高層住宅的一些結(jié)構(gòu)概念難題

1、原文地址：高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題作者：朱來(lái)新 前面的話近幾年來(lái)，隨著我司業(yè)務(wù)量的增加，為滿足不同客戶的需求和市場(chǎng) 的需要，我司的高層建筑設(shè)計(jì)方案陸續(xù)呈現(xiàn)出建筑形體、功能多樣化的特點(diǎn)，主 要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：建筑的高寬比很大（達(dá)到12）底層層高很高（達(dá)到9米），二層及以上各層層高均較小。（3.0米左 右）樓板不連續(xù)。（隔層挑空或隔兩層挑空）縱橫兩個(gè)方向剛度差異較大單棟建筑的長(zhǎng)度超長(zhǎng)（達(dá)94米）呈T字型或Y字型不規(guī)則平面且連接處（腰部）樓板有效寬度很小。樓層局部托柱轉(zhuǎn)換頂層樓中樓剪力墻部分取消躍層樓板開洞率較大局部地下室出露地面地下室頂板開大洞地下室頂板存在較大高差局部樓層挑空無(wú)樓板，剪

2、力墻的計(jì)算高度即穩(wěn)定性問題。地下室周邊道路高差較大，地下室抗浮計(jì)算時(shí)抗浮水位的取值。局部外陽(yáng)臺(tái)、露臺(tái)隔三層布置，柱高度大，達(dá)9.0米剪力墻平面外搭梁所以有必要針對(duì)這些問題提出一些我司內(nèi)部的處理措施和概念性的意見，供 設(shè)計(jì)人員參考?？倓t提出以下原則：1、倡導(dǎo)建筑形體多樣化和結(jié)構(gòu)受力合理性統(tǒng)一的原則。2、倡導(dǎo)結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計(jì)和計(jì)算分析并重的原則。3、倡導(dǎo)對(duì)特殊構(gòu)件、重要構(gòu)件采取針對(duì)性加強(qiáng)措施的原則。4、倡導(dǎo)對(duì)電算模型與實(shí)際受力模型不符的構(gòu)件，采取手工計(jì)算復(fù)核的原則。5、在結(jié)構(gòu)安全與建筑美觀、建筑功能出現(xiàn)矛盾時(shí)，倡導(dǎo)以結(jié)構(gòu)為主、以結(jié) 構(gòu)安全為重的原則。1、 建筑的高寬比很大（達(dá)到12）：混凝土高規(guī)

3、對(duì)高層建筑的高寬比提 出一個(gè)“不宜”超過的限值，應(yīng)當(dāng)注意到，該限值是一個(gè)綜合限值，是基于結(jié)構(gòu) 剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)性要求的一個(gè)宏觀要求。也就是說(shuō)，在某些條 件下可以突破。一般來(lái)說(shuō)，在“剛重比”滿足要求的條件下，如果其它“層間位 移”、“剪重比”等整體指標(biāo)滿足高規(guī)要求的條件下，“高寬比”不再作為必須 滿足的指標(biāo)。但是應(yīng)當(dāng)注意到，由于高寬比較大，必然可能造成結(jié)構(gòu)在其橫向增 加較多的抗側(cè)力構(gòu)件（剪力墻或支撐），必然可能造成結(jié)構(gòu)在兩個(gè)方向的抗側(cè)力 剛度不協(xié)調(diào)，必然可能造成結(jié)構(gòu)造價(jià)增加，必然要求較大的基礎(chǔ)剛度和整體性， 需要引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的足夠注意。對(duì)于高烈度區(qū)（八度）和風(fēng)荷載較大（大于 0

