高层建筑结构设计中几个限值的意义

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1、轴压比：

　　轴压比是指有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心受压抗压强度设计值乘积的比值，是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。

　　为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.7和6.4.6，在剪力墙的轴压比计算中，轴力取重力荷载代表设计值，与柱子的不一样。

　　2、剪重比：

　　主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见抗规5.2.5.

　　3、刚重比：

　　主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆，要求见高规。

　　4、侧向刚度比：

　　主要为控制结构竖向规则性。

　　位移比：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。控制比例为1.5.见抗规3.4.2、3.4.3.

　　5、周期比：

　　主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，要求见高规4.3.5.

　　6、剪跨比：

　　梁的剪跨比，剪力的位置a与h0的比值。剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系，因此也决定了主应力的大小和方向，也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式；同时 也反映在受剪承载力的公式上。

　　柱的剪跨比：（剪跨比λ＝M／Vh） ，若反弯点在柱子层高范围内，可取 柱子的剪跨比小于2时，需要全长加密，见混凝土规范11.4.12、11.4.17.

　　7、剪压比

　　（梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值）：梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响，当剪压比大于0.15的时候，梁的强度和刚度有明显的退化现象，此时再增加箍筋用量，也不能发挥作用，因此对梁柱的截面尺寸有所要求。

　　8、跨高比：

　　梁的跨高比（梁的净跨与梁截面高度的比值）对梁的抗震性能有明显的影响。梁（非剪力墙的连梁）的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算。

　　9、延性比：

　　延性比即为弹塑性位移增大系数。延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。延性比主要分为三个层面，即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。结构的延性比多指框架或者剪力墙等结构的水平荷载-顶层水平位移（P-delta）、水平荷载-层间位移等曲线。

