超限报告系列总04层间位移角超限

--KP001 超限报告中的几点问题超限报告中的几点问题 0404——层间位移角超限——层间位移角超限 关于结构层间位移角限值的问题，颇受争议。前段时间，吴伟河在 iStructure 图文并茂地讲述了“层间位移角超限怎么办？”这个问题， 个人认为，讲得非常好。在阅读过程中，笔者自己曾经陆陆续续读过 的相关资料， 也一并在脑海中浮现。 索性， 把不同的观点都罗列出来， 各种缘由，便一目了然。 1、《抗规》5.5.1 条及条文说明 “计算楼层内最大的弹性层间位移时， 除以弯曲变形为主的高层建筑 外，可不扣除结构整体弯曲变形”； “计算时，一般不扣除由于结构 重力 P-△效应所产生的水平相对位移，高度超过 150m 或 H/B＞6 的 高层建筑，可以扣除结构整体弯曲所产生的楼层水平绝对位移值， 因 为以弯曲变形为主的高层建筑结构， 这部分位移在计算的层间位移中 占有相当的比例，加以扣除比较合理。如未扣除，位移角限值可有所 放宽。” 2、魏链总相关文献 《论高层建筑结构层间位移角限值的控制》 --KP001 “在高层建筑中，发生最大层间位移的楼层一般位于结构的中部、 偏 上或偏下，恰恰那里的竖向构件两端转角较大， 造成无论是柱或剪力 墙，它们的非受力层间位移均很大，而受力层间位移则很小，因此用 总的层间位移作为控制高层建筑竖向杆件的受力层间位移的措施是 值得商榷的，那种认为层间位移角最大的楼层是受力最危险的楼层， 在概念上是不正确的。” 框剪结构层间位移角曲线与受力层间位移角曲线 --KP001 框筒结构层间位移角曲线与受力层间位移角曲线 “结构竖向杆件，无论是柱或剪力墙，其受力层间位移往往都是底部 最大，沿高往上变化总体趋势是在减小， 因此控制结构的受力层间位 移应着眼于控制结构的底部而不是结构的中上部。” 魏总对不同结构类型受力层间位移角限值的建议如下。 --KP001 《地王大厦结构设计若干问题》 “在地王大厦结构设计中， 日本新日铁公司开始也是以层位移差计算 结果作为层间位移，结果在第 57 层出现层间位移角达 1/274的情况， 远超我国规范的规定。” “地王大厦横风在风荷载作用下，第 57 层的层位移角虽达到 1/274， 但是，筒体剪力墙的受力层间位移角只有 1/28195，原因是层底转角 引起了层顶很大的刚体位移，由此可以肯定剪力墙不但承载力足够， 而且一定不会出现受力裂缝。 至于层间变形对于装修构件的影响， 另 有专门措施考虑解决。” 《XX 项目超限报告》 --KP001 “风载作用下最大层间位移角的限值需考虑以下因素： 1） 计算层间位移角时考虑结构重力 P-△效应； 2） 计算层间位移角时考虑地下室构件的影响； 3） 采用结构刚度折减系数时，限值规定宜增大，反之宜减小； 4） 保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好。 《建筑幕墙》（GBT21086-2007）规范规定，建筑幕墙平面内变形性 能以建筑幕墙层间位移角为性能指标。 抗风设计时指标值应不小于主 体结构弹性位移角限值，一般约 1/200~1/300; 填充墙正常使用状态允许的层间位移角可大于1/400； 基于以上两条， 风荷载作用下层间位移角的限值不需按不同结构类型 区分； 5） 高层建筑的层间位移角越大，结构的顶点加速度越大，对结构的 舒适度不利； 6） 考虑到层间位移角计算中有些因素难以定量考虑， 确定最大层间 位移角限值时应适当留有余地。 --KP001 以上分析和研究表明，现行弹性变形计算方法未考虑刚度折减的因 素，使计算结果偏小；也未能考虑非结构构件对结构刚度的影响，使 计算结果偏大，二者都难以准确定量计算， 再考虑到风荷载存在一定 的非确定性。综合考虑以上因素，当不考虑刚度折减系数时，各类高 层建筑风荷载作用下的最大层间位移角限值取 1/350~1/400 是基本合 理的。” 3、方小丹总相关观点 1） 我国规范认为小震作用属正常使用极限状态， 结构应保持 “弹性” ， 故以钢筋混凝土构件（包括柱、剪力墙）开裂时的层间位移角作为多 遇地震作用下结构的弹性位移角限值。 --KP001 2）规范要求对计算周期乘以小于 1 的系数来加以修正，框架结构的 周期折减系数为 0.6-0.7，框-剪结构为 0.7-0.8，剪力墙结构为 0.9-1。 然而，结构分析得到的位移却没有相应修正。 3）钢与混凝土的弹性模量相差约 5~10 倍，对钢筋混凝土受弯或大偏 压（拉）构件而言，混凝土开裂时钢筋的应力还很小。即使是竖向荷 载长期作用的受弯构件，如一般的钢筋混凝土梁，正常使用状态下也 是带裂缝工作的，但这并不妨碍我们用弹性方法计算结构的内力。 4）钢筋混凝土柱和剪力墙正常使用阶段主要内力是竖向荷载引起的 压力。在风荷载和可能发生的地震作用下，只要钢筋不屈服，仍处于 弹性阶段，即使混凝土开裂，也不会影响结构的安全性。并且，在短 时间作用的横向力卸载后，可能出现的裂缝也会闭合， 这比竖向荷载 长期存在的受弯钢筋混凝土梁更容易满足耐久性要求。 5）对于结构中不同位置的剪力墙，在水平荷载作用下，相同层间位 移角，各剪力墙的受力却可能差异较大。 结构中和轴附近的剪力墙可 能小偏心受压，没有裂缝；远离中和轴的剪力墙可能大偏心受压，即 截面中有受拉区，混凝土可能开裂。以控制结构层间位移角的方法保 证剪力墙、柱混凝土不开裂实际上并没有根据。 6）重现期 50、100 年的风荷载和地震荷载属短期荷载，需进行构件 --KP001 承载力极限状态验算，一般无需限制墙、柱的混凝土是否开裂。有特 别要求的，可由构件截面设计加以解决。 7）考虑到设计上的方便，可采用《混凝土高规》的做法，不扣除结 构整体弯曲的影响，但大幅度放宽层间位移角限值。重现期 50 年风 荷载作用下只需控制结构的顶点位移，一般 1/500~1/400;小震作用下 层间位移角 1/350~1/300。之所以不是钢结构的 1/250，是考虑对混凝 土结构刚度的折减。 4、广东省东莞会议纪要 “框架结构不宜大于 1/400；高 150 米及以下的框架-剪力墙、框架- 核心筒结构不宜大于 1/500，剪力墙结构不宜大于1/600；高250 米及 以上结构不宜大于 1/400；高 150 米～250 米之间可内插确定；钢结 构不宜大于 1/250； 小震作用下楼层的层间位移角可按上述限值控制， 但应进行中、大震抗震性能设计，大震作用下弹塑性层间位移角限值 按现行规范规定执行。” 5、深圳超限预审专家观点 以下是我们参与的一个项目， 超限预审会时，五位超限专家给出的意 见。 --KP001 探明真相之后，“层间位移角限值”便不是一个技术问题，有时反而 是一个“政治”问题。如果我们做了足够的论证，证明“位移角超越 规范限值”并不会产生大的不利影响，专家依然“恪守规范”，要求 我们增加结构刚度的话，我们该怎么办？