4.6 水平位移限值和舒适度要求

4.6.1

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,应对其层位移加以控制。这个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的一个相对指标。

国外一般对层问位移角(剪切变形角)加以限制,它不包括建筑物整体弯曲产生的水平位移,而且数值较宽松。

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。

1) 层间位移与层高之比(简称层间位移角)

                            

                 (1)

 

2) 有害层间位移角

                        

                 (2)

 

式中

θi ,θi-1,为 i 层上、下楼盖的转角,即 i 层、 i-1 层的层间位移角。

 

3) 区格的广义剪切变形 ( 简称剪切变形 )    

                             

                (3)

 

 

式中

γij为区格ij剪切变形,其中脚标i表示区格所在层次, j表示区格序号;θi-1,j为区格ij下楼盖的转角,以顺时针方向为正;ιj为区格ij的宽度;υi-1,j-1,υi-1,j为相应节点的竖向位移。

如上所述,从结构受力与变形的相关性来看,参数γij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。

 

4.6.2

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。它比在大震作用下弹塑性阶段的位移小得多,因而位移的控制值也比较小。

 

4.6.3

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。 150~250m 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。

 

4.6.4

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和目前尚缺乏比较成熟的实用计算软件。

 

4.6.5

弹塑性位移限值与现行国家标准《建筑抗震设计规范》 GB 50011 相同。

 

4.6.6

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,两者的关系如表 3 。

 

表3

舒适度与风振加速度关系

不舒适的程度

建筑物的加速度

无感觉

有感

扰人

十分扰人

不能忍受

<0.005g

0.005g~0.015g

0.015g~0.05g

0.05g~0.15g

>0.15g

对照国外的研究成果和有关标准,与我国现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》 JCJ 99—98 相协调,要求高层建筑混凝土结构应具有更好的使用条件,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 4.6.6 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—98 的规定计算。