6 多层和高层钢筋混凝土房屋

6.1 一般规定

6.1.1 本章适用于现浇钢筋混凝土多层和高层房屋,包括采用符合本章第6.1.7条要求的装配整体式楼屋盖的房屋。
    对采用钢筋混凝土材料的高层建筑,从安全和经济诸方面综合考虑,其适用最大高度应有限制。当钢筋混凝土结构的房屋高度超过最大适用高度时,应通过专门研究,采取有效加强措施,如采用型钢混凝土构件、钢管混凝土构件等,并按建设部部长令的有关规定进行专项审查。
    与2001规范相比,本章对适用最大高度的修改如下:
        1 补充了8度(0.3g)时的最大适用高度,按8度和9度之间内插且偏于8度。
        2 框架结构的适用最大高度,除6度外有所降低。
        3 板柱-抗震墙结构的适用最大高度,有所增加。
        4 删除了在Ⅳ类场地适用的最大高度应适当降低的规定。
        5 对于平面和竖向均不规则的结构,适用的最大高度适当降低的规范用词,由“应”改为“宜”,一般减少10%左右。对于部分框支结构,表6.1.1的适用高度已经考虑框支的不规则而比全落地抗震墙结构降低,故对于框支结构的“竖向和平面均不规则”,指框支层以上的结构同时存在竖向和平面不规则的情况。
    还需说明:
    仅有个别墙体不落地,例如不落地墙的截面面积不大于总截面面积的10%,只要框支部分的设计合理且不致加大扭转不规则,仍可视为抗震墙结构,其适用最大高度仍可按全部落地的抗震墙结构确定。
    框架-核心筒结构存在抗扭不利和加强层刚度突变问题,其适用最大高度略低于筒中筒结构。框架-核心筒结构中,带有部分仅承受竖向荷载的无梁楼盖时,不作为表6.1.1的板柱-抗震墙结构对待。

6.1.2 钢筋混凝土房屋的抗震等级是重要的设计参数,89规范就明确规定应根据设防类别、结构类型、烈度和房屋高度四个因素确定。抗震等级的划分,体现了对不同抗震设防类别、不同结构类型、不同烈度、同一烈度但不同高度的钢筋混凝土房屋结构延性要求的不同,以及同一种构件在不同结构类型中的延性要求的不同。
    钢筋混凝土房屋结构应根据抗震等级采取相应的抗震措施。这里,抗震措施包括抗震计算时的内力调整措施和各种抗震构造措施。因此,乙类建筑应提高一度查表6.1.2确定其抗震等级。
    本章条文中,“X级框架”包括框架结构、框架-抗震墙结构、框支层和框架-核心筒结构、板柱-抗震墙结构中的框架,“X级框架结构”仅指框架结构的框架,“X级抗震墙”包括抗震墙结构、框架-抗震墙结构、筒体结构和板柱-抗震墙结构中的抗震墙。
    本次修订的主要变化如下:
        1 注意到《民用建筑设计通则》GB 50362规定,住宅10层及以上为高层建筑,多层公共建筑高度24m以上为高层建筑。本次修订,将框架结构的30m高度分界改为24m;对于7、8、9度时的框架-抗震墙结构,抗震墙结构以及部分框支抗震墙结构,增加24m作为一个高度分界,其抗震等级比2001规范降低一级,但四级不再降低,框支层框架不降低,总体上与89规范对“低层较规则结构”的要求相近。
        2 明确了框架-核心筒结构的高度不超过60m时,当按框架-抗震墙结构的要求设计时,其抗震等级按框架-抗震墙结构的规定采用。
        3 将“大跨度公共建筑”改为“大跨度框架”,并明确其跨度按18m划分。

6.1.3 本条是关于混凝土结构抗震等级的进一步补充规定。
    1 关于框架和抗震墙组成的结构的抗震等级。设计中有三种情况:其一,个别或少量框架,此时结构属于抗震墙体系的范畴,其抗震墙的抗震等级,仍按抗震墙结构确定;框架的抗震等级可参照框架-抗震墙结构的框架确定。其二,当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分是次要抗侧力构件,按本规范表6.1.2框架-抗震墙结构确定抗震等级;89规范要求其抗震墙底部承受的地震倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的50%。其三,墙体很少,即2001规范规定“在基本振型地震作用下,框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%”,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定。对于这类结构,本次修订进一步明确以下几点:一是将“在基本振型地震作用下”改为“在规定的水平力作用下”,“规定的水平力”的含义见本规范第3.4节;二是明确底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时仍属于框架结构范畴;三是删除了“最大适用高度可比框架结构适当增加”的规定;四是补充规定了其抗震墙的抗震等级。
    框架部分按刚度分配的地震倾覆力矩的计算公式,保持2001规范的规定不变:

