4.1.1 高层建筑的竖向荷载应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009有关规定采用。与原荷载规范GBJ 9—87相比,有较大的改动,使用时应予注意。
4.1.5 直升机平台的活荷载是根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定确定的。部分直升机的有关参数见表3。

4.1.1 高层建筑的竖向荷载应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009有关规定采用。与原荷载规范GBJ 9—87相比,有较大的改动,使用时应予注意。
4.1.5 直升机平台的活荷载是根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定确定的。部分直升机的有关参数见表3。

3.12.1 高层建筑结构应具有在偶然作用发生时适宜的抗连续倒塌能力。我国现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153和《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068对偶然设计状态均有定性规定。在GB 50153中规定,“当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时,结构能保持必需的整体稳固性,不出现与起因不相称的破坏后果,防止出现结构的连续倒塌”。在GB 50068中规定,“对偶然状况,建筑结构可采用下列原则之一按承载能力极限状态进行设计:1)按作用效应的偶然组合进行设计或采取保护措施,使主要承重结构不致因出现设计规定的偶然事件而丧失承载能力;2)允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏,但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度”。
结构连续倒塌是指结构因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效,继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏,最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。结构产生局部构件失效后,破坏范围可能沿水平方向和竖直方向发展,其中破坏沿竖向发展影响更为突出。当偶然因素导致局部结构破坏失效时,如果整体结构不能形成有效的多重荷载传递路径,破坏范围就可能沿水平或者竖直方向蔓延,最终导致结构发生大范围的倒塌甚至是整体倒塌。
结构连续倒塌事故在国内外并不罕见,英国Ronan Point公寓煤气爆炸倒塌,美国AlfredP.Murrah联邦大楼、WTC世贸大楼倒塌,我国湖南衡阳大厦特大火灾后倒塌,法国戴高乐机场候机厅倒塌等都是比较典型的结构连续倒塌事故。每一次事故都造成了重大人员伤亡和财产损失,给地区乃至整个国家都造成了严重的负面影响。进行必要的结构抗连续倒塌设计,当偶然事件发生时,将能有效控制结构破坏范围。
结构抗连续倒塌设计在欧美多个国家得到了广泛关注,英国、美国、加拿大、瑞典等国颁布了相关的设计规范和标准。比较有代表性的有美国General Services Administration(GSA)《新联邦大楼与现代主要工程抗连续倒塌分析与设计指南》(Progressive Collapse Analysis and Design Guidelines for New Federal Office Buildings and Major Modernization Project),美国国防部UFC(Unified Facilities Criteria 2005)《建筑抗连续倒塌设计》(Design of Buildings to Resist Progressive Collapse),以及英国有关规范对结构抗连续倒塌设计的规定等。
本条规定安全等级为一级时,应满足抗连续倒塌概念设计的要求;安全等级一级且有特殊要求时,可采用拆除构件方法进行抗连续倒塌设计。这是结构抗连续倒塌的基本要求。
3.12.2 高层建筑结构应具有在偶然作用发生时适宜的抗连续倒塌能力,不允许采用摩擦连接传递重力荷载,应采用构件连接传递重力荷载;应具有适宜的多余约束性、整体连续性、稳固性和延性;水平构件应具有一定的反向承载能力,如连续梁边支座、非地震区简支梁支座顶面及连续梁、框架梁梁中支座底面应有一定数量的配筋及合适的锚固连接构造,防止偶然作用发生时,该构件产生过大破坏。
3.12.3 本条拆除构件设计方法主要引自美国、英国有关规范的规定。关于效应折减系数β,主要是考虑偶然作用发生后,结构进入弹塑性内力重分布,对中部水平构件有一定的卸载效应。
3.12.4 本条假定拆除构件后,剩余主体结构基本处于线弹性工作状态,以简化计算,便于工程应用。
3.12.6 本条依据现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的相关规定,并参考了美国国防部制定的《建筑物最低反恐怖主义标准》(UFC4-010-01)。
