(完整版)高层建筑混凝土结构技术规程

(完整版)高层建筑混凝土结构技术规程1.总则与基本设计规定高层建筑混凝土结构技术规程是指导我国高层建筑结构设计的重要技术标准，其核心宗旨在于保障高层建筑的安全可靠、技术先进、经济合理及便于施工。高层建筑的定义通常指10层及10层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。在进行结构设计时，必须遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的延性设计理念，确保结构在罕遇地震作用下具有足够的变形能力和耗能能力，防止发生脆性破坏。结构设计应依据建筑物的用途、功能、环境条件及业主需求，选择合理的结构体系。在设计中，必须充分考虑高层建筑的特点，如侧向力在总荷载中占主导地位、结构刚度对变形和内力的影响显著、P-Delta效应不可忽视等。设计应包含两个阶段：承载力计算和变形验算。对于抗震设防区，还需进行多遇地震作用下的弹性变形验算和罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。高层建筑混凝土结构的安全等级应根据结构破坏可能产生的后果严重性划分，一般为一级或二级。结构设计使用年限通常为50年或100年，需在设计中注明。抗震设防烈度必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定，一般情况下可采用抗震设防烈度作为设计地震烈度。对于甲类建筑，应按批准的地震安全性评价结果且高于本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施；对于乙类建筑，应按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。2.结构体系和结构布置高层建筑的结构体系主要包括框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构以及筒体结构（框架-核心筒、筒中筒）。结构体系的选型应综合考虑建筑的用途、高度、高宽比、场地的抗震设防烈度、施工条件等因素。不同的结构体系具有不同的适用高度，如下表所示，严禁超限使用。结构体系非抗震设计6度抗震设防7度抗震设防8度抗震设防9度抗震设防框架结构7060554525框架-剪力墙结构15013012010050剪力墙结构15014012010060部分框支剪力墙结应采用框架-核心筒结构160.015013010070筒中筒结构20018015012080结构平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心，刚度和承载力分布均匀。结构的平面长宽比不宜过大，以避免由于两端地震波输入相位差而产生较大的扭转效应。对于L形、T形、槽形等平面形状，凸出部分长度宜控制在规范允许范围内，并加强连接部位的构造措施。当平面形状不规则时，应计算扭转的影响，且扭转位移比不应超过1.2（A级高度高层建筑）或1.3（B级高度高层）。结构竖向布置宜规则、均匀，避免过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。当结构上部楼层收进导致体型突变时，收进后的楼层尺寸不宜小于下部楼层尺寸的75%。楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。除顶层外，局部收进的水平尺寸不宜大于总尺寸的25%。楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍。高层建筑的高宽比是控制结构整体稳定性和抗倾覆能力的重要指标。在非抗震设计和6度、7度、8度抗震设防时，框架结构的高宽比分别不宜超过5、4、3；剪力墙结构分别不宜超过6、5、4；框架-剪力墙、板柱-剪力墙及筒体结构分别不宜超过7、6、5。3.