4、.7）的較高的高層建筑，更應(yīng)有可靠的應(yīng)對(duì)措施，避免二階效應(yīng)的不利影響， 保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。2、底層層高很高（達(dá)到9米），二層及以上各層層高均較小（3.0米左右）： 該種情況多出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)底層層高較大而二層及以上層高較小的住宅樓或商住樓， 其直接的后果就是在底層出現(xiàn)“軟弱層”，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利，應(yīng)予避免。一般采 取的措施就是加大底層結(jié)構(gòu)的剛度，使得剛度比滿足規(guī)范“底層剛度不小于上部 一層剛度70%”的要求。應(yīng)當(dāng)注意到，該剛度比的控制是基于抗震概念設(shè)計(jì)中“保證結(jié)構(gòu)豎向剛度變化和順”對(duì)剛度的基本要求，應(yīng)予盡可能的遵守，一般情 況下可以辦到。當(dāng)?shù)讓佑?jì)算高度是上部一層計(jì)算高度的2倍以上時(shí)，通過增加底 層抗

5、側(cè)力構(gòu)件的剛度來(lái)調(diào)整層間剛度比變得非常困難，建議建筑方案調(diào)整。特別 是有些項(xiàng)目如“當(dāng)代天境”底層計(jì)算高度為9米，二層計(jì)算層高只有3米，調(diào) 整難度很大。這種情況下，如果非做不可，可以考慮一個(gè)綜合的措施：加大底 層抗側(cè)力構(gòu)件的尺寸（長(zhǎng)度和厚度）加大二層樓板的剛度，包括加大較軟弱方 向框架梁的剛度，加厚樓板厚度，適當(dāng)設(shè)置一定體量、一定剛度的裙房。在適 當(dāng)位置另外加設(shè)抗側(cè)力構(gòu)件。適當(dāng)加大二層的層高。對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅來(lái)說(shuō)，由于填充墻多，結(jié)構(gòu)自重較大，地震響應(yīng)必然 很大，底部軟弱層的震害后果嚴(yán)重。對(duì)于60米以上的高層建筑，底層剛度比的 控制必須引起足夠的重視，應(yīng)考慮采取措施避免出現(xiàn)“軟弱層”。若出現(xiàn)底

6、層計(jì) 算高度大于二層高度較多時(shí)（2倍以上），應(yīng)建議建筑方案予以調(diào)整。3、底層局部設(shè)置夾層。如當(dāng)代天境，七星公館等項(xiàng)目，在結(jié)構(gòu)底層設(shè)置夾 層，6.0+3.1，僅夾層位置設(shè)梁，夾層梁不整層拉通。由此造成的問題就是底層 豎向構(gòu)件的計(jì)算高度差別很大、夾層標(biāo)高處僅局部有樓板，不連續(xù)、夾層位置集 中偏置在一側(cè)。在風(fēng)和地震荷載作用下，顯然底層是薄弱部位，這種情況從概念 設(shè)計(jì)的角度應(yīng)予避免，建議建筑調(diào)整方案。如果非這樣做不可，應(yīng)采取以下加強(qiáng) 措施和補(bǔ)充計(jì)算：把夾層去掉進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)充計(jì)算，控制底層剛度比，底層構(gòu)件 按兩個(gè)模型包絡(luò)設(shè)計(jì)。二層樓板厚度可考慮不小于150mm，雙層雙向配筋，配 筋率不小于0.30%。底層

7、抗側(cè)力構(gòu)件及柱和剪力墻的配筋應(yīng)適當(dāng)加大，應(yīng)特別 注意剪力墻作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，墻身和約束邊緣構(gòu)件的配筋應(yīng)加強(qiáng)，如有必 要，可考慮對(duì)剪力墻進(jìn)行中震彈性的計(jì)算分析并按照中震彈性的分析結(jié)果設(shè)計(jì)， 也可考慮提高構(gòu)件的抗震等級(jí)應(yīng)注意夾層偏置可能造成的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，應(yīng)有專門 的應(yīng)對(duì)措施，加大另一側(cè)構(gòu)件的抗側(cè)剛度和強(qiáng)度。適當(dāng)極大未設(shè)置夾層的范圍 內(nèi)豎向構(gòu)件的斷面尺寸，確保其穩(wěn)定性滿足要求。4、縱橫兩個(gè)方向剛度差異較大：對(duì)于“一字型”的建筑平面，往往由于長(zhǎng) 寬比較大，造成兩個(gè)主軸方向的側(cè)向剛度差異較大。另外，對(duì)風(fēng)荷載較大的高層 建筑，由于橫向的風(fēng)荷載較大，為滿足位移角的要求，沿該方向增加了較多剪力 強(qiáng)，兩個(gè)主軸