当拆除某构件后结构不能满足抗连续倒塌设计要求,意味着该构件十分重要(可称之为关键结构构件),应具有更高的要求,希望其保持线弹性工作状态。此时,在该构件表面附加规定的侧向偶然作用,进行整体结构计算,复核该构件满足截面设计承载力要求。公式(3.12.6—2)中,活荷载采用频遇值,近似取频遇值系数为0.6。
3.11.1 本条规定了结构抗震性能设计的三项主要工作:
1 分析结构方案在房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等方面的特殊要求,确定结构设计是否需要采用抗震性能设计方法,并作为选用抗震性能目标的主要依据。结构方案特殊性的分析中要注重分析结构方案不符合抗震概念设计的情况和程度。国内外历次大地震的震害经验已经充分说明,抗震概念设计是决定结构抗震性能的重要因素。多数情况下,需要按本节要求采用抗震性能设计的工程,一般表现为不能完全符合抗震概念设计的要求。结构工程师应根据本规程有关抗震概念设计的规定,与建筑师协调,改进结构方案,尽量减少结构不符合概念设计的情况和程度,不应采用严重不规则的结构方案。对于特别不规则结构,可按本节规定进行抗震性能设计,但需慎重选用抗震性能目标,并通过深入的分析论证。
2 选用抗震性能目标。本条提出A、B、C、D四级结构抗震性能目标和五个结构抗震性能水准(1、2、3、4、5),四级抗震性能目标与《建筑抗震设计规范》GB 50011提出结构抗震性能1、2、3、4是一致的。地震地面运动一般分为三个水准,即多遇地震(小震)、设防烈度地震(中震)及预估的罕遇地震(大震)。在设定的地震地面运动下,与四级抗震性能目标对应的结构抗震性能水准的判别准则由本规程第3.11.2条作出规定。A、B、C、D四级性能目标的结构,在小震作用下均应满足第1抗震性能水准,即满足弹性设计要求;在中震或大震作用下,四种性能目标所要求的结构抗震性能水准有较大的区别。A级性能目标是最高等级,中震作用下要求结构达到第1抗震性能水准,大震作用下要求结构达到第2抗震性能水准,即结构仍处于基本弹性状态;B级性能目标,要求结构在中震作用下满足第2抗震性能水准,大震作用下满足第3抗震性能水准,结构仅有轻度损坏;C级性能目标,要求结构在中震作用下满足第3抗震性能水准,大震作用下满足第4抗震性能水准,结构中度损坏;D级性能目标是最低等级,要求结构在中震作用下满足第4抗震性能水准,大震作用下满足第5性能水准,结构有比较严重的损坏,但不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。选用性能目标时,需综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素。鉴于地震地面运动的不确定性以及对结构在强烈地震下非线性分析方法(计算模型及参数的选用等)存在不少经验因素,缺少从强震记录、设计施工资料到实际震害的验证,对结构抗震性能的判断难以十分准确,尤其是对于长周期的超高层建筑或特别不规则结构的判断难度更大,因此在性能目标选用中宜偏于安全一些。例如:特别不规则的、房屋高度超过B级高度很多的高层建筑或处于不利地段的特别不规则结构,可考虑选用A级性能目标;房屋高度超过B级高度较多或不规则性超过本规程适用范围很多时,可考虑选用B级或C级性能目标;房屋高度超过B级高度或不规则性超过适用范围较多时,可考虑选用C级性能目标;房屋高度超过A级高度或不规则性超过适用范围较少时,可考虑选用C级或D级性能目标。结构方案中仅有部分区域结构布置比较复杂或结构的设防标准、场地条件等特殊性,使设计人员难以直接按本规程规定的常规方法进行设计时,可考虑选用C级或D级性能目标。以上仅仅是举些例子,实际工程情况很复杂,需综合考虑各项因素。选择性能目标时,一般需征求业主和有关专家的意见。
3 结构抗震性能分析论证的重点是深入的计算分析和工程判断,找出结构有可能出现的薄弱部位,提出有针对性的抗震加强措施,必要的试验验证,分析论证结构可达到预期的抗震性能目标。一般需要进行如下工作:
1)分析确定结构超过本规程适用范围及不规则性的情况和程度;
2)认定场地条件、抗震设防类别和地震动参数;
3)深入的弹性和弹塑性计算分析(静力分析及时程分析)并判断计算结果的合理性;
4)找出结构有可能出现的薄弱部位以及需要加强的关键部位,提出有针对性的抗震加强措施;
5)必要时还需进行构件、节点或整体模型的抗震试验,补充提供论证依据,例如对本规程未列入的新型结构方案又无震害和试验依据或对计算分析难以判断、抗震概念难以接受的复杂结构方案;
6)论证结构能满足所选用的抗震性能目标的要求。
3.11.2 本条对五个性能水准结构地震后的预期性能状况,包括损坏情况及继续使用的可能性提出了要求,据此可对各性能水准结构的抗震性能进行宏观判断。本条所说的“关键构件”可由结构工程师根据工程实际情况分析确定。例如:底部加强部位的重要竖向构件、水平转换构件及与其相连竖向支承构件、大跨连体结构的连接体及与其相连的竖向支承构件、大悬挑结构的主要悬挑构件、加强层伸臂和周边环带结构的竖向支承构件、承托上部多个楼层框架柱的腰桁架、长短柱在同一楼层且数量相当时该层各个长短柱、扭转变形很大部位的竖向(斜向)构件、重要的斜撑构件等。