荷载与地震作用高层建筑结构设计应考虑重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用及偶然荷载。对于高层建筑，风荷载和地震作用是主要的水平荷载，往往起控制作用。风荷载的计算应依据现行国家标准《建筑结构荷载规范》执行。对于高度大于60m的高层建筑，承载力计算时风荷载取值可按基本风压的1.1倍采用；对于正常使用极限状态验算（如变形验算），仍可采用基本风压。对于特别重要或对风荷载敏感的高层建筑，应进行风洞试验，以确定建筑表面的风压分布及风振系数。在计算风荷载对高层建筑的效应时，应考虑横风向风振的影响，特别是在建筑平面形状不规则或高宽比较大时，必须验算横风向风振效应，必要时采取措施减小涡激共振风险。地震作用的计算应符合“三水准设防、两阶段设计”的原则。第一阶段设计为多遇地震（小震）作用下的弹性分析，验算构件承载力和结构弹性变形；第二阶段设计为罕遇地震（大震）作用下的弹塑性变形验算。对于高层建筑，应采用振型分解反应谱法计算地震作用，且振型数应足够多，以有效捕捉高阶振型的影响，一般情况下振型数不应少于9个，当建筑较高或结构刚度沿竖向突变时，振型数应适当增加。对于质量和刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。对于高层建筑，无论是否规则，都应考虑偶然偏心的影响，偶然偏心可取为垂直于地震作用方向的建筑物长度的5%。在9度抗震设防区，应计算竖向地震作用；对于高层建筑中的大跨度结构、悬挑结构、转换层结构，即使在8度设防区，也应考虑竖向地震作用。在结构分析中，重力二阶效应（P-Delta效应）不容忽视。当结构在水平力作用下的侧移较大，且重力荷载产生的附加弯矩超过初始弯矩的10%时，应计入重力二阶效应的不利影响，或通过调整结构刚度（如增大柱、墙截面）来控制侧移，从而忽略二阶效应。对于框架结构，层间位移角限值较严，通常需要通过增加梁柱刚度来满足。4.结构计算与分析高层建筑结构的内力和位移计算，一般情况下可采用线弹性分析方法。对于复杂的结构体系，如带转换层的结构、连体结构等，在必要时可采用弹塑性分析方法进行补充计算。楼板在结构计算中的假定至关重要。在整体内力与位移计算中，通常假定楼板在其自身平面内为无限刚性。当楼板开有较大洞口、楼板平面形状狭长或有较大的凹入、缺口时，应考虑楼板平面内变形的影响，计算中应采用弹性楼板假定，或对刚性假定计算结果进行适当调整。在配筋计算中，楼板必须按弹性板或假定支承条件进行详细计算。连梁是剪力墙结构中的关键耗能构件。在计算中，当连梁跨高比小于5时，应按连梁计算；当跨高比大于5时，宜按框架梁计算。在内力计算中，为了实现“强墙弱梁”，允许对连梁刚度进行折减，折减系数不宜小于0.5，以降低连梁的剪力设计值，避免连梁过早剪坏。但在计算位移时，连梁刚度通常不折减，以保证计算的位移真实反映结构刚度。框架-剪力墙结构中，剪力墙是主要抗侧力构件，承担大部分水平剪力。为了保证框架作为第二道防线的安全储备，必须对框架承担的剪力进行调整。对于Vf<0.2V0的楼层，设计时框架剪力取值不应小于1.5Vf,max和0.2V0两者中的较小值。其中，V0为结构底部总剪力，Vf,max为各层框架承担剪力的最大值。结构分析软件的选用应经过国家权威机构的鉴定。计算模型应符合结构的实际受力状态。输入数据应准确无误，特别是边界条件、荷载分布、材料强度等参数。计算结果应进行合理性判断，如周期、位移、剪重比等指标应在经验范围内。对于底部总剪力偏小的情况，必须调整地震剪力系数，使结构具备足够的抗震能力，满足最小剪重比要求。5.框架结构设计框架结构是由梁和柱为主要构件组成的结构体系，其优点是建筑平面布置灵活，缺点是侧向刚度较小，地震作用下变形较大，非结构构件容易损坏。框架结构主要用于非抗震区或低烈度区的多层及中高层建筑。框架柱的设计应严格控制轴压比。轴压比是影响柱延性的重要参数，轴压比越大，柱的延性越差。规范根据抗震等级和结构类型，规定了柱轴压比的限值。例如，对于一级抗震等级的框架柱，轴压比限值一般为0.65；二级为0.75；三级为0.85。