8、方向的剛度大小差別較大。這種情況下，結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng) 力特性相差較大，動(dòng)荷載作用下，兩個(gè)主軸方向的基本振型的周期相差較大，扭 轉(zhuǎn)振型發(fā)展為主要振型，動(dòng)力響應(yīng)復(fù)雜。為此，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)控制兩個(gè)主軸方 向基本振型的周期比不小于0.8為宜。（另外，應(yīng)避免第二振型就出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振型。）5、單棟建筑的長(zhǎng)度超長(zhǎng)：比較典型的就是七星公館2#樓，剪力墻結(jié)構(gòu)，樓 面長(zhǎng)度達(dá)94米，是規(guī)范伸縮縫間距要求的2倍多。目前工程上超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)成功實(shí) 施的實(shí)例已很多，可考慮的措施有：屋面保溫隔熱層適當(dāng)加厚，保溫隔熱材料 要求性能好、質(zhì)量穩(wěn)定，便于施工。屋面板適當(dāng)加厚，設(shè)置溫度鋼筋；屋面周 面梁內(nèi)適當(dāng)設(shè)置加強(qiáng)鋼筋以抵抗溫度應(yīng)力在

9、梁內(nèi)產(chǎn)生的拉力。每層樓面沿長(zhǎng)度 方向通長(zhǎng)設(shè)置溫度鋼筋，在邊跨12跨范圍內(nèi)，沿短向也宜設(shè)置溫度鋼筋。每 層樓面邊梁應(yīng)考慮設(shè)置加強(qiáng)鋼筋，一般設(shè)置腰筋作為溫度筋。兩端山墻特別是 頂部?jī)蓪訅w分布鋼筋適當(dāng)提高配筋率?；炷敛捎醚a(bǔ)償收縮混凝土，各20 米設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶，解決施工期間的收縮應(yīng)力每層樓板特別是屋面板應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng) 護(hù)，必要時(shí)要求對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)采取專門的措施。6、呈T字型或Y字型不規(guī)則平面且連接處（腰部）樓板有效寬度很小：我 司設(shè)計(jì)的T字型或Y字型住宅平面，突出的問題就是連接處（腰部）樓板有效寬 度很小，有的100米高層住宅也只有6米（觀音山住宅），非常不規(guī)則。由于連 接部位樓板寬度削弱較多，水平傳

10、力不直接且應(yīng)力嚴(yán)重集中，動(dòng)力荷載作用下抗 側(cè)力構(gòu)件受力不均，協(xié)同變形的能力不足，造成T字型或Y字型的外端扭轉(zhuǎn)變形 較大出現(xiàn)開裂，連接板樓板拉裂、梁柱節(jié)點(diǎn)破壞等。對(duì)應(yīng)的措施就是：加大連 接部位處樓板的厚度和配筋，厚度不小于120mm，必要時(shí)可加厚至150mm以上； 單面配筋率不小于0.3%，必要時(shí)可考慮設(shè)置一些暗梁。加大連接處梁、柱等 構(gòu)件的配筋（配箍）率，全長(zhǎng)、全高加密箍筋。適當(dāng)對(duì)外端框架、剪力墻等構(gòu) 件采取加強(qiáng)措施。7、樓層局部梁上起柱：這里指我司設(shè)計(jì)的多層別墅以及頂層樓中樓經(jīng)常會(huì) 出現(xiàn)局部需要采用梁上起柱的托柱轉(zhuǎn)換問題。應(yīng)當(dāng)注意到，托柱轉(zhuǎn)換實(shí)際上屬于 豎向構(gòu)件的不連續(xù)問題，因此數(shù)量和范圍不

