结构设计的基本问题

来源：惠讲建筑结构 1.1 抗震设防类别《建筑工程抗震设防分类标准》第3.0.3条规定了建筑的抗震设防类别。绝大多数建筑抗震设防类别为丙类及乙类，重点看此二类即可。一栋建筑应划分为哪类，具体看本规范后续章节及其条文说明（特注：根据最新养老规范JGJ450-2018，养老建筑为丙类）。丙类建筑为标准设防类，按常规设计。乙类建筑为重点设防类，对设计的影响：

来源：惠讲建筑结构

1.1 抗震设防类别

《建筑工程抗震设防分类标准》第3.0.3条规定了建筑的抗震设防类别。绝大多数建筑抗震设防类别为丙类及乙类，重点看此二类即可。一栋建筑应划分为哪类，具体看本规范后续章节及其条文说明（特注：根据最新养老规范JGJ450-2018，养老建筑为丙类）。丙类建筑为标准设防类，按常规设计。乙类建筑为重点设防类，对设计的影响：

（1）在丙类的基础上提高一度确定抗震措施，主要体现为按提高一度查抗震等级以及与此抗震等级相关的一系列抗震措施，混凝土结构抗震等级结合抗规3.3条、6.1.2条或高规3.9条确定。应注意，仅提高抗震措施，地震作用不提高，即地震影响系数最大值α_max依然按设防烈度取值。

（2）建筑结构的安全等级为一级，结构重要性系数γ₀取为1.1（可靠度规范8.2.8条）。

1.2 超长和不均匀沉降

（1）结构单元的平面尺寸超过混规8.1.1条规定的，为超长结构。应通过设置伸缩缝或伸缩后浇带避免因热胀冷缩带来的不利影响。

（2）结构单元的基底土质差别较大或相邻部分高度、荷载、结构形式差别较大等，可能使结构发生不均匀沉降时，应通过设置沉降缝或沉降后浇带避免不均匀沉降带来的不利影响。

1.3 规则性

1.3.1 平面不规则及竖向不规则

抗规3.4.3条，各种不规则定义及图例解释见规范原文及其条文说明。当建筑平面或立面不规则时，可设置防震缝，形成相对规则的若干个结构单元。当无法设置防震缝时，对不规则的结构应采取一定的措施。

1.平面不规则包括：

（1）扭转不规则。

处理措施：位移比大于1.2时，采用空间结构计算模型（YJK即为空间模型），考虑扭转耦联（YJK默认考虑）；当位移比大于1.3时，考虑双向地震（认为质量刚度明显不对称）；位移比一般不应不大于1.4。

（2）凹凸不规则。

处理措施：楼板定义为弹性膜，面内刚度真实计算，面外刚度为零。但计算整体指标依然采用刚性楼板假定。

（3）楼板局部不连续。

处理措施：楼板定义为弹性膜，面内刚度真实计算，面外刚度为零。但计算整体指标依然采用刚性楼板假定。

2.竖向不规则包括：

（1）侧向刚度不规则。

处理措施：地震剪力乘以1.25（高规）。YJK按高规自动默认1.25。

（2）竖向抗侧力构件不连续。

处理措施：传给转换梁的地震内力乘以1.25~2。YJK中定义转换梁。

（3）楼层承载力突变。

处理措施：薄弱层受剪承载力不小于相邻上一层的65%，若小于则调整结构。

1.3.2 高层建筑不规则超限判别

对于高层建筑，应对其不规则性进行超限判别。根据文件“《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2015]67号）”。对于不规则项超过各表（之一）的，应组织超限审查会。

表1：房屋高度(m)超过下列规定的高层建筑工程

结构类型		6度	7度 (0.1g)	7度 (0.15g)	8度 (0.20g)	8度 (0.30g)	9度
混凝土结构	框架	60	50	50	40	35	24
	框架-抗震墙	130	120	120	100	80	50
	抗震墙	140	120	120	100	80	60
	部分框支抗震墙	120	100	100	80	50	不应采用
	框架-核心筒	150	130	130	100	90	70
	筒中筒	180	150	150	120	100	80
	板柱-抗震墙	80	70	70	55	40	不应采用
	较多短肢墙	140	100	100	80	60	不应采用
	错层的抗震墙	140	80	80	60	60	不应采用
	错层的框架-抗震墙	130	80	80	60	60	不应采用
混合结构	钢框架-钢筋混凝土筒	200	160	160	120	100	70
	型钢（钢管）混凝土框架-钢筋混凝土筒	220	190	190	150	130	70
	钢外筒-钢筋混凝土内筒	260	210	210	160	140	80
	型钢（钢管）混凝土外筒-钢筋混凝土内筒	280	230	230	170	150	90
钢结构	框架	110	110	110	90	70	50
	框架-中心支撑	220	220	200	180	150	120
	框架-偏心支撑(延性墙板)	240	240	220	200	180	160
	各类筒体和巨型结构	300	300	280	260	240	180