　　高层抗震

　　1.应当注意防震缝的设计，必须留有足够的宽度。

　　2.平面形状或刚度不对称，会使建筑物产生显著的扭转，震害严重。

　　3.凸出屋面的塔楼受高振型的影响，产生显著的鞭梢效应，破坏严重。

　　4.高层部分和低层部分之间的连接构造不合理。

　　5.框架柱截面太少，箍筋不足，柱子的延性和抗震能力不够而发生剪切破坏或柱头压碎。

　　6.由于沿竖向楼层质量与刚度变化太大，是楼层变形过分集中而产生破坏。

　　7.地基的稳定性问题要特别注意。

　　8.伸缩缝和沉降缝宽度过小，碰撞破坏很多。

　　9.不应在建筑物端部设置楼梯间，楼板有大洞口，因刚度不均匀而产生扭转。

　　10.外纵墙门窗洞口过大，连梁尺寸太小，容易产生破坏。

　　11.中间部分楼层柱子截面和材料改变或取消了部分剪力墙，产生刚度或承载力突变，形成结构薄弱层。

　　高层抗震设计的基本原则：小震不坏，中震可修，大震不倒。

　　高层建筑结构应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素考虑其适宜的结构体系。

　　高层建筑的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。

　　沉降缝、伸缩缝和抗震缝要注意的问题：

　　高层建筑应当调整平面尺寸和结构不止，采取构造措施和施工措施，能不设缝就不设缝，能少设缝就少设缝，如果没有采取措施或必须设缝时，则必须保证必要的缝宽以防止震害。

　　钢筋混凝土高层建筑结构的温度-收缩问题，一般由构造措施来解决。

　　后浇带可选择在对结构受力影响较小的部位曲折通过，不要在一个平面内，以免全部钢筋都在同一平面内搭接。一般可设置在梁和楼板的1/3处。

　　目前许多工程是采用调整个部分沉降差，在施工过程中留后浇段作为临时沉降缝，等到沉降基本稳定后再连为整体，不设永久性的沉降缝。

　　高层建筑的主楼和裙房的层数相差很远，在下列条件时可不留永久沉降缝：

　　1.采用端承桩，桩支承在基岩上。2.地基条件好，沉降差小。3.有较多的沉降观测资料，沉降计算比较可靠。

　　后两种情况下，可调压力差，主楼和裙房部分才用不同的基础，使其沉降接近。

　　调时间差，先施工主楼，待主楼基本建成，沉降基本稳定，再建裙房。

　　抗震设计的高层建筑在下列情况下宜设防震缝：

　　1.平面长度和外伸长度尺寸超出了规程限值而又没有采取加强措施时；

　　2.各部分结构刚度相差太远，采取不同材料和不同结构体系时；

　　3.各部分质量相差很大时；

　　4.各部分又较大错层时。

　　此外，各结构单元之间设了伸缩缝和沉降缝时，其缝宽应满足防震缝宽度的要求。

　　防震缝应在地面以上全高设置，当不作为沉降缝时，基础可以不设防震缝，但要加强构造和连接。

　　高层建筑各部分之间凡是设缝的，就要分得彻底；凡是不设缝的，就要连接牢固。

　　《高层规程》规定：

　　1.框架结构房屋，高度不超过15m的部分，可取70mm；超过15m的部分，6、7、8、9度相应每增加高度5、4、3、2m，宜加宽20mm.

　　2.框架-剪力墙结构房屋可按第一项数值的70%采用，剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50%采用，但二者均不宜小于70.

　　结构竖向布置

　　沿竖向刚度突变还由于下述两个原因产生：

　　1.抗侧力结构（框架、剪力墙、筒体等）的突然改变布置。

　　2.结构的竖向体型突变。

　　当小墙肢截面的高度小于等于墙厚的4倍时，应按框架柱设计，箍筋按框架柱全长加密。

　　抗震设计的轴压比控制：

　　特一级、一级（9度）为0.4；一级（7、8度）为0.5；二级为0.6.

　　抗震墙的翼墙长度小于其3倍厚度或端柱截面边长小于2倍墙厚时，视为无翼墙和无端柱。

　　按照结构延性系数的大小排序：刚结构、钢管混凝土结构、型钢混凝土结构、钢筋混凝土结构、配筋砌体结构、砌体结构。结构的延性系数大，说明结构抗震的变形能力大，结构的耐震性能好。有条件时，建筑的主体结构可采用延性系数较大的结构材料。

　　地下室顶板应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不小于180，混凝土强度等级不宜小于C30，并应采用双层双向配筋，且每个方向的配筋率不宜小于0.25%.

　　抗震框架柱配筋要注意的三个方面：

　　最小配箍率、最小体积配箍率、最小纵筋配筋率。

　　当地下室做为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用。

　　地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。

　　短柱：柱净高与截面宽度之比小于4的柱子。箍筋需全长加密。

　　剪跨比

　　柱剪跨比：柱子净高与2倍柱子截面高度的比值。

　　梁剪跨比：剪跨与梁截面有效高度的比值。广义剪跨比=M/Vh=a/h.剪跨比反映了截面上正应力和剪应力的相对比值，在一定程度上也反映了截面上弯矩与剪力的相对比值。它对梁的斜截面受剪破坏形态和斜截面受剪承载力，有着极为重要的影响。

　　高宽比

　　6、7度抗震设防烈度的A级高度建筑，其高宽比限值分别为：框架4，框剪5，剪力墙6，筒体6.

　　抗震设计一般剪力墙结构底部的加强部位：墙肢总高度小于50m时取其总高度的1/6，大于50m时取 1/8，超过150m，取1/10.

　　裙房与主楼相连时，加强范围也宜高出裙房至少一层。

　　对于框剪结构或框筒结构，采用模拟算法2是比较合理的，可以避免剪力墙轴力远大于实际的不合情形。

　　振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。振型个数至少取3，最好为3的倍数。

　　当考虑扭转耦联计算时，振型数应不少于9.对于多塔结构振型个数应大于12.

　　高规要求有效质量系数不应小于90%.

　　楼梯柱可视为短柱，箍筋需全长加密。

　　高层结构设计需要控制的六个比值

　　1、轴压比：主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.7和6.4.6.

　　2、剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见抗规5.2.5.

　　3、刚度比：主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，见抗规3.4.2.

　　4、位移比：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。见抗规3.4.2.

　　5、周期比：主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，要求见高规

　　6、刚重比：主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆，要求见高规。