当采取配置井字复合箍、螺旋箍或增加芯柱等加强措施时，轴压比限值可适当放宽。框架梁的设计应满足“强剪弱弯”的要求。在梁端箍筋加密区，应根据抗震等级配置足够的箍筋，以确保梁端在出现塑性铰之前不发生剪切破坏。梁端截面的混凝土受压区高度应严格控制，一级抗震不应大于0.25h0，二、三级不应大于0.35h0，以保证梁端具有足够的转动能力。框架节点核心区是连接梁柱的关键部位，受力复杂。节点核心区应进行抗剪承载力验算，并配置足够的水平箍筋。对于9度抗震设防的一级框架，节点核心区剪力设计值应按实际配筋计算，以确保节点具有高于梁端的承载力。节点核心区的箍筋最大间距、最小直径及体积配箍率应符合规范要求，以保证节点的整体性和传力可靠性。框架柱的截面尺寸不宜过小，矩形截面柱的边长，非抗震设计不宜小于250mm，抗震设计不宜小于300mm；圆柱直径不宜小于350mm。柱净高与截面长边之比宜大于4，防止形成短柱。若形成短柱（Hn/h<4），应采取全高加密箍筋等构造措施，提高短柱的抗剪能力和延性。6.剪力墙结构设计剪力墙结构是利用建筑物的墙体作为竖向承重和抗侧力构件的结构体系，具有侧向刚度大、空间整体性好、抗震性能优越等优点，适用于较高的高层建筑。剪力墙应根据墙肢高厚比分为一般剪力墙、短肢剪力墙和独立小墙肢。对于墙肢截面高度与厚度之比在5~8之间的墙肢，称为短肢剪力墙。短肢剪力墙在地震作用下延性较差，应采取加强措施，如提高轴压比限值、严格控制配筋率等。当墙肢截面高度与厚度之比小于3时，宜按柱进行设计。剪力墙的轴压比限值是保证墙体延性的关键指标。重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比，一级抗震时不应超过0.4（一字墙为0.3），二级不应超过0.5（一字墙为0.4），三级不应超过0.6（一字墙为0.5）。当轴压比超过限值时，墙体在地震作用下容易发生压溃破坏，应增加墙体厚度或提高混凝土强度等级。剪力墙的约束边缘构件和构造边缘构件的设置范围是保证墙体弹塑性变形能力的重要构造措施。在底部加强部位及相邻上一层，当墙肢底截面在重力荷载代表值作用下的轴压比较大（如一级大于0.2，二级大于0.3等）时，必须设置约束边缘构件。约束边缘构件通过配置箍筋或端柱，极大地提高了墙体的极限承载力和延性。其他部位可设置构造边缘构件。剪力墙的分布钢筋应满足最小配筋率要求。竖向和水平分布钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于300mm。对于抗震设防区的剪力墙，分布钢筋配筋率不应小于0.25%（一、二、三级）或0.20%（四级）。部分框支剪力墙结构的落地剪力墙底部加强部位，分布钢筋配筋率不应小于0.3%。墙体分布钢筋不仅承担水平剪力，还能限制斜裂缝的开展，防止墙体发生脆性剪切破坏。连梁的设计是剪力墙设计的难点。跨高比小的连梁在地震作用下往往产生很大的剪力，容易发生剪切破坏。设计时，可采取减小连梁刚度（如开缝）、配置交叉斜筋或对角暗撑等措施来提高连梁的抗剪承载力。当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震下允许连梁屈服甚至失效，作为结构的“保险丝”，但应保证连梁失效后墙肢仍能承受竖向荷载。7.框架-剪力墙结构设计框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙共同组成的结构体系，利用剪力墙提供主要抗侧刚度，利用框架提供大空间，兼具框架结构和剪力墙结构的优点，是目前高层建筑中应用最广泛的结构体系之一。框架-剪力墙结构的刚度特征值λ是衡量框架刚度与剪力墙刚度相对大小的重要参数，λ=H。当λ较小时，结构变形呈弯曲型，剪力墙起主导作用；当λ较大时，结构变形呈剪切型，框架起主导作用。合理设计剪力墙的布置应遵循“均匀、分散、对称、周边”的原则。剪力墙宜沿建筑物的两个主轴方向或其他方向布置，宜贯通全高，且墙厚宜沿高度逐渐减薄，避免刚度突变。