11、能大，而且應(yīng)分散、均勻、對(duì)稱。梁 上起柱處的樓板應(yīng)適當(dāng)加厚，起柱處根部?jī)蓚€(gè)方向均考慮布梁以保證一定剛度的 底部約束；托柱層數(shù)不多于二層為宜。注意不得由于梁上起柱產(chǎn)生軟弱層。8、頂層樓中樓剪力墻部分取消：我司設(shè)計(jì)的高層樓中樓，由于躍層使用功 能的調(diào)整，需要取消部分剪力墻。應(yīng)注意取消部分剪力墻后，避免結(jié)構(gòu)剛度沿豎 向削弱過多形成軟弱層；避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的扭轉(zhuǎn)；（宜適當(dāng)加大相鄰上下樓板的 剛度。）宜加強(qiáng)取消剪力墻位置處相鄰柱墻的配筋。9、躍層樓板開洞率較大：我司設(shè)計(jì)的復(fù)式住宅樓中，躍層樓板在客廳頂部 開大洞挑空，加上樓梯的開洞面積，躍層樓板的開洞面積一般都會(huì)超過30%，有 的會(huì)超過50%。對(duì)于只在高層

12、建筑的頂部樓層設(shè)置樓中樓的情況，我們一般按照 普通的樓板不連續(xù)問題采取構(gòu)造加強(qiáng)措施即可，比如洞口周邊樓板加厚不少于 20mm，一般情況下板厚不小于120mm（連接板帶寬度小于5米的，可考慮加厚至 150mm），通長(zhǎng)配筋并適當(dāng)加大樓板配筋率；加大洞口周邊梁的斷面和配筋；加 大洞口周邊柱墻的配筋率。應(yīng)當(dāng)注意到，我司七星公館項(xiàng)目，每隔三層有一個(gè)樓 層挑空，雖然開洞率不是很大（約32%），但集中在樓面寬度一側(cè)，有效連接樓 板寬度很小，只有4.1米，相當(dāng)于每隔三層會(huì)出現(xiàn)一個(gè)樓板剛度的突變，動(dòng)力荷 載作用下在該樓層會(huì)出現(xiàn)水平荷載不能可靠的通過樓板均勻分散的傳遞給抗側(cè) 力構(gòu)件、抗側(cè)力構(gòu)件受力不均衡，連接板帶

13、處樓板出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，必須采取可 靠措施。10、地下室局部出露地面：我司設(shè)計(jì)的安溪北石 商住小區(qū)、永聯(lián)達(dá)辦公樓和半山御景就存在這樣的情況，兩邊或三邊不同程度出 露地面外，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：適用高度應(yīng)計(jì)算至出露地面處標(biāo)高，不能簡(jiǎn) 單計(jì)算到地下室頂板處地面標(biāo)高。嵌固端取基礎(chǔ)頂面，不宜計(jì)算至地下室頂板； 但約束邊緣構(gòu)件仍然從頂板起算，并向下延伸至基礎(chǔ)。地下室頂板仍然按照不 小于180mm考慮。適當(dāng)加大地下室的剛度，特別是地下室周邊12跨的剛度， 以利于抗傾覆。基礎(chǔ)埋置深度視具體情況而定，必須注意到，由于地下室局部 出露地面，應(yīng)有可靠措施保證高層建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。對(duì)于主樓靠近地下室外 側(cè)邊，而該外側(cè)

14、邊出露地下室地面，除采取以上各條措施外，須注意加大出露邊 構(gòu)件的抗扭剛度和強(qiáng)度，減小不完全約束產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。11、地下室頂板開大洞：地下室出于采光和通風(fēng) 等要求，往往會(huì)在地下室頂板開結(jié)構(gòu)洞，比如四季康城、御景灣等工程。一般情 況下，開洞位置應(yīng)盡可能離主體結(jié)構(gòu)范圍遠(yuǎn)一些，特別是當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜?結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，在主樓周邊一跨（10米）范圍內(nèi)避免開結(jié)構(gòu)洞。應(yīng)當(dāng)注意 到，地下室頂板開大洞，削弱了頂板的水平剛度，影響水平力的傳遞，應(yīng)適當(dāng)控 制開洞面積，洞口盡可能均勻分散布置，并應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施。12、地下室頂板存在較大高差：一般有兩種情況： 一、建筑設(shè)計(jì)通過在主樓與純地下室交接處的頂板設(shè)置