注：平面和竖向均不规则(部分框支结构指框支层以上的楼层不规则)，其高度应比表内数值降低至少10%。

表2：同时具有下列三项及三项以上不规则的高层建筑工程(不论高度是否大于表1)

序	不规则类型	简要涵义	备注
1a	扭转不规则	考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2	参见GB50011-3.4.3
1b	偏心布置	偏心率大于0.15或相邻层质心相差大于相应边长15%	参见JGJ99-3.2.2
2a	凹凸不规则	平面凹凸尺寸大于相应边长30%等	参见GB50011-3.4.3
2b	组合平面	细腰形或角部重叠形	参见JGJ3-3.4.3
3	楼板不连续	有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高	参见GB50011-3.4.3
4a	刚度突变	相邻层刚度变化大于70%(按高规考虑层高修正时，数值相应调整)或连续三层变化大于80%	参见GB50011-3.4.3, JGJ3-3.5.2
4b	尺寸突变	竖向构件收进位置高于结构高度20%且收进大于25%,或外挑大于10%和4m,多塔	参见JGJ3-3.5.5
5	构件间断	上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类	参见GB50011-3.4.3
6	承载力突变	相邻层受剪承载力变化大于80%	参见GB50011-3.4.3
7	局部不规则	如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换，或个别楼层扭转位移比略大于1.2等	已计入1~6项者除外

注：深凹进平面在凹口设置连梁，当连梁刚度较小不足以协调两侧的变形时，仍视为凹凸不规则，不按楼板不连续的开洞对待；序号a、b不重复计算不规则项；局部的不规则，视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。

表3：具有下列2项或同时具有下表和表2中某项不规则的高层建筑工程(不论高度是否大于表1)

序	不规则类型	简要涵义	备注
1	扭转偏大	裙房以上的较多楼层考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.4	表二之1项不重复计算
2	抗扭刚度弱	扭转周期比大于0.9, 超过A级高度的结构扭转周期比大于0.85
3	层刚度偏小	本层侧向刚度小于相邻上层的50%	表二之4a项不重复计算
4	塔楼偏置	单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%	表二之4b项不重复计算

表4：具有下列某一项不规则的高层建筑工程 (不论高度是否大于表1)

序	不规则类型	简要涵义
1	高位转换	框支墙体的转换构件位置：7度超过5层，8度超过3层
2	厚板转换	7~9度设防的厚板转换结构
3	复杂连接	各部分层数、刚度、布置不同的错层，连体两端塔楼高度、体型或沿大底盘某个主轴方向的振动周期显著不同的结构
4	多重复杂	结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔等复杂类型的3种

注：仅前后错层或左右错层属于表2中的一项不规则，多数楼层同时前后、左右错层属于本表的复杂连接。

表5：其他高层建筑工程

序	简称	简要涵义
1	特殊类型高层建筑	抗震规范、高层混凝土结构规程和高层钢结构规程暂未列入的其他高层建筑结构，特殊形式的大型公共建筑及超长悬挑结构，特大跨度的连体结构等
2	大跨屋盖建筑	空间网格结构或索结构的跨度大于120m或悬挑长度大于40m，钢筋混凝土薄壳跨度大于60m，整体张拉式膜结构跨度大于60m，屋盖结构单元的长度大于300m，屋盖结构形式为常用空间结构形式的多重组合、杂交组合以及屋盖形体特别复杂的大型公共建筑

注：表中大型公共建筑的范围，可参见《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223。

1.4 结构缝

结构缝包括变形缝（含伸缩缝、沉降缝）和防震缝。通过设缝解决超长、不均匀沉降、体型不规则的问题。

（1）伸缩缝是指，为防止热胀冷缩对结构产生不利影响而设置的结构缝。当一栋建筑平面尺寸较大时设置，将建筑划分为尺度较小的若干个结构单元。

设缝范围：基顶以上超长楼层设缝，基础相连。

伸缩缝间距及其他相关规定见混规8.1条。

（2）沉降缝是指，为防止地基不均匀沉降对结构产生不利影响而设置的结构缝。当一栋建筑基底土质差别较大或建筑物相邻部分高度、荷载、结构形式差别较大，以及相邻墙柱基础埋深相差悬殊时设置，将建筑划分为相互独立的若干个结构单元。

