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【摘要】：高层建筑是当今建筑行业的主要建筑形式，实践证明，高层建筑可以带来明显的社会经济效益，本文主要针对高层建筑结构设计中的剪力墙的连梁设计, 位移比和周期比的控制和转角窗布置的设计中的普遍性问题进行总结归纳, 并提出改进措施。
【关键词】：高层建筑；抗震；结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
1.剪力墙的连梁设计
连梁是指与剪力墙相连允许开裂可作刚度折减的梁。当PKPM建模后进入STAWE计算时，程序对全楼所有的梁都进行了判断，把两端都与剪力墙相连且至少在一端与剪力墙轴线的夹角不大的梁，隐含定义为连梁。在高层剪力墙结构中，连梁的设计常受多因素制约，连梁的内力和结构抗侧力刚度与相连墙肢刚度、连梁跨高比等因素有关。联系墙肢的连梁，对剪力墙的受力会产生较大的影响，其本身的受力条件也比较复杂，如果连梁发生破坏，那么联肢墙各墙肢间会失去约束而形成几个单独受力的墙肢，造成整片剪力墙水平位移加大。承载力下降的状况。震害调查和试验结果证明，对联肢墙来说，连梁的设计是非常重要的。连梁的破坏将会导致剪力墙最终丧失承载能力。按照《建筑抗震设计规范》要求。宜选用跨高比偏大的连梁。按常规设计方法配筋，进行截面抗剪设计，使其不过早地发生剪切破坏，从而使连梁具有足够的延性。在工程设计时，根据计算的基本假定，可以忽略连梁的轴力，但绝大多数的墙体洞口尺寸的宽度是不大的，因此大多数连梁的跨高比较小。其尺寸类似于深梁。试验表明，连梁的剪切变形较大，容易产生斜裂缝．在反复荷载作用下。斜裂缝会发展成沿梁跨的对角线状，较大地降低了连梁的抗剪能力。为了避免连梁的剪切破坏，要求连梁有足够的截面尺寸和一定数量的抗剪箍筋。抗震结构还应考虑非弹性变形阶段，连梁是首先屈服并形成塑性铰的耗能机构，应调整内力，对连梁刚度进行折减，这是避免连梁在弯曲屈服前出现剪切破坏的有效措施，从而控制结构最终形成延性破坏机制。在结构计算时，设计人员都会发现，往往会出现部分连梁超筋的情况，分析其原因主要是因为连梁跨高比较小，刚度较大，吸收地震力较多。造成连梁的约束弯矩和剪力过大，致使连梁抗剪能力不能满足规范对连梁剪压比的限值。当连梁剪力超过其剪压比限值时，连梁将产生脆性破坏。剪力墙结构的一个设计原则是强墙弱连梁。如果对剪力墙连梁刚度进行折减，人为限制连梁梁端的抗弯承载力。进行塑性再调幅。则连梁梁端将产生裂缝，变形增大，形成塑性铰．其剪力值将达不到按弹性计算的剪力值。连梁刚度折减后。如计算分析结果仍有部分连梁不能满足剪压比限值，且连梁的跨高比不大于2.5时，建议按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第11.7.10条，配置斜向交叉钢筋，以提高連梁的剪压比限值。以确保在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。故《建筑抗震设计规范》要求折减系数不宜小于0.5，要满足正常使用状态下极限承载力的要求。
2 .位移比和周期比的控制
地震作用对结构的损害与扭转反应的大小有直接关系，对于要求地震的建筑，一方面，要求结构布置规则、对称，其关键是要求平面布置刚度均匀。以减少扭转。另一方面，要求加强结构的抗扭强度和抗扭承载力。这已成为重要的概念设计内容。而在实际工程中，由于建筑造型的要求．建筑场地的限制或建筑功能的需要，在高层建筑结构设计中，大多数结构的平面布置和竖向布置很难达到《建筑抗震设计规范》所要求的“规则”标准。为此需对结构进行调整，限制平面扭转效应。