第2性能水准结构的设计要求与第1性能水准结构的差别是,框架梁、剪力墙连梁等耗能构件的正截面承载力只需要满足式(3.11.3-2)的要求,即满足“屈服承载力设计”。“屈服承载力设计”是指构件按材料强度标准值计算的承载力Rk不小于按重力荷载及地震作用标准值计算的构件组合内力。对耗能构件只需验算水平地震作用为主要可变作用的组合工况,式(3.11.3-2)中重力荷载分项系数γG、水平地震作用分项系数γEh及抗震承载力调整系数γRE均取1.0,竖向地震作用分项系数γEv取0.4。


第5性能水准结构与第4性能水准结构的差别在于关键构件承载力宜满足“屈服承载力设计”的要求,允许比较多的竖向构件进入屈服阶段,并允许部分”梁”等耗能构件发生比较严重的破坏。结构的抗震性能必须通过弹塑性计算加以深入分析,尤其应注意同一楼层的竖向构件不宜全部进入屈服并宜控制整体结构承载力下降的幅度不超过10%。
3.11.4 结构抗震性能设计时,弹塑性分析计算是很重要的手段之一。计算分析除应符合本规程第5.5.1条的规定外,尚应符合本条之规定。
1 静力弹塑性方法和弹塑性时程分析法各有其优缺点和适用范围。本条对静力弹塑性方法的适用范围放宽到150m或200m非特别不规则的结构,主要考虑静力弹塑性方法计算软件设计人员比较容易掌握,对计算结果的工程判断也容易一些,但计算分析中采用的侧向作用力分布形式宜适当考虑高振型的影响,可采用本规程3.4.5条提出的“规定水平地震力”分布形式。对于高度在150m~200m的基本自振周期大于4s或特别不规则结构以及高度超过200m的房屋,应采用弹塑性时程分析法。对高度超过300m的结构,为使弹塑性时程分析计算结果有较大的把握,本条规定应有两个不同的、独立的计算结果进行校核。
2 对复杂结构进行施工模拟分析是十分必要的。弹塑性分析应以施工全过程完成后的静载内力为初始状态。当施工方案与施工模拟计算不同时,应重新调整相应的计算。
3 一般情况下,弹塑性时程分析宜采用双向地震输入;对竖向地震作用比较敏感的结构,如连体结构、大跨度转换结构、长悬臂结构、高度超过300m的结构等,宜采用三向地震输入。
3.10.1 特一级构件应采取比一级抗震等级更严格的构造措施,应按本节及第10章的有关规定执行;没有特别规定的,应按一级的规定执行。
3.10.2~3.10.4 对特一级框架梁、框架柱、框支柱的“强柱弱梁”、“强剪弱弯”以及构造配筋提出比一级更高的要求。框架角柱的弯矩和剪力设计值仍应按本规程第6.2.4条的规定,乘以不小于1.1的增大系数。
3.10.5 本条第1款特一级剪力墙的弯矩设计值和剪力设计值均比一级的要求略有提高,适当增大剪力墙的受弯和受剪承载力;第2、3款对剪力墙边缘构件及分布钢筋的构造配筋要求适当提高;第5款明确特一级连梁的要求同一级,取消了02规程第3.9.2条第5款设置交叉暗撑的要求。
3.9.1 本条规定了各设防类别高层建筑结构采取抗震措施(包括抗震构造措施)时的设防标准,与现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定一致;Ⅰ类建筑场地上高层建筑抗震构造措施的放松要求与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定一致。
3.9.2 历次大地震的经验表明,同样或相近的建筑,建造于Ⅰ类场地时震害较轻,建造于Ⅲ、Ⅳ类场地震害较重。对Ⅲ、Ⅳ类场地,本条规定对7度设计基本地震加速度为0.15g以及8度设计基本地震加速度0.30g的地区,宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施,而不提高抗震措施中的其他要求,如按概念设计要求的内力调整措施等。
同样,本规程第3.9.1条对建造在Ⅰ类场地的甲、乙、丙类建筑,允许降低抗震构造措施,但不降低其他抗震措施要求,如按概念设计要求的内力调整措施等。
3.9.3、3.9.4 抗震设计的钢筋混凝土高层建筑结构,根据设防烈度、结构类型、房屋高度区分为不同的抗震等级,采用相应的计算和构造措施。抗震等级的高低,体现了对结构抗震性能要求的严格程度。比一级有更高要求时则提升至特一级,其计算和构造措施比一级更严格。基于上述考虑,A级高度的高层建筑结构,应按表3.9.3确定其抗震等级;甲类建筑9度设防时,应采取比9度设防更有效的措施;乙类建筑9度设防时,抗震等级提升至特一级。B级高度的高层建筑,其抗震等级有更严格的要求,应按表3.9.4采用;特一级构件除符合一级抗震要求外,尚应符合本规程第3.10节的规定以及第10章的有关规定。
抗震等级是根据国内外高层建筑震害、有关科研成果、工程设计经验而划分的。框架-剪力墙结构中,由于剪力墙部分的刚度远大于框架部分的刚度,因此对框架部分的抗震能力要求比纯框架结构可以适当降低。当剪力墙或框架相对较少时,其抗震等级的确定尚应符合本规程第8.1.3条的有关规定。
在结构受力性质与变形方面,框架-核心筒结构与框架-剪力墙结构基本上是一致的,尽管框架-核心筒结构由于剪力墙组成筒体而大大提高了其抗侧力能力,但其周边的稀柱框架相对较弱,设计上与框架-剪力墙结构基本相同。由于框架-核心筒结构的房屋高度一般较高(大于60m),其抗震等级不再划分高度,而统一取用了较高的规定。本次修订,第3.9.3条增加了表注3,对于房屋高度不超过60m的框架-核心筒结构,其作为筒体结构的空间作用已不明显,总体上更接近于框架-剪力墙结构,因此其抗震等级允许按框架-剪力墙结构采用。
3.9.5、3.9.6 这两条是关于地下室及裙楼抗震等级的规定,是对本规程第3.9.3、3.9.4条的补充。