设缝范围：从基础到屋面贯通设缝。

（3）防震缝是指，对体型复杂、平立面不规则的建筑，为减少地震作用的不利影响而设置的结构缝。如存在平面凹凸不规则、竖向收进、超长等造成建筑整体震动不协调的情况时，设置防震缝，形成相对独立的防震单元。防震缝要求见抗规6.1.4条或高规3.4.10条。

设缝范围：嵌固端以上设缝。

（4）设缝顺序：沉降缝→伸缩缝→防震缝

（5）伸缩缝和沉降缝均应满足防震缝的相关要求。应注意，带地下室大底盘的建筑不宜设置伸缩缝和沉降缝，通常采用伸缩后浇带和沉降后浇带以避免温度和沉降带来的不利影响。

1.5 后浇带

混凝土后浇带包括伸缩后浇带，沉降后浇带，宽度800mm。

（1）当结构单元的长度超过混规8.1条规定的长度且不宜设置结构缝时，应设置伸缩后浇带（高层建筑后浇带间距30~40m），从基底以上超长楼层布置。

伸缩后浇带封带：滞后45d以上（可完成60%收缩），控制月环境温度10度左右，采用高一级的微膨胀混凝土浇筑。

（2）当结构单元各部分存在较大沉降差且不宜设置结构缝时，应设置沉降后浇带，从基础底至屋面贯通布置。

沉降后浇带封带：在主楼结构封顶后且根据沉降观测结果，沉降观测稳定且经设计同意后，采用高一级的微膨胀混凝土浇筑。当沉降后浇带兼做伸缩后浇带时，封带应同时满足伸缩后浇带的要求。

（3）后浇带，平面布置可曲折，宜布置在与高层建筑相邻的裙房或者地库的第一跨内，条件受限可布置在第二跨内。

基础后浇带应避开基坑、柱墩及塔吊范围，当无法避开基坑的放坡时，可以将斜坡部分先浇筑，平板部分作为后浇带浇筑；

墙体后浇带应避开人防门框范围，从基础到屋面各层位置应相同；

梁板后浇带应在梁跨中附近布置，与梁正交，沿竖向应在同跨内，必要的时候上下层可不完全相同。

（4）装配式建筑的沉降后浇带布置，应注意地上预制层墙板板无法布置后浇带，可将预制层边跨采用现浇结构（通常会导致预制率不足）并布置后浇带，或预制层不设置后浇带，较高的结构先施工一部分楼层，沉降稳定后，先封闭现浇层的后浇带再施工其余预制层部分。

预制层不设置后浇带时，施工顺序示意：1.施工黄色区域（低楼的现浇层数，不含预制顶板）→2.施工红色区域（高低楼的地上层数差值）→3.沉降观测稳定后封闭后浇带→4.两塔楼同时且逐层施工绿色区域（低楼地上预制层数）。其他不同层数的高低楼层组合的，同样按此原则分四步施工，应保证两楼的黄色区域和绿色区域的层数分别相同。

图1 装配式建筑施工次序示意

1.6 其他问题

（1）高层建筑判断：根据高规1.0.2条判断建筑是否属于高层建筑。建筑高度取值可参见抗规表6.1.1的注1。

（2）嵌固端：抗规6.1.14条，嵌固端一般为±0，板厚不小于180，侧向刚度比满足2倍要求。当不满足刚度比时，嵌固端应逐层下延，直至基础。对于坡地建筑宜设置独立的挡土墙，否则应取坡顶和坡底两个嵌固端包络设计。

（3）周期折减系数：高规4.3.17条，根据非承重墙对结构刚度的影响确定，对地震力的影响较大。

（4）8、9度时大跨度和长悬挑结构应计算竖向地震，大跨度和长悬臂界定如下表：

表6 大跨度和长悬臂界定：

设防烈度	大跨度	长悬臂梁	长悬臂板
8度（0.2g）	＞16m	＞4m	＞2m
8度（0.3g）	＞14m	＞3.5m	＞1.75m
9度（0.4g）	＞12m	＞3m	＞1.5m

（5）结构的前三个振型应以平动、平动、扭转为宜。