单片剪力墙的底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的30%，以保证剪力墙失效后框架仍有足够的承载力。剪力墙宜设置在楼梯间、电梯间及平面形状变化处，以加强薄弱部位。在框架-剪力墙结构中，剪力墙是第一道防线，框架是第二道防线。在地震作用下，剪力墙刚度大，首先承担大部分剪力。随着地震作用，剪力墙可能开裂或屈服，刚度退化，此时框架承担的剪力比例会增加。因此，设计时必须对框架承担的剪力进行调整，以确保框架在任何情况下都具有足够的抗侧能力。框架-剪力墙结构的楼盖是保证框架与剪力墙协同工作的重要构件。楼盖必须有足够的面内刚度和整体性，能够有效地将水平力传递给剪力墙。对于装配式楼盖，应设置现浇层，并保证楼板与剪力墙的可靠连接。在计算中，对于大孔洞、狭长平面的楼盖，应考虑楼板变形对内力分配的影响。8.筒体结构设计筒体结构主要包括框架-核心筒结构和筒中筒结构。筒体结构具有极大的抗侧刚度和承载能力，适用于超高层建筑。框架-核心筒结构是由周边框架与内部核心筒组成的结构体系。核心筒是主要的抗侧力构件，承担绝大部分水平剪力和倾覆力矩。框架主要承担竖向荷载，并承担少量的水平剪力。为了提高框架-核心筒结构的抗侧刚度和抗震性能，通常会在核心筒与周边框架之间设置伸臂桁架或环带桁架。伸臂桁架利用核心筒的刚臂作用，使周边框架柱产生轴向拉压力，形成巨大的反弯矩，从而显著减小结构的侧移。设置伸臂桁架宜兼顾建筑功能要求，通常设置在设备层或避难层。筒中筒结构是由外框筒和内核心筒组成的结构体系。外框筒通常由密柱深梁组成，具有很大的抗剪和抗弯刚度。在水平力作用下，外框筒的翼缘框架柱通过腹板框架梁的剪切变形参与整体抗弯，表现出明显的空间受力特性，即“剪力滞后”效应。设计时应采取措施减小剪力滞后效应，如增加角柱截面、加大裙梁刚度等，以提高外框筒的整体抗弯效率。核心筒是筒体结构的核心，其墙体布置应规则、对称。核心筒的宽度不宜小于筒体总高度的1/12。对于框架-核心筒结构，当核心筒的高宽比过大时，宜在核心筒内部设置内柱或内墙，以增强核心筒的稳定性。核心筒的连梁、墙体配筋及边缘构件设置应满足剪力墙结构的相应要求，且应适当提高，因为核心筒承担了绝大部分地震作用。筒体结构的角部是应力集中的部位，应予以加强。角柱（或角墙）的承载力宜适当提高，节点区钢筋应锚固可靠。对于筒体结构的转换层，如厚板转换或桁架转换，应进行详细的应力分析，并采取加强构造措施，防止应力集中导致的开裂和破坏。9.复杂高层建筑结构设计复杂高层建筑结构包括带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构以及多塔楼结构等。这些结构由于体型复杂、传力途径不直接，在地震作用下容易产生应力集中和扭转效应，设计时应进行专门的分析和论证。带转换层结构主要应用于底部大空间、上部小空间的建筑。转换层上下结构的侧向刚度比应严格控制，防止刚度突变。对于转换梁、转换柱，应将其抗震等级提高一级，并严格控制轴压比和配筋率。转换梁截面尺寸很大，受力复杂，应按深梁或拉弯构件进行设计，并配置足够的腰筋。框支柱应采用高强混凝土，并沿全高加密箍筋。带加强层结构通过设置伸臂桁架或环带桁架来减小结构侧移。加强层的设置会使结构刚度突变，导致内力剧增。因此，在计算时应考虑加强层上、下楼层的刚度变化，并对加强层及其相邻楼层的构件进行适当加强。加强层的桁架应与核心筒及外框架柱刚接，形成整体受力体系。错层结构由于楼板不连续，导致竖向抗侧力构件受力复杂，易形成短柱。错层两侧的楼板应分别进行设计，并加强连接。错层处的框架柱抗震等级应提高一级，箍筋应全高加密。错层结构应尽量避免，若必须采用，应控制错层高度，并采取特殊的抗震措施。连体结构将两座或多座塔楼通过连接体连接在一起。连接体是连体结构的关键部位，在地震作用下会承受巨大的拉压力和剪切力。连接体宜采用刚性连接，并保证与塔楼的可靠连接。连接体及连接体相邻的结构构件应进行详细的地震作用分析，包括竖向地震作用。连接体楼板应加厚，并配置双层