带地下室的高层建筑,当地下室顶板可视作结构的嵌固部位时,地震作用下结构的屈服部位将发生在地上楼层,同时将影响到地下一层;地面以下结构的地震响应逐渐减小。因此,规定地下一层的抗震等级不能降低,而地下一层以下不要求计算地震作用,其抗震构造措施的抗震等级可逐层降低。第3.9.5条中“相关范围”一般指主楼周边外延1~2跨的地下室范围。
第3.9.6条明确了高层建筑的裙房抗震等级要求。当裙楼与主楼相连时,相关范围内裙楼的抗震等级不应低于主楼;主楼结构在裙房顶板对应的上、下各一层受刚度与承载力突变影响较大,抗震构造措施需要适当加强。本条中的“相关范围”,一般指主楼周边外延不少于三跨的裙房结构,相关范围以外的裙房可按裙房自身的结构类型确定抗震等级。裙房偏置时,其端部有较大扭转效应,也需要适当加强。
3.9.7 根据现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定,甲、乙类建筑应按提高一度查本规程表3.9.3、表3.9.4确定抗震等级(内力调整和构造措施);本规程第3.9.2条规定,当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时,对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区,宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施;本规程第3.3.1条规定,乙类建筑的钢筋混凝土房屋可按本地区抗震设防烈度确定其适用的最大高度。于是,可能出现甲、乙类建筑或Ⅲ、Ⅳ类场地设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区高层建筑提高一度后,其高度超过第3.3.1条中对应房屋的最大适用高度,因此按本规程表3.9.3、表3.9.4查抗震等级时可能与高度划分不能一一对应。此时,内力调整不提高,只要求抗震构造措施适当提高即可。
3.8.1 本条是高层建筑混凝土结构构件承载力设计的原则规定,采用了以概率理论为基础、以可靠指标度量结构可靠度、以分项系数表达的设计方法。本条仅针对持久设计状况、短暂设计状况和地震设计状况下构件的承载力极限状态设计,与现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153和《建筑抗震设计规范》GB 50011保持一致。偶然设计状况(如抗连续倒塌设计)以及结构抗震性能设计时的承载力设计应符合本规程的有关规定,不作为强制性内容。
结构构件作用组合的效应设计值应符合本规范第5.6.1~5.6.4条规定;结构构件承载力抗震调整系数的取值应符合本规范第3.8.2条及第11.1.7条的规定。由于高层建筑结构的安全等级一般不低于二级,因此结构重要性系数的取值不应小于1.0;按照现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的规定,结构重要性系数不再考虑结构设计使用年限的影响。
3.7.1 高层建筑层数多、高度大,为保证高层建筑结构具有必要的刚度,应对其楼层位移加以控制。侧向位移控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的一个宏观指标。
在正常使用条件下,限制高层建筑结构层间位移的主要目的有两点:
1 保证主结构基本处于弹性受力状态,对钢筋混凝土结构来讲,要避免混凝土墙或柱出现裂缝;同时,将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限制在规范允许范围之内。
2 保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显损伤。
迄今,控制层间变形的参数有三种:即层间位移与层高之比(层间位移角);有害层间位移角;区格广义剪切变形。其中层间位移角是过去应用最广泛,最为工程技术人员所熟知的,原规程JGJ 3-91也采用了这个指标。

如上所述,从结构受力与变形的相关性来看,参数γij即剪切变形较符合实际情况;但就结构的宏观控制而言,参数θi即层间位移角又较简便。
考虑到层间位移控制是一个宏观的侧向刚度指标,为便于设计人员在工程设计中应用,本规程采用了层间最大位移与层高之比△u/h,即层间位移角θ作为控制指标。
3.7.2 目前,高层建筑结构是按弹性阶段进行设计的。地震按小震考虑;结构构件的刚度采用弹性阶段的刚度;内力与位移分析不考虑弹塑性变形。因此所得出的位移相应也是弹性阶段的位移,比在大震作用下弹塑性阶段的位移小得多,因而位移的控制指标也比较严。
3.7.3 本规程采用层间位移角△u/h作为刚度控制指标,不扣除整体弯曲转角产生的侧移,即直接采用内力位移计算的位移输出值。
高度不大于150m的常规高度高层建筑的整体弯曲变形相对影响较小,层间位移角△u/h的限值按不同的结构体系在1/550~1/1000之间分别取值。但当高度超过150m时,弯曲变形产生的侧移有较快增长,所以超过250m高度的建筑,层间位移角限值按1/500作为限值。150m~250m之间的高层建筑按线性插入考虑。
