高宽比超出规范最大限值的方案探讨

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摘 要：近年来，随着城市建设的大力发展，涌现出大量的高层建筑。为了提高土地的利用率，获取较高的经济效益，高宽比超限的高层建筑也越来越多。

关键词：高层建筑结构；高宽比；侧向位移；稳定性

1. 结构设计时整体性能的控制

1.1 水平位移限制（层间位移）：

根据《高规》第4.6.3条可知，按弹性方法计算楼层层间最大位移与层高之比，高度不大于150米的高层建筑，剪力墙结构、框支层不大于1/1000。

a.楼层层间最大位移以楼层最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。

b.抗震设计时，本条规定的楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响。

1.2 位移比控制：

根据《高规》第4.3.5条规定，结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和结构层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

1.3 周期比控制：

根据《高规》第4.3.5条规定，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层建筑不应大于0.9, B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于不应大于0.85。

1.4 层刚度比控制:

（1）《高规》第4.4.2条及《抗规》第3.4.2条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%，相邻三层侧向刚度平均值的80%。如不满足则应按薄弱层对待。

（2）转换层上、下结构侧向刚度的要求：《高规》附录E及《抗规》》附录E规定：

a. 底部大空间为1层时，其转换层上、下层侧向刚度比宜为1，抗震设计时不应大于2，非抗震设计时不应大于3。

b. 底部大空间层数大于1层时，其转换层上、下层侧向刚度比宜为1，抗震设计时不应大于1.3，非抗震设计时不应大于2。

c. 当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%

（3）《高规》第5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

a. 当地下室不能满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定的，如有条件可增加地下室的侧向刚度。

b. 如没有条件，将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位，如筏形基础顶面或箱型基础顶面。

1.5 高层建筑结构的整体稳定的控制：《高规》第5.4.4条（强规）规定，高层建筑结构的稳定应符合下列规定：剪力墙结构 EJd〉1.4H2Gi。

2.控制结构的高宽比，在高层建筑的设计中，应严格控制结构的稳定性，避免建筑在地震时发生倾覆当高层、超高层建筑高宽比较大，当整体稳定不满足要求时，必须调整结构方案，减少结构的高宽比。

2.1 结构稳定性控制的意义：

对结构稳定性的控制，避免建筑在地震时发生倾覆。当高层、超高层建筑高宽比较大，水平风、地震作用较大，地基刚度较弱时，结构整体倾覆验算很重要，它直接关系到结构安全度的控制。

2.2 结构稳定性控制的规范条文：

《高规》第5.4.2条，高层建筑结构如果不满足第5.4.1条（结构刚重比）的规定，应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。第5.4.4条，规定了高层建筑结构的稳定所应满足的条件。第5.4.1条，当高层建筑结构的稳定应符合一定条件时，可以不考虑重力二阶效应的不利影响。第12.1.6条，高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。

2.3结构稳定性控制的计算方法：

重力二阶效应即P-效应包含两部分：（1）由构件挠曲引起的附加重力效应；（2）由水平荷载产生侧移，重力荷载由于侧移引起的附加效应。第（1）种对结构影响很小，一般只考虑第（2）种。

2.4 结构的整体稳定的调整：

当结构整体稳定验算符合《高规》第5.4.4条，或通过考虑P-效应提高了结构的承载力后，对于不满足整体稳定的结构，必须调整结构布置，提高结构的整体刚度；当整体稳定不满足要求时，必须调整结构方案，减少结构的高宽比。

2.5 结构大震下的稳定：

第二阶段设计是结构的弹塑性变形验算，对地震下容易倒塌的结构和有特殊要求的结构，要求其薄弱部位的验算应满足大震不倒的位移限制，并采用相应的专门的抗震构造措施。

2.6 结构整体抗倾覆验算：

《高规》与《抗规》对高层建筑尤其是高宽比大于4的高层建筑的整体抗倾覆提出了更严格的要求。

3.接近或突破高宽比后应采取的抗震加强措施

3.1高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区，为避免建筑整体在地震时发生倾覆，应加大基础埋深、桩基础数量、基础底板厚度及配筋。

3.2高层对应范围及相邻部位地下室顶结构加强。梁加强断面及配筋，板应有足够刚度，使其能有效地传递整体弯矩。

参考文献:

[1] JGJ3-2002 ,高层建筑结构混凝土结构技术规程[S].

[2] GB50010-2002 ,混凝土结构设计规范[S] .

[3] GB50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].作者简介: 寒军，女，1969年3月，哈尔滨人，高级工程师，现从事结构设计

宋广然，男，1983年10月，哈尔滨人，助理工程师，现从事结构设计