    在框架结构中设置少量抗震墙,往往是为了增大框架结构的刚度、满足层间位移角限值的要求,仍然属于框架结构范畴,但层间位移角限值需按底层框架部分承担倾覆力矩的大小,在框架结构和框架-抗震墙结构两者的层间位移角限值之间偏于安全内插。
    2 关于裙房的抗震等级。裙房与主楼相连,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。裙房与主楼之间设防震缝,在大震作用下可能发生碰撞,该部位也需要采取加强措施。
    裙房与主楼相连的相关范围,一般可从主楼周边外延3跨且不小于20m,相关范围以外的区域可按裙房自身的结构类型确定其抗震等级。裙房偏置时,其端部有较大扭转效应,也需要加强。
    3 关于地下室的抗震等级。带地下室的多层和高层建筑,当地下室结构的刚度和受剪承载力比上部楼层相对较大时(参见本规范第6.1.14条),地下室顶板可视作嵌固部位,在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层,同时将影响到地下一层。地面以下地震响应逐渐减小,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,规定其抗震构造措施的抗震等级可逐层降低(图11)。

    4 关于乙类建筑的抗震等级。根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定,乙类建筑应按提高一度查本规范表6.1.2确定抗震等级(内力调整和构造措施)。本规范第6.1.1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7度乙类的框支结构房屋和8度乙类的框架结构、框架-抗震墙结构、部分框支抗震墙结构、板柱-抗震墙结构的房屋提高一度后,其高度超过本规范表6.1.2中抗震等级为一级的高度上界。此时,内力调整不提高,只要求抗震构造措施“高于一级”,大体与《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3中特一级的构造要求相当。

6.1.4 震害表明,本条规定的防震缝宽度的最小值,在强烈地震下相邻结构仍可能局部碰撞而损坏,但宽度过大会给立面处理造成困难。因此,是否设置防震缝应按本规范第3.4.5条的要求判断。
    防震缝可以结合沉降缝要求贯通到地基,当无沉降问题时也可以从基础或地下室以上贯通。当有多层地下室,上部结构为带裙房的单塔或多塔结构时,可将裙房用防震缝自地下室以上分隔,地下室顶板应有良好的整体性和刚度,能将地震剪力分布到整个地下室结构。
    8、9度框架结构房屋防震缝两侧层高相差较大时,可在防震缝两侧房屋的尽端沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙,通过抗撞墙的损坏减少防震缝两侧碰撞时框架的破坏。本次修订,抗撞墙的长度由2001规范的可不大于一个柱距,修改为“可不大于层高的1/2”。结构单元较长时,抗撞墙可能引起较大温度内力,也可能有较大扭转效应,故设置时应综合分析(图12)。

6.1.5 梁中线与柱中线之间、柱中线与抗震墙中线之间有较大偏心距时,在地震作用下可能导致核芯区受剪面积不足,对柱带来不利的扭转效应。当偏心距超过1/4柱宽时,需进行具体分析并采取有效措施,如采用水平加腋梁及加强柱的箍筋等。
    2008年局部修订,本条增加了控制单跨框架结构适用范围的要求。框架结构中某个主轴方向均为单跨,也属于单跨框架结构;某个主轴方向有局部的单跨框架,可不作为单跨框架结构对待。一、二层的连廊采用单跨框架时,需要注意加强。框-墙结构中的框架,可以是单跨。

6.1.6 楼、屋盖平面内的变形,将影响楼层水平地震剪力在各抗侧力构件之间的分配。为使楼、屋盖具有传递水平地震剪力的刚度,从78规范起,就提出了不同烈度下抗震墙之间不同类型楼、屋盖的长宽比限值。超过该限值时,需考虑楼、屋盖平面内变形对楼层水平地震剪力分配的影响。本次修订,8度框架-抗震墙结构装配整体式楼、屋盖的长宽比由2.5调整为2;适当放宽板柱-抗震墙结构现浇楼、屋盖的长宽比。