本条层间位移角△u/h的限值指最大层间位移与层高之比,第i层的△u/h指第i层和第i-1层在楼层平面各处位移差△ui=ui-ui-1中的最大值。由于高层建筑结构在水平力作用下几乎都会产生扭转,所以△u的最大值一般在结构单元的尽端处。
本次修订,表3.7.3中将“框支层”改为“除框架外的转换层”,包括了框架-剪力墙结构和筒体结构的托柱或托墙转换以及部分框支剪力墙结构的框支层;明确了水平位移限值针对的是风荷载或多遇地震作用标准值作用下结构分析所得到的位移计算值。
3.7.4 震害表明,结构如果存在薄弱层,在强烈地震作用下,结构薄弱部位将产生较大的弹塑性变形,会引起结构严重破坏甚至倒塌。本条对不同高层建筑结构的薄弱层弹塑性变形验算提出了不同要求,第1款所列的结构应进行弹塑性变形验算,第2款所列的结构必要时宜进行弹塑性变形验算,这主要考虑到高层建筑结构弹塑性变形计算的复杂性。
本次修订,本条第1款增加高度大于150m的结构应验算罕遇地震下结构的弹塑性变形的要求。主要考虑到,150m以上的高层建筑一般都比较重要,数量相对不是很多,且目前结构弹塑性分析技术和软件已有较大发展和进步,适当扩大结构弹塑性分析范围已具备一定条件。
3.7.5 结构弹塑性位移限值与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011一致。
3.7.6 高层建筑物在风荷载作用下将产生振动,过大的振动加速度将使在高楼内居住的人们感觉不舒适,甚至不能忍受,两者的关系见表2。

对照国外的研究成果和有关标准,要求高层建筑混凝土结构应具有良好的使用条件,满足舒适度的要求,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定的10年一遇的风荷载取值计算或专门风洞试验确定的结构顶点最大加速度αmax不应超过本规程表3.7.6的限值,对住宅、公寓αmax不大于0.15m/s2,对办公楼、旅馆αmax不大于0.25m/s2。
高层建筑的风振反应加速度包括顺风向最大加速度、横风向最大加速度和扭转角速度。关于顺风向最大加速度和横风向最大加速度的研究工作虽然较多,但各国的计算方法并不统一,互相之间也存在明显的差异。建议可按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的相关规定进行计算。
本次修订,明确了计算舒适度时结构阻尼比的取值要求。一般情况,对混凝土结构取0.02,对混合结构可根据房屋高度和结构类型取0.01~0.02。
3.7.7 本条为新增内容。楼盖结构舒适度控制近20年来已引起世界各国广泛关注,英美等国进行了大量实测研究,颁布了多种版本规程、指南。我国大跨楼盖结构正大量兴起,楼盖结构舒适度控制已成为我国建筑结构设计中又一重要工作内容。
对于钢筋混凝土楼盖结构、钢-混凝土组合楼盖结构(不包括轻钢楼盖结构),一般情况下,楼盖结构竖向频率不宜小于3Hz,以保证结构具有适宜的舒适度,避免跳跃时周围人群的不舒适。楼盖结构竖向振动加速度不仅与楼盖结构的竖向频率有关,还与建筑使用功能及人员起立、行走、跳跃的振动激励有关。一般住宅、办公、商业建筑楼盖结构的竖向频率小于3Hz时,需验算竖向振动加速度。楼盖结构的振动加速度可按本规程附录A计算,宜采用时程分析方法,也可采用简化近似方法,该方法参考美国应用技术委员会(Applied Technology Council)1999年颁布的设计指南1(ATC Design Guide 1)“减小楼盖振动”(Minimizing Floor Vibration)。舞厅、健身房、音乐厅等振动激励较为特殊的楼盖结构舒适度控制应符合国家现行有关标准的规定。
表3.7.7参考了国际标准化组织发布的ISO 2631-2(1989)标准的有关规定。
3.6.1 在目前高层建筑结构计算中,一般都假定楼板在自身平面内的刚度无限大,在水平荷载作用下楼盖只有刚性位移而不变形。所以在构造设计上,要使楼盖具有较大的平面内刚度。再者,楼板的刚性可保证建筑物的空间整体性能和水平力的有效传递。房屋高度超过50m的高层建筑采用现浇楼盖比较可靠。
框架-剪力墙结构由于框架和剪力墙侧向刚度相差较大,因而楼板变形更为显著;主要抗侧力结构剪力墙的间距较大,水平荷载要通过楼面传递,因此框架-剪力墙结构中的楼板应有更良好的整体性。
3.6.2 本条是由02规程是第4.5.3、4.5.4条合并修改而成,进一步强调高层建筑楼盖系统的整体性要求。当抗震设防烈度为8、9度时,宜采用现浇楼板,以保证地震力的可靠传递。房屋高度小于50m且为非抗震设计和6、7度抗震设计时,可以采用加现浇钢筋混凝土面层的装配整体式楼板,并应满足相应的构造要求,以保证其整体工作。
唐山地震(1976年)和汶川地震(2008年)震害调查表明:提高装配式楼面的整体性,可以减少在地震中预制楼板坠落伤人的震害。加强填缝构造和现浇叠合层混凝土是增强装配式楼板整体性的有效措施。为保证板缝混凝土的浇筑质量,板缝宽度不应过小。在较宽的板缝中放入钢筋,形成板缝梁,能有效地形成现浇与装配结合的整体楼面,效果显著。
针对目前钢筋混凝土剪力墙结构中采用预制楼板的情况很少,本次修订取消了有关预制板与现浇剪力墙连接的构造要求;预制板在梁上的搁置长度由02规程的35mm增加到50mm,以进一步保证安全。
