、形建筑，如平面上伸出长度a与其宽度之比不超过3，则不应以b计算其高宽比 2）对于口形建筑，如a/b不大于6，则不应以b计算高宽比 3）对于弧形建筑物，不应以b计算高宽比（不以b计算，那以什么计算？以弧顶到弧的最底角点？） 3、上海抗震规程及上海超限指南未做进一步规定，但是上海市钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程3.1.2条注2：当结构高宽比超过表中A级限值但为超过B级限值时，应按B级筒体结构的规定设计.4、广东高规补3.2.2 高层建筑的高宽比为地面以上高度H(不计突出屋面的机房、水池、塔架等)与建筑平面宽度B之比。当建筑平面非矩形时，可取平面的等效宽度B=35r，r为建筑平面(不计外挑部分)最小回转半径。 5、综述 1）高宽比限值是对结构整体稳定、整体刚度、承载能力和造价的宏观控制，它同“最大适用高度”一样，只是个“适用高宽比”，并不是强制的，正如北京技术细则P61页所述：“当高宽比超过规定值时，规程中的内容，不一定完全适用，须由设计人采取一定的加强措施，以保安全。所采取措施，可以是对于侧向位移限制得较为严格等等” 2）对复杂体型的高层建筑中，如何计算高宽比，广东给出了一个通用计算方法。北京给出四个具体示例，但高规和上海筒体规程建议按按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，似有偏严。尤其上海筒体规程对高宽比超限要按B级控制，所以对高宽比的计算更是对整体造价带来影响，值得商榷。 3）对带