6.1.7 预制板的连接不足时,地震中将造成严重的震害。需要特别加强。在混凝土结构中,本规范仅适用于采用符合要求的装配整体式混凝土楼、屋盖。

6.1.8 在框架-抗震墙结构和板柱-抗震墙结构中,抗震墙是主要抗侧力构件,竖向布置应连续,防止刚度和承载力突变。本次修订,增加结合楼梯间布置抗震墙形成安全通道的要求;将2001规范“横向与纵向的抗震墙宜相连”改为“抗震墙的两端(不包括洞口两侧)宜设置端柱,或与另一方向的抗震墙相连”,明确要求两端设置端柱或翼墙;取消抗震墙设置在不需要开洞部位的规定,以及连梁最大跨高比和最小高度的规定。

6.1.9 本次修订,增加纵横向墙体互为翼墙或设置端柱的要求。
    部分框支抗震墙属于抗震不利的结构体系,本规范的抗震措施只限于框支层不超过两层的情况。本次修订,明确部分框支抗震墙结构的底层框架应满足框架-抗震墙结构对框架部分承担地震倾覆力矩的限值——框支层不应设计为少墙框架体系(图13)。
    为提高较长抗震墙的延性,分段后各墙段的总高度与墙宽之比,由不应小于2改为不宜小于3(图14)。

6.1.10 延性抗震墙一般控制在其底部即计算嵌固端以上一定高度范围内屈服、出现塑性铰。设计时,将墙体底部可能出现塑性铰的高度范围作为底部加强部位,提高其受剪承载力,加强其抗震构造措施,使其具有大的弹塑性变形能力,从而提高整个结构的抗地震倒塌能力。
    89规范的底部加强部位与墙肢高度和长度有关,不同长度墙肢的加强部位高度不同。为了简化设计,2001规范改为底部加强部位的高度仅与墙肢总高度相关。本次修订,将“墙体总高度的1/8”改为“墙体总高度的1/10”;明确加强部位的高度一律从地下室顶板算起;当计算嵌固端位于地面以下时,还需向下延伸,但加强部位的高度仍从地下室顶板算起。
    此外,还补充了高度不超过24m的多层建筑的底部加强部位高度的规定。
    有裙房时,按本规范第6.1.3条的要求,主楼与裙房顶对应的相邻上下层需要加强。此时,加强部位的高度也可以延伸至裙房以上一层。

6.1.12 当地基土较弱,基础刚度和整体性较差,在地震作用下抗震墙基础将产生较大的转动,从而降低了抗震墙的抗侧力刚度,对内力和位移都将产生不利影响。

6.1.13 配合本规范第4.2.4条的规定,针对主楼与裙房相连的情况,明确其天然地基底部不宜出现零应力区。

6.1.14 为了能使地下室顶板作为上部结构的嵌固部位,本条规定了地下室顶板和地下一层的设计要求:
    地下室顶板必须具有足够的平面内刚度,以有效传递地震基底剪力。地下室顶板的厚度不宜小于180mm,若柱网内设置多个次梁时,板厚可适当减小。这里所指地下室应为完整的地下室,在山(坡)地建筑中出现地下室各边填埋深度差异较大时,宜单独设置支档结构。
    框架柱嵌固端屈服时,或抗震墙墙肢的嵌固端屈服时,地下一层对应的框架柱或抗震墙墙肢不应屈服。据此规定了地下一层框架柱纵筋面积和墙肢端部纵筋面积的要求。
    “相关范围”一般可从地上结构(主楼、有裙房时含裙房)周边外延不大于20m。
    当框架柱嵌固在地下室顶板时,位于地下室顶板的梁柱节点应按首层柱的下端为“弱柱”设计,即地震时首层柱底屈服、出现塑性铰。为实现首层柱底先屈服的设计概念,本规范提供了两种方法:
    其一,按下式复核:

    设计时,梁柱纵向钢筋增加的比例也可不同,但柱的纵向钢筋至少比地上结构柱下端的钢筋增加10%。
    其二,作为简化,当梁按计算分配的弯矩接近柱的弯矩时,地下室顶板的柱上端、梁顶面和梁底面的纵向钢筋均增加10%以上。可满足上式的要求。

6.1.15 本条是新增的。发生强烈地震时,楼梯间是重要的紧急逃生竖向通道,楼梯间(包括楼梯板)的破坏会延误人员撤离及救援工作,从而造成严重伤亡。本次修订增加了楼梯间的抗震设计要求。对于框架结构,楼梯构件与主体结构整浇时,梯板起到斜支撑的作用,对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大,应参与抗震计算;当采取措施,如梯板滑动支承于平台板,楼梯构件对结构刚度等的影响较小,是否参与整体抗震计算差别不大。对于楼梯间设置刚度足够大的抗震墙的结构,楼梯构件对结构刚度的影响较小,也可不参与整体抗震计算。