3.6.3 重要的、受力复杂的楼板,应比一般层楼板有更高的要求。屋面板、转换层楼板、大底盘多塔楼结构的底盘屋面板、开口过大的楼板以及作为房屋嵌固部位的地下室楼板应采用现浇板,以增强其整体性。顶层楼板应加厚并采用现浇,以抵抗温度应力的不利影响,并可使建筑物顶部约束加强,提高抗风、抗震能力。转换层楼盖上面是剪力墙或较密的框架柱,下部转换为部分框架、部分落地剪力墙,转换层上部抗侧力构件的剪力要通过转换层楼板进行重分配,传递到落地墙和框支柱上去,因而楼板承受较大的内力,因此要用现浇楼板并采取加强措施。一般楼层的现浇楼板厚度在100mm~140mm范围内,不应小于80mm,楼板太薄不仅容易因上部钢筋位置变动而开裂,同时也不便于敷设各类管线。
3.6.4 采用预应力平板可以有效减小楼面结构高度,压缩层高并减轻结构自重;大跨度平板可以增加使用面积,容易适应楼面用途改变。预应力平板近年来在高层建筑楼面结构中应用比较广泛。
为了确定板的厚度,必须考虑挠度、受冲切承载力、防火及钢筋防腐蚀要求等。在初步设计阶段,为控制挠度通常可按跨高比得出板的最小厚度。但仅满足挠度限值的后张预应力板可能相当薄,对柱支承的双向板若不设柱帽或托板,板在柱端可能受冲切承载力不够。因此,在设计中应验算所选板厚是否有足够的抗冲切能力。
3.6.5 楼板是与梁、柱和剪力墙等主要抗侧力结构连接在一起的,如果不采取措施,则施加楼板预应力时,不仅压缩了楼板,而且大部分预应力将加到主体结构上去,楼板得不到充分的压缩应力,而又对梁柱和剪力墙附加了侧向力,产生位移且不安全。为了防止或减小主体结构刚度对施加楼盖预应力的不利影响,应考虑合理的预应力施工方案。
3.5.1 历次地震震害表明:结构刚度沿竖向突变、外形外挑或内收等,都会产生某些楼层的变形过分集中,出现严重震害甚至倒塌。所以设计中应力求使结构刚度自下而上逐渐均匀减小,体形均匀、不突变。1995年阪神地震中,大阪和神户市不少建筑产生中部楼层严重破坏的现象,其中一个原因就是结构侧向刚度在中部楼层产生突变。有些是柱截面尺寸和混凝土强度在中部楼层突然减小,有些是由于使用要求使剪力墙在中部楼层突然取消,这些都引发了楼层刚度的突变而产生严重震害。柔弱底层建筑物的严重破坏在国内外的大地震中更是普遍存在。
结构竖向布置规则性说明可参阅本规程第3.1.4、3.1.5条。
3.5.2 正常设计的高层建筑下部楼层侧向刚度宜大于上部楼层的侧向刚度,否则变形会集中于刚度小的下部楼层而形成结构软弱层,所以应对下层与相邻上层的侧向刚度比值进行限制。
本次修订,对楼层侧向刚度变化的控制方法进行了修改。中国建筑科学研究院的振动台试验研究表明,规定框架结构楼层与上部相邻楼层的侧向刚度比γ1不宜小于0.7,与上部相邻三层侧向刚度平均值的比值不宜小于0.8是合理的。
对框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构,楼面体系对侧向刚度贡献较小,当层高变化时刚度变化不明显,可按本条式(3.5.2-2)定义的楼层侧向刚度比作为判定侧向刚度变化的依据,但控制指标也应做相应的改变,一般情况按不小于0.9控制;层高变化较大时,对刚度变化提出更高的要求,按1.1控制;底部嵌固楼层层间位移角结果较小,因此对底部嵌固楼层与上一层侧向刚度变化作了更严格的规定,按1.5控制。
3.5.3 楼层抗侧力结构的承载能力突变将导致薄弱层破坏,本规程针对高层建筑结构提出了限制条件,B级高度高层建筑的限制条件比现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的要求更加严格。
柱的受剪承载力可根据柱两端实配的受弯承载力按两端同时屈服的假定失效模式反算;剪力墙可根据实配钢筋按抗剪设计公式反算;斜撑的受剪承载力可计及轴力的贡献,应考虑受压屈服的影响。
3.5.4 抗震设计时,若结构竖向抗侧力构件上、下不连续,则对结构抗震不利,属于竖向不规则结构。在南斯拉夫斯可比耶地震(1964年)、罗马尼亚布加勒斯特地震(1977年)中,底层全部为柱子、上层为剪力墙的结构大都严重破坏,因此在地震区不应采用这种结构。部分竖向抗侧力构件不连续,也易使结构形成薄弱部位,也有不少震害实例,抗震设计时应采取有效措施。本规程所述底部带转换层的大空间结构就属于竖向不规则结构,应按本规程第10章的有关规定进行设计。
3.5.5 1995年日本阪神地震、2010年智利地震震害以及中国建筑科学研究院的试验研究表明,当结构上部楼层相对于下部楼层收进时,收进的部位越高、收进后的平面尺寸越小,结构的高振型反应越明显,因此对收进后的平面尺寸加以限制。当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时,结构的扭转效应和竖向地震作用效应明显,对抗震不利,因此对其外挑尺寸加以限制,设计上应考虑竖向地震作用影响。
本条所说的悬挑结构,一般指悬挑结构中有竖向结构构件的情况。
3.5.6 本条为新增条文,规定了高层建筑中质量沿竖向分布不规则的限制条件,与美国有关规范的规定一致。
3.5.7 本条为新增条文。如果高层建筑结构同一楼层的刚度和承载力变化均不规则,该层极有可能同时是软弱层和薄弱层,对抗震十分不利,因此应尽量避免,不宜采用。
3.5.8 本条是02规程第5.1.14条修改而成。刚度变化不符合本规程第3.5.2条要求的楼层,一般称作软弱层;承载力变化不符合本规程第3.5.3条要求的楼层,一般可称作薄弱层。为了方便,本规程把软弱层、薄弱层以及竖向抗侧力构件不连续的楼层统称为结构薄弱层。结构薄弱层在地震作用标准值作用下的剪力应适当增大,增大系数由02规程的1.15调整为1.25,适当提高安全度要求。
