多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例之 - 结构设计的原则和基本规定

3.1 结构设计的原则是什么？

多高层建筑设计中应符合安全适用、技术先进、经济合理、方便施工的原则。

建筑物首先是为了使用，因此对于不同类型建筑物必须满足使用功能的要求。住宅、办公楼、商场、宾馆、剧院、车站、机场、医院、学校等各种类型的建筑，他们的使用功能有着很大的区别。如果建筑物不能或不能很好满足他们的使用功能，则建造起来的建筑将是废品或者次品。

建筑同时又体现出社会的文化艺术。建筑设计中往往采用许多建筑艺术手法，体现出社会与时代的艺术气息。结构设计应当配合与保证建筑设计的很好实现，能够准确反映出建筑设计师所要表现的建筑艺术要求。

结构设计必须确保使用者在正常使用的安全，而且在遇到可能预料的各种灾难时，使生命财产的损失减少到最小程度。为此结构设计方案应当尽量做到受力明确、利于计算、便利计算、减小作用效应、增加结构构件抗力，利于非结构构件可靠连接，不易破坏、脱落与坍塌。

建筑物的使用尚有采光、通风、采暖、温湿度调节、供水、排水、照明、通信以及提供动力等要求，因此建筑结构的设计应和相关专业密切配合，便于多种管线，设备及设施的设计与施工安装。

多高层结构的设计应有先进性，尽量采用先进的、高科技的材料、设备的施工安装方法。 3．2 结构的设计使用年限和安全等级是怎样确定的？ 《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001规定： 1.0.5 结构的设计使用年限应按表1.0.5采用。

（一般钢筋混凝土结构的设计使用年限为50年，若建设单位提出更高的要求，也可以按建设单位的要求确定。）

1.0.6 结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度。结构可靠度可采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定。

1.0.7 结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求： 1 在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用。 2 在正常使用时具有良好的工作性能； 3 在正常维护下具有足够的耐久性能；

4 在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。

1.0.8 建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分应符合表1.0.8的要求

表1.0.8

1．0．9 建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级。

3．3 对于设计使用年限为100年及其以上的丙类建筑，设计基本地震加速度、抗震措施和抗震构造措施应如何确定？

首先要明确建筑寿命、设计使用年限和设计基准期的关系。 建筑寿命指从规划、实施到使用的总时间，即从确认需要建造开始直到建筑毁坏的全部时间。

设计使用年限指设计规定的结构或结构不需进行大修即可达到其预定的使用年限，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和一般维护下所应达到的使用年限。当房屋建筑达到设计使用年限后，经过鉴定和维修，可继续使用。因而设计使用年限不同于建筑寿命同一建筑中不同专业的设计使用年限可以不同，例如，外保温、给排水管道、室内外装修、电气管线、结构和地基基础，均可有不同的设计使用年限。

结构的设计基准期是指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，它不等同于建筑结构的设计使用年限，也不等同于建筑结构的寿命。一般设计规范所采用的设计基准期为50年，即设计时所考虑荷载、作用的统计参数均是按此基准期确定的。

对于设计使用年限为100年及其以上的丙类建筑，结构设计时应另行确定在其设计基准期内的活荷载、雪荷载、风荷载、地震等荷载和作用的取值，确定结构的可靠度指标以及确定包括钢筋保护层厚度等构件的有关参数的取值。其中结构抗震设计所采用的基本地震加速度、抗震措施和构造措施，应根据结构形式、设计使用年限、原设计基本地震加速度等条件专门研究后确定。基本地震加速度确定的一种方法，可参阅《建筑结构》杂志2002年第1期的文章《估计不同服役期结构的抗震设防水准的简单方法》（周锡元、曾德民、高晓安）。

3.4 建筑抗震设防分类是怎样确定的？

《建筑抗震设防分类标准》GB50223-95规定：

3.0.2 建筑抗震设防类别，应根据其使用功能的重要性可分为甲类、乙类、丙类、丁类四个类别，其划分应符合下列要求。

3.0.2.1 甲类建筑，地震破坏后对社会有严重影响，对国民经济有巨大损失或有特殊要求的建筑。

3．0．2．2 乙类建筑，主要指使用功能不能中断或需尽快恢复，且地震破坏会造成社会重大影响和国民经济重大损失的建筑。

3．0．2．3 丙类建筑，地震破坏后一般影响及其他不属于甲、乙、丙、丁类的建筑。 3．0．2．4 丁类建筑，地震破坏或倒塌不会影响甲、乙、丙类建筑，且社会影响、经

济损失轻微的建筑。一般为储存物品价值低、人员活动少的单层仓库等建筑。

3．0．3 各类建筑的抗震设计防标准，应符合下列要求。

3．0．3．1 甲类建筑，应按提高设防烈度一度设计（包括地震作用和抗震措施）。 3．0．3．2 乙类建筑，地震作用应按本地区抗震设防烈度计算。抗震措施，当设防烈度为6~8度时应提高一度设计，当为9度时，应加强抗震措施。对较小的乙类建筑，可采用抗震性能好、经济合理的结构体系，并按本地区的抗震设防烈度采取抗震措施。