15、6001200的高差，解決 室內(nèi)地面覆土厚度問題。二、地下室長(zhǎng)度較長(zhǎng)（達(dá)200米），地面高差較大，需 要通過頂板設(shè)置高差與地面高差協(xié)調(diào)。對(duì)于第一類問題，需要考慮地下室頂板 處水平力可靠傳遞的問題。高差不大于600mm時(shí)，可以認(rèn)為該高差對(duì)水平力傳遞 不會(huì)產(chǎn)生大的影響，適當(dāng)對(duì)高差處的梁采取加強(qiáng)措施即可。當(dāng)高差大于600mm 時(shí)，可考慮在高差處樓板加掖處理，也可以將框架梁端部加掖。對(duì)于第二種情 況，可按照常規(guī)處理。應(yīng)注意到一種特例，高差設(shè)置在主樓頂板范圍內(nèi)，且高差 較大，則需要考慮底層抗側(cè)力構(gòu)件由于約束高度不同產(chǎn)生的的剛度不均勻問題， 注意扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的不利影響。對(duì)局部構(gòu)件有必要采取加強(qiáng)措施。13、局部

16、樓層挑空無(wú)樓板，剪力墻的計(jì)算高度即 穩(wěn)定性問題：我司設(shè)計(jì)的七星公館以及其它躍層住宅就存在這種問題，相當(dāng)?shù)钠?遍。由于中間層無(wú)樓板，剪力墻的高度為兩層高，必然帶來(lái)約束條件的改變，剪 力墻的厚度按照構(gòu)造要求取值時(shí)應(yīng)考慮這個(gè)因素，否則可能造成剪力墻穩(wěn)定性不 滿足高規(guī)要求。14、地下室周邊道路高差較大，地下室抗浮計(jì)算時(shí)抗浮水位的取值：我司設(shè)計(jì)的永聯(lián)達(dá)辦公樓和七星公館就存在這種情況。 一般來(lái)說(shuō)，抗浮設(shè)計(jì)水位系有地質(zhì)勘探部門提供。地下水水位受降雨影響很大， 從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，地下室的抗浮與其周邊環(huán)境即排、泄水的條件有很大關(guān)系。如 果地下室周邊的排泄水條件，可以保證雨、洪水不會(huì)在地下室周邊聚積、地下室 室外的

17、水快速有效的排到相鄰不遠(yuǎn)的道路，抗浮設(shè)計(jì)水位可以按照周邊道路的標(biāo) 高設(shè)計(jì)（至于按照道路標(biāo)高的哪一點(diǎn)取值計(jì)算，應(yīng)視具體情況而定）；否則，抗 浮設(shè)計(jì)水位應(yīng)取地下室外圍室外地面標(biāo)高下0.5m。當(dāng)?shù)叵率彝鈧?cè)邊離可供排、 泄水的道路較遠(yuǎn)，或者距離雖近，但該道路根本不具有排水功能或排水不暢時(shí)， 抗浮設(shè)計(jì)水位也應(yīng)取地下室外圍室外地面標(biāo)高下0.5m。15、局部外陽(yáng)臺(tái)、露臺(tái)隔三層布置，外端框架柱 高度較高，達(dá)9.5米：典型工程實(shí)例為當(dāng)代天境、中峻天峰和七星公館，純剪力 墻結(jié)構(gòu)，外圍陽(yáng)臺(tái)和露臺(tái)端部為框架柱，隔層才有樓板，柱子高度較高。應(yīng)該注 意到，由于是超高層住宅，該柱承擔(dān)的荷載不小，如中峻天峰約為8000kN（斷 面為800 x800，為型鋼混凝土柱），柱高9.45米。所以應(yīng)當(dāng)注意到，底部加強(qiáng)區(qū) 或者更高的部位，水平動(dòng)力荷載作用下該細(xì)長(zhǎng)柱的承載力問題，特別注意柱周邊 約束單薄的情況，如橫向與剪力墻連接而縱向?yàn)閱慰缈蚣苓B接。應(yīng)采取措施加強(qiáng) 柱的延性，提高水