3.5.9 顶层取消部分墙、柱而形成空旷房间时,其楼层侧向刚度和承载力可能比其下部楼层相差较多,是不利于抗震的结构,应进行更详细的计算分析,并采取有效的构造措施。如采用弹性或弹塑性时程分析方法进行补充计算、柱子箍筋全长加密配置、大跨度屋面构件要考虑竖向地震产生的不利影响等。
3.4.1 结构平面布置应力求简单、规则,避免刚度、质量和承载力分布不均匀,是抗震概念设计的基本要求。结构规则性解释参见本规程第3.1.4、3.1.5条。
3.4.2 高层建筑承受较大的风力。在沿海地区,风力成为高层建筑的控制性荷载,采用风压较小的平面形状有利于抗风设计。
对抗风有利的平面形状是简单规则的凸平面,如圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面是有较多凹凸的复杂形状平面,如V形、Y形、H形、弧形等平面。
3.4.3 平面过于狭长的建筑物在地震时由于两端地震波输入有位相差而容易产生不规则振动,产生较大的震害,表3.4.3给出了L/B的最大限值。在实际工程中,L/B在6、7度抗震设计时最好不超过4;在8、9度抗震设计时最好不超过3。
平面有较长的外伸时,外伸段容易产生局部振动而引发凹角处应力集中和破坏,外伸部分l/b的限值在表3.4.3中已列出,但在实际工程设计中最好控制l/b不大于1。
角部重叠和细腰形的平面图形(图1),在中央部位形成狭窄部分,在地震中容易产生震害,尤其在凹角部位,因为应力集中容易使楼板开裂、破坏,不宜采用。如采用,这些部位应采取加大楼板厚度、增加板内配筋、设置集中配筋的边梁、配置45°斜向钢筋等方法予以加强。
需要说明的是,表3.4.3中,三项尺寸的比例关系是独立的规定,一般不具有关联性。

3.4.4 本规程对B级高度钢筋混凝土结构及混合结构的最大适用高度已有所放松,与此相应,对其结构的规则性要求应该更加严格;本规程第10章所指的复杂高层建筑结构,其竖向布置已不规则,对这些结构的平面布置的规则性应提出更高要求。
3.4.5 本条规定主要是限制结构的扭转效应。国内、外历次大地震震害表明,平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构,在地震中遭受到严重的破坏。国内一些振动台模型试验结果也表明,过大的扭转效应会导致结构的严重破坏。
对结构的扭转效应主要从两个方面加以限制:
1 限制结构平面布置的不规则性,避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。本条对A级高度高层建筑、B级高度高层建筑、混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑,分别规定了扭转变形的下限和上限,并规定扭转变形的计算应考虑偶然偏心的影响(见本规程第4.3.3条)。B级高度高层建筑、混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑的上限值1.4比现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定更加严格,但与国外有关标准(如美国规范IBC、UBC,欧洲规范Eurocode-8)的规定相同。
扭转位移比计算时,楼层的位移可取“规定水平地震力”计算,由此得到的位移比与楼层扭转效应之间存在明确的相关性。“规定水平地震力”一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力,并考虑偶然偏心。水平作用力的换算原则:每一楼面处的水平作用力取该楼面上、下两个楼层的地震剪力差的绝对值;连体下一层各塔楼的水平作用力,可由总水平作用力按该层各塔楼的地震剪力大小进行分配计算。结构楼层位移和层间位移控制值验算时,仍采用CQC的效应组合。
当计算的楼层最大层间位移角不大于本楼层层间位移角限值的40%时,该楼层的扭转位移比的上限可适当放松,但不应大于1.6。扭转位移比为1.6时,该楼层的扭转变形已很大,相当于一端位移为1,另一端位移为4。
2 限制结构的抗扭刚度不能太弱。关键是限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比。当两者接近时,由于振动耦联的影响,结构的扭转效应明显增大。若周期比Tt/Tl小于0.5,则相对扭转振动效应θr/u一般较小(θ、r分别为扭转角和结构的回转半径,θr表示由于扭转产生的离质心距离为回转半径处的位移,u为质心位移),即使结构的刚度偏心很大,偏心距e达到0.7r,其相对扭转变形θr/u值亦仅为0.2。而当周期比Tt/Tl大于0.85以后,相对扭振效应θr/u值急剧增加。即使刚度偏心很小,偏心距e仅为0.1r,当周期比Tt/Tl等于0.85时,相对扭转变形θr/u值可达0.25;当周期比Tt/Tl接近1时,相对扭转变形θr/u值可达0.5。由此可见,抗震设计中应采取措施减小周期比Tt/Tl值,使结构具有必要的抗扭刚度。如周期比Tt/Tl不满足本条规定的上限值时,应调整抗侧力结构的布置,增大结构的抗扭刚度。