已类建筑的地基基础可不提高抗震措施。

3．2．3．3 丙类建筑，地震作用和抗震措施应按本地区设防烈度设计。

3．2．3．4 丁类建筑，一般情况下，地震作用可不降低，当设防烈度为7~9度时，抗震措施可按本地区设防烈度降低一度设计，当为6度时可不降低。

3．0．3．5 本标准仅列出部分行业的甲、乙类建筑和少数丙类建筑，丁类建筑按本标准第

3.0.2.4款的规定确定，除甲、乙丁类以外，本标准未列出的宜划为丙类建筑。

9．0．3 广播、通信、交通运输建筑抗震设防类别，应按本标准有关章节的规定采用，医疗、城市动力系统、消防建筑的抗震设防类别，应符合表9.0.3的规定。

10．0．1 本章适用于住宅、旅馆、办公楼、教学楼、资料室、计算站、博物馆、幼儿园、公共建筑（影剧院、大会堂、体育馆）、商业建筑等的建筑抗震。

10．0．2 民用及其他建筑，应主要以其社会影响和经济损失的大小划分抗震设防类别。 10．0．3 民用及其他建筑抗震设防类别，应符合表10.0.3的规定。 11．0．1 本章适用于工业与民用的仓库类建筑抗震设防。

11．0．2 仓库类建筑，应根据其存放物品的经济价值和损坏后次生灾害的大小划分抗震设防类别。

11．0．3 仓库类建筑抗震设防类别，应符合表11.0.3的规定。

注：以上条文号均为《建筑抗震设防分类标准》的编号。 3.5 抗震设计的基本原则有哪些？

为了使用高层建筑有足够的抗震能力，达到小震不坏，中震可修，大震不倒的要求，应考虑下述的抗震设计基本原则。

（1）合理选择结构体系。对于钢筋混凝土结构，一般来说纯框架结构抗震能力较差，框架-剪力墙结构性能较好，剪力墙结构和筒体结构具有良好的空间整体性，刚度也较大，历次地震中震害都较小。

（2）平面布置力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位，避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间偏置，以免产生扭转的影响。

（3）竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多、过急、力求刚度均匀渐变，避免产生变形集中。

（4）结构的承载力、变形能力和刚度要均匀连续分布，适应结构的地震反应要求。某一部位过强、过刚也会使其他楼层形成相对薄弱环节而导致破坏。顶层、中间楼层取消部分墙柱形成大空间层后，要调整刚度并采取构造加强措施。底层部分剪力墙变为框支柱或取消部分柱子后，比上层刚度消弱更为不利，应专门考虑抗震措施。

不仅主体结构，而且非结构墙体（特别是砖砌体填充墙）的不规则、不连续布置也可能引起刚度的突变。

（5）高层建筑突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受高振型产生的鞭梢效应影响。必要时可以采用钢结构或型钢混凝土结构。

（6）在设计上的构造上实现多道设防。如框架结构采用强弱梁设计，梁屈服后柱仍能保持稳定，框架-剪力墙结构设计成连梁首先屈服，然后是墙肢，框架作为第三道防线，剪力墙结构通过构造措施保证连梁先屈服，并通过空间整体性形成高次超静定等。

（7）合理设置防震缝。一般情况下宜采取高速平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法尽量不设缝、少设缝。必须设缝时必须保证有足够的宽度。

（8）节点的承载力和刚度要与构件的承载力与刚度相适应。节点的承载力应大于构件的承载力。要从构造上采取措施防止反复荷载作用下承载力和刚度过早退化。装配式框架和大板结构必须加强节点的连接结构。

（9）保证结构有足够刚度，限制顶点和层间位移。在小震时，应防止过大位移使结构开烈、影响正常使用、中震时，应保证结构不到于严重破坏，可以修复；在强震下，结构不应发生倒塌，也不能因为位移过大而使主体结构失去稳定或基础转动过大而倾覆。

(10)构件设计应采取有效措施防止脆性破坏，保证构件有足够的延性。脆性破坏指 剪切、锚固和压碎等突然而无事先警告的破坏形式。设计时应保证抗剪承载力大于抗弯承

载力，按“强剪弱弯”的方针进行配筋。为提高构件的抗剪和抗压能力，加强约束箍筋是 有效措施。

（11)保证地基基础的承载力、刚度和有足够的抗滑移、抗转动能力，使整个高层建 筑成为一个稳定的体系，防止产生过大的差异沉降和倾覆。 (12)减轻结构自重，最大限度的降低地震的作用。 3.6抗震设计的多高层建筑对建筑场地有哪些规定? 表3-1