结构自振周期表示结构自身的性能。其中扭转周期的相对大小反映了结构抗扭刚度的大小，抗扭刚度小的结构，其扭转周期长，地震时这样的结构扭转反应一般较大。不利于抗震，因此《高层建筑混凝土结构技术规程》对结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期的周期比进行限制。限制结构的抗扭刚度不能太弱，从而使结构的层间扭转角不致过大。因结构在水平地震作用下的扭转振动不仅与扭转为主的周期有关，也与平动为主的结构周期有关，因为所有振动都是耦连的，当平动为主的第一周期较长时，和它相应的结构扭转振动可能也较大，导致结构层间扭转角加大。这对结构抗震是不利的，因此对结构平动为主第一周期也应考虑不宜过长。周期比是控制结构扭转效应的重要指标，当周期比不满足要求时，通常采取降低结构中间构件的刚度，在建筑周边设置刚性构件。增加抗扭刚度，使周期比满足要求。实际上，控制周期和控制位移是一样的。控制结构扭转周期就是控制结构在地震作用下的扭转位移。结构位移和结构自振周期互相关联，位移随着周期的增大而增长。位移比是控制结构平面不规则性的重要指标，其值《高层建筑混凝土结构技术规程》中有明确规定，当位移比超过1．2时为不规则结构，超过1．5时为严重不规则结构。当位移比不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》要求时，常常是因为结构的抗侧力构件布置不均匀引起的。所以，在高层建筑中，抗侧力构件布置时应按照均匀、对称、分散的原则，尽量使结构的质心和刚心重合或接近，提高抗扭刚度在一定程度上可减小位移比，这也是概念设计中改进结构抗震性能的重要措施之一。
3. 转角窗布置的设计
塔式高层住宅中，由于建筑功能的需要，建筑师常常在建筑平面外墙转角处采用转角窗，使用户充分享受室外绿化景观和满足室内采光要求。而建筑物角部是结构设计的关键部位，一般均设置L型剪力墙，这种情况下角部构件内力较大，程度不同地显示出剪力滞后现象，应力集中，受力复杂。同时转角墙具有较大扭转刚度且抗震性能较好．若开设转角窗，实际上是取消角部的墙体．代之以角部曲梁，使角部附近的构件受力更加复杂，对结构抗震更加不利。使得与之相连的暗柱增加了平面外的弯矩，角窗下的连梁受扭。一般来说，当该楼层的最大水平位移大于该楼层平均值的1．2倍时，就超过国家规范对高层住宅结构的扭转变形限值，需重新调整结构平面。
调整结构平面的方法是，在转角窗附近布置刚度稍大的L型或T型剪力墙，且与建筑沟通不宜设置过大转角窗，以提高结构的抗扭刚度，经计算满足规范要求后即可。转角窗上下均应设置转角梁，转角梁实质为一根转角为90度的拐角梁（此梁应按L型连梁配筋方式配筋），在一般情况下其截面高度为上下窗台之间的净空高度，其宽度则与墙厚相同，梁的混凝土强度等级宜与墙的混凝土强度等级一致。当角窗两端洞口尺寸相等时。转角梁具有较多悬臂梁性质，当两端尺寸相差较大时。较短梁对较长梁起着弹性支承的作用。设计时根据实际情况，调整配筋。对于转角窗附近的结构应采取如下措施加强，将开有角窗房间的楼板适当加厚。楼板配筋应适当加强，宜采用双层双向配筋。转角窗处楼板处于房屋外角边缘，其扭转刚度较差，故在墙肢暗柱之间斜向设置暗梁，暗梁宽取500mm，高同板厚，暗梁内上下配筋相同，并宜配置箍筋。角窗处的L型连梁钢筋两端锚入墙内长度满足LaE，并且L型连梁增加腰筋抗扭（计算中此梁刚度、抗扭不得调幅）。同时转角窗洞边的暗柱，在非加强区也宜按约束边缘构件设计。其截面尺寸宜适当加大，增加暗柱的侧向钢筋，转角窗洞口两侧墙肢均属于无端柱无翼墙，根据规范要求，墙体宜适当加厚。