扭转耦联振动的主振型,可通过计算振型方向因子来判断。在两个平动和一个扭转方向因子中,当扭转方向因子大于0.5时,则该振型可认为是扭转为主的振型。高层结构沿两个正交方向各有一个平动为主的第一振型周期,本条规定的Tl是指刚度较弱方向的平动为主的第一振型周期,对刚度较强方向的平动为主的第一振型周期与扭转为主的第一振型周期Tt的比值,本条未规定限值,主要考虑对抗扭刚度的控制不致过于严格。有的工程如两个方向的第一振型周期与Tt的比值均能满足限值要求,其抗扭刚度更为理想。周期比计算时,可直接计算结构的固有自振特征,不必附加偶然偏心。
高层建筑结构当偏心率较小时,结构扭转位移比一般能满足本条规定的限值,但其周期比有的会超过限值,必须使位移比和周期比都满足限值,使结构具有必要的抗扭刚度,保证结构的扭转效应较小。当结构的偏心率较大时,如结构扭转位移比能满足本条规定的上限值,则周期比一般都能满足限值。
3.4.6 目前在工程设计中应用的多数计算分析方法和计算机软件,大多假定楼板在平面内不变形,平面内刚度为无限大,这对于大多数工程来说是可以接受的。但当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时,楼板可能产生显著的面内变形,这时宜采用考虑楼板变形影响的计算方法,并应采取相应的加强措施。
楼板有较大凹入或开有大面积洞口后,被凹口或洞口划分开的各部分之间的连接较为薄弱,在地震中容易相对振动而使削弱部位产生震害,因此对凹入或洞口的大小加以限制。设计中应同时满足本条规定的各项要求。以图2所示平面为例,L2不宜小于0.5L1,a1与a2之和不宜小于0.5L2且不宜小于5m,a1和a2均不应小于2m,开洞面积不宜大于楼面面积的30%。

3.4.7 高层住宅建筑常采用艹字形、井字形平面以利于通风采光,而将楼电梯间集中配置于中央部位。楼电梯间无楼板而使楼面产生较大削弱,此时应将楼电梯间周边的剩余楼板加厚,并加强配筋。外伸部分形成的凹槽可加拉梁或拉板,拉梁宜宽扁放置并加强配筋,拉梁和拉板宜每层均匀设置。
3.4.8 在地震作用时,由于结构开裂、局部损坏和进入弹塑性变形,其水平位移比弹性状态下增大很多。因此,伸缩缝和沉降缝的两侧很容易发生碰撞。1976年唐山地震中,调查了35幢高层建筑的震害,除新北京饭店(缝净宽600mm)外,许多高层建筑都是有缝必碰,轻的装修、女儿墙碰碎,面砖剥落,重的顶层结构损坏,天津友谊宾馆(8层框架)缝净宽达150mm也发生严重碰撞而致顶层结构破坏;2008年汶川地震中也有数多类似震害实例。另外,设缝后,常带来建筑、结构及设备设计上的许多困难,基础防水也不容易处理。近年来,国内较多的高层建筑结构,从设计和施工等方面采取了有效措施后,不设或少设缝,从实践上看来是成功的、可行的。抗震设计时,如果结构平面或竖向布置不规则且不能调整时,则宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。
3.4.10 抗震设计时,建筑物各部分之间的关系应明确:如分开,则彻底分开;如相连,则连接牢固。不宜采用似分不分、似连不连的结构方案。为防止建筑物在地震中相碰,防震缝必须留有足够宽度。防震缝净宽度原则上应大于两侧结构允许的地震水平位移之和。2008年汶川地震进一步表明,02规程规定的防震缝宽度偏小,容易造成相邻建筑的相互碰撞,因此将防震缝的最小宽度由70mm改为100mm。本条规定是最小值,在强烈地震作用下,防震缝两侧的相邻结构仍可能局部碰撞而损坏。本条规定的防震缝宽度要求与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011是一致的。
天津友谊宾馆主楼(8层框架)与单层餐厅采用了餐厅层屋面梁支承在主框架牛腿上加以钢筋焊接,在唐山地震中由于振动不同步,牛腿拉断、压碎,产生严重震害,证明这种连接方式对抗震是不利的;必须采用时,应针对具体情况,采取有效措施避免地震时破坏。
3.4.11 抗震设计时,伸缩缝和沉降缝应留有足够的宽度,满足防震缝的要求。无抗震设防要求时,沉降缝也应有一定的宽度,防止因基础倾斜而顶部相碰的可能性。
3.4.12 本条是依据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010制定的。考虑到近年来高层建筑伸缩缝间距已有许多工程超出了表中规定(如北京昆仑饭店为剪力墙结构,总长114m;北京京伦饭店为剪力墙结构,总长138m),所以规定在有充分依据或有可靠措施时,可以适当加大伸缩缝间距。当然,一般情况下,无专门措施时则不宜超过表中规定的数值。
如屋面无保温、隔热措施,或室内结构在露天中长期放置,在温度变化和混凝土收缩的共同影响下,结构容易开裂;工程中采用收缩性较大的混凝土(如矿渣水泥混凝土等),则收缩应力较大,结构也容易产生开裂。因此这些情况下伸缩缝的间距均应比表中数值适当减小。
3.4.13 提高配筋率可以减小温度和收缩裂缝的宽度,并使其分布较均匀,避免出现明显的集中裂缝;在普通外墙设置外保温层是减少主体结构受温度变化影响的有效措施。
施工后浇带的作用在于减少混凝土的收缩应力,并不直接减少使用阶段的温度应力。所以通过后浇带的板、墙钢筋宜断开搭接,以便两部分的混凝土各自自由收缩;梁主筋断开问题较多,可不断开。后浇带应从受力影响小的部位通过(如梁、板1/3跨度处,连梁跨中等部位),不必在同一截面上,可曲折而行,只要将建筑物分开为两段即可。混凝土收缩需要相当长时间才能完成,一般在45d后收缩大约可以完成60%,能更有效地限制收缩裂缝。