高层建筑结构层间位移角限值的控制分析

摘 要：结构层间位移角限值是结构刚度与变形能力的衡量标准。在本案，笔者分别论述不同结构竖向构件在楼层处的截面转角及受力层间位移的变化规律，并据此提出控制高层建筑结构层间位移限制的建议，以供参考。

关键词：高层建筑；层间位移角；限值控制

在高层建筑抗震抗风设计时，楼层层间的位移控制可理解为楼层竖向构件层间位移的控制。据此，可将同一楼层竖向构件层间位移等量化，然后再分析柱与剪力墙层间位移的关系及将层间位移划分为非受力、受力层间位移。基于此，笔者分别从如下方面浅析高层建筑结构层间位移角限值的控制：

1 无框支层竖向构件在楼层处的截面转角

在同一方向的水平力作用下，单一竖向构件的截面转角呈单调增长走势及其在顶点处的侧移和截面转角都出现极大值，但高层建筑楼层处的竖向构件与水平构件连接，致使竖向构件的侧移及截面转角会受制于水平外力。另据计算结果表明，高层建筑结构的侧移在高度方向上呈单调增长走势，但在水平外力的作用下，竖向构件的截面转角会从底部往上单调增长到一定高度以后，呈下降走势。对此，笔者结合高层建筑不同的结构形式，浅析结构竖向构件截面转角的变化规律：

1.1 框架结构

在框架楼层中，位移与高度呈正相关，而框架柱楼层处的截面转角则从0（底部）增大到某一高度后方向一致保持不变，但角变值有所减小，表明当梁柱的刚度发生变化时，柱在楼层处的转角极值位置将有所移动。

1.2 单片剪力墙

在水平力作用下，单片剪力墙在楼层处的位移与高度呈正相关，且截面转角也从0（底部）呈单调增长走势，但顶部的增速比下部快。

1.3 框剪结构

在水平力作用下，框剪结构的位移与楼层呈正相关，且在楼层处的截面转角都随高度增大到某一高度后缓慢减小，但竖向构件截面转角的方向一致保持不变及当梁刚度与剪力墙尺寸发生变化时，极大值出现的位置将有所移动。

1.4 框筒结构

在水平力作用下，框筒结构的整体位移曲线与建筑高度呈正相关，且剪力墙在楼层处的截面转角也随高度而增大到某一高度后缓慢较小，但竖向构件截面转角的方向将保持不变。

2 无框支层竖向构件受力层间位移的变化规律

上述研究结果表明，高层建筑竖向构件在楼层处的转角导致同层顶部的非受力位移从0（底部）向上缓慢增大，并在转角的最大处出现最大值，且其在整个层间位移中的占比也随之增大。据此，笔者分别从如下方面展开讨论，以期为控制受力位移提供理论依据：

2.1 框架结构

在水平荷载作用下，框架受力层间位移与建筑高度呈负相关，且在层间位移极大值处的占比<20%、在第8层时为8%及在底层时为0，但底层受力位移等于层间位移。

2.2 剪力墙结构

在水平荷载作用下，剪力墙非受力位移与建筑高度呈负相关，且在底层层间位移出现极大值时，非受力层间位移同层间位移的比值接近0，但底层非受力层间位移等于层间位移。

2.3 框剪结构

在底层框剪结构中，墙与柱的受力层间位移等于层间位移，并与建筑高度呈负相关及较上层墙受力层间的位移为负值，但当层间位移出现极大值时，墙与柱受力层间位移的占比分别为5%、10%。

2.4 框筒结构

在底层框筒结构中，筒体墙与柱的受力层间位移等于层间位移，并与建筑高度呈负相关及较上层墙受力层间的位移为负值，但当层间位移出现极大值时，筒体墙与柱受力层间位移的占比分别为6-10%。

综上可得出如下结论：一是高层建筑的层间位移从底部向上增大至一定高度后缓慢减小，这一变化规律符合竖向构件在楼层处的转角变化规律；二是除水平位移以外，层间竖向杆件的上下端都会发生转角，且都从0（底部）逐渐增大，而当结构发生大面积弯曲变形时，这一截面转角将从下往上呈单调增长走势，同时当结构发生显著的剪切变形时，这一转角将在结构升至某一高度后有所减小，注意转角的总值依然较大，从而增加了楼层的非受力变形；三是在底层结构以上的楼层中，层间位移都比竖向杆件的受力位移大；四是竖向杆件的受力层间位移在底部出现最大值，并随着建筑高度的增加而逐渐减小，则应从结构的底部着手控制其受力层间位移；五是竖向杆件在底层的非受力层间位移为0，并向上快速增大及结构中上部的占比极大。

3 结语

在高层建筑结构设计中，层间位移角限值的合理控制尤为关键。综合上述内容，笔者认为在钢筋混凝土高层建筑中，应从如下方面控制层间位移角的限值：一是框架柱与剪力墙的变形能力不一，因此应区别对待；二是控制剪力墙底部的受力层间位移；三是在现行规范的基础上，放宽层间位移的限值规定；四是在控制层间位移角限值时，将结构的稳定性、安全性及装修的方便性考虑其中；五是严格验算层间位移角，详见表1。

参考文献

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作者简介：杨展青（1982.04- ），男，上海人，本科，高级工程师，上海住总集团建设发展有限公司。