以上即对高层建筑抗震设计中的几个常见问题及其解决方法进行的归纳总结, 涉及到了一些常见情况下的连梁的设计问题，位移比和周期比的控制及如何通过改进结构布置提高结构的抗扭能力，当建筑平面外墙转角处采用转角窗时的结构平面调整方法等。
【关键词】：高层建筑；抗震；结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
1.剪力墙的连梁设计
连梁是指与剪力墙相连允许开裂可作刚度折减的梁。当PKPM建模后进入STAWE计算时，程序对全楼所有的梁都进行了判断，把两端都与剪力墙相连且至少在一端与剪力墙轴线的夹角不大的梁，隐含定义为连梁。在高层剪力墙结构中，连梁的设计常受多因素制约，连梁的内力和结构抗侧力刚度与相连墙肢刚度、连梁跨高比等因素有关。联系墙肢的连梁，对剪力墙的受力会产生较大的影响，其本身的受力条件也比较复杂，如果连梁发生破坏，那么联肢墙各墙肢间会失去约束而形成几个单独受力的墙肢，造成整片剪力墙水平位移加大。承载力下降的状况。震害调查和试验结果证明，对联肢墙来说，连梁的设计是非常重要的。连梁的破坏将会导致剪力墙最终丧失承载能力。按照《建筑抗震设计规范》要求。宜选用跨高比偏大的连梁。按常规设计方法配筋，进行截面抗剪设计，使其不过早地发生剪切破坏，从而使连梁具有足够的延性。在工程设计时，根据计算的基本假定，可以忽略连梁的轴力，但绝大多数的墙体洞口尺寸的宽度是不大的，因此大多数连梁的跨高比较小。其尺寸类似于深梁。试验表明，连梁的剪切变形较大，容易产生斜裂缝．在反复荷载作用下。斜裂缝会发展成沿梁跨的对角线状，较大地降低了连梁的抗剪能力。为了避免连梁的剪切破坏，要求连梁有足够的截面尺寸和一定数量的抗剪箍筋。抗震结构还应考虑非弹性变形阶段，连梁是首先屈服并形成塑性铰的耗能机构，应调整内力，对连梁刚度进行折减，这是避免连梁在弯曲屈服前出现剪切破坏的有效措施，从而控制结构最终形成延性破坏机制。在结构计算时，设计人员都会发现，往往会出现部分连梁超筋的情况，分析其原因主要是因为连梁跨高比较小，刚度较大，吸收地震力较多。造成连梁的约束弯矩和剪力过大，致使连梁抗剪能力不能满足规范对连梁剪压比的限值。当连梁剪力超过其剪压比限值时，连梁将产生脆性破坏。剪力墙结构的一个设计原则是强墙弱连梁。如果对剪力墙连梁刚度进行折减，人为限制连梁梁端的抗弯承载力。进行塑性再调幅。则连梁梁端将产生裂缝，变形增大，形成塑性铰．其剪力值将达不到按弹性计算的剪力值。连梁刚度折减后。如计算分析结果仍有部分连梁不能满足剪压比限值，且连梁的跨高比不大于2.5时，建议按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第11.7.10条，配置斜向交叉钢筋，以提高連梁的剪压比限值。以确保在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。故《建筑抗震设计规范》要求折减系数不宜小于0.5，要满足正常使用状态下极限承载力的要求。
2 .位移比和周期比的控制
地震作用对结构的损害与扭转反应的大小有直接关系，对于要求地震的建筑，一方面，要求结构布置规则、对称，其关键是要求平面布置刚度均匀。以减少扭转。另一方面，要求加强结构的抗扭强度和抗扭承载力。这已成为重要的概念设计内容。而在实际工程中，由于建筑造型的要求．建筑场地的限制或建筑功能的需要，在高层建筑结构设计中，大多数结构的平面布置和竖向布置很难达到《建筑抗震设计规范》所要求的“规则”标准。为此需对结构进行调整，限制平面扭转效应。
结构自振周期表示结构自身的性能。其中扭转周期的相对大小反映了结构抗扭刚度的大小，抗扭刚度小的结构，其扭转周期长，地震时这样的结构扭转反应一般较大。不利于抗震，因此《高层建筑混凝土结构技术规程》对结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期的周期比进行限制。限制结构的抗扭刚度不能太弱，从而使结构的层间扭转角不致过大。因结构在水平地震作用下的扭转振动不仅与扭转为主的周期有关，也与平动为主的结构周期有关，因为所有振动都是耦连的，当平动为主的第一周期较长时，和它相应的结构扭转振动可能也较大，导致结构层间扭转角加大。这对结构抗震是不利的，因此对结构平动为主第一周期也应考虑不宜过长。周期比是控制结构扭转效应的重要指标，当周期比不满足要求时，通常采取降低结构中间构件的刚度，在建筑周边设置刚性构件。增加抗扭刚度，使周期比满足要求。实际上，控制周期和控制位移是一样的。控制结构扭转周期就是控制结构在地震作用下的扭转位移。结构位移和结构自振周期互相关联，位移随着周期的增大而增长。位移比是控制结构平面不规则性的重要指标，其值《高层建筑混凝土结构技术规程》中有明确规定，当位移比超过1．2时为不规则结构，超过1．5时为严重不规则结构。当位移比不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》要求时，常常是因为结构的抗侧力构件布置不均匀引起的。所以，在高层建筑中，抗侧力构件布置时应按照均匀、对称、分散的原则，尽量使结构的质心和刚心重合或接近，提高抗扭刚度在一定程度上可减小位移比，这也是概念设计中改进结构抗震性能的重要措施之一。
3. 转角窗布置的设计
塔式高层住宅中，由于建筑功能的需要，建筑师常常在建筑平面外墙转角处采用转角窗，使用户充分享受室外绿化景观和满足室内采光要求。而建筑物角部是结构设计的关键部位，一般均设置L型剪力墙，这种情况下角部构件内力较大，程度不同地显示出剪力滞后现象，应力集中，受力复杂。同时转角墙具有较大扭转刚度且抗震性能较好．若开设转角窗，实际上是取消角部的墙体．代之以角部曲梁，使角部附近的构件受力更加复杂，对结构抗震更加不利。使得与之相连的暗柱增加了平面外的弯矩，角窗下的连梁受扭。一般来说，当该楼层的最大水平位移大于该楼层平均值的1．2倍时，就超过国家规范对高层住宅结构的扭转变形限值，需重新调整结构平面。
调整结构平面的方法是，在转角窗附近布置刚度稍大的L型或T型剪力墙，且与建筑沟通不宜设置过大转角窗，以提高结构的抗扭刚度，经计算满足规范要求后即可。转角窗上下均应设置转角梁，转角梁实质为一根转角为90度的拐角梁（此梁应按L型连梁配筋方式配筋），在一般情况下其截面高度为上下窗台之间的净空高度，其宽度则与墙厚相同，梁的混凝土强度等级宜与墙的混凝土强度等级一致。当角窗两端洞口尺寸相等时。转角梁具有较多悬臂梁性质，当两端尺寸相差较大时。较短梁对较长梁起着弹性支承的作用。设计时根据实际情况，调整配筋。对于转角窗附近的结构应采取如下措施加强，将开有角窗房间的楼板适当加厚。楼板配筋应适当加强，宜采用双层双向配筋。转角窗处楼板处于房屋外角边缘，其扭转刚度较差，故在墙肢暗柱之间斜向设置暗梁，暗梁宽取500mm，高同板厚，暗梁内上下配筋相同，并宜配置箍筋。角窗处的L型连梁钢筋两端锚入墙内长度满足LaE，并且L型连梁增加腰筋抗扭（计算中此梁刚度、抗扭不得调幅）。同时转角窗洞边的暗柱，在非加强区也宜按约束边缘构件设计。其截面尺寸宜适当加大，增加暗柱的侧向钢筋，转角窗洞口两侧墙肢均属于无端柱无翼墙，根据规范要求，墙体宜适当加厚。
以上即对高层建筑抗震设计中的几个常见问题及其解决方法进行的归纳总结, 涉及到了一些常见情况下的连梁的设计问题，位移比和周期比的控制及如何通过改进结构布置提高结构的抗扭能力，当建筑平面外墙转角处采用转角窗时的结构平面调整方法等。