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關(guān)鍵詞: SATWE 規(guī)范
一、前言:
隨著建筑結(jié)構(gòu)新規(guī)范全面頒布,新規(guī)范在工程設(shè)計已全面開始,這對于如何在工程設(shè)計中正確應(yīng)用理解規(guī)范條文,正確選擇設(shè)計軟件及合理選取設(shè)計參數(shù)顯得尤為重要。
二、明確幾個概念:
1、“多塔結(jié)構(gòu)”與“分縫結(jié)構(gòu)”的區(qū)別:(1)“塔”的概念:這里的塔是個工程概念,指的是四邊都有迎風(fēng)面且在水平荷載作下可獨自變行的建筑體部。將多個塔建同一個大底盤體部上,叫多塔結(jié)構(gòu)。
(2)多塔結(jié)構(gòu)的定義:對與大底盤多塔結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu),如果把裙房部分按塔的形式切開計算,則裙房部分誤差較大,且各塔的相互影響無法考慮。因此,程序采用了分塊平面內(nèi)無限剛的假定以減少自由度,且同時考慮塔與塔的相互影響。對于多塔結(jié)構(gòu),各剛性樓板的信息程序自動定義。但其包含區(qū)域需由用戶定義。
(3)分縫結(jié)構(gòu):在一個大的建筑體部里,因設(shè)伸縮縫、沉降縫、抗震縫,分成了若干小的建筑體部,叫分縫結(jié)構(gòu)。分縫結(jié)構(gòu)與多塔結(jié)構(gòu)區(qū)別是四邊中有的邊不是迎風(fēng)面。
(4)對分縫結(jié)構(gòu)各塊要分開計算。
(5)多塔結(jié)構(gòu)新規(guī)范條文注意事項:第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期的比值限值、最大位移平動位移的比值限值,對多塔結(jié)構(gòu)特別注意,目前程序是不對的,不能直接采用,必須將多塔結(jié)構(gòu)分搭計算,方可判斷兩者的比值。
2、“剛性樓板”與“彈性摟板”(1)剛性樓板是是指平面內(nèi)設(shè)定為剛度無限大,內(nèi)力計算時不考慮平面內(nèi)外變形,與板厚無關(guān),程序默認(rèn)樓板為剛性樓板。
(2)彈性摟板:必需以房間為單元進(jìn)行定義,與板厚有關(guān),分以下三種情況:彈性摟板6:程序真實考慮樓板平面內(nèi)、外剛度對結(jié)構(gòu)的影響,采用殼單元,原則上適用于所有結(jié)構(gòu)。但采用彈性摟板6計算時,樓板和梁共同承擔(dān)平面外彎矩,其結(jié)果梁的配筋偏小,樓版承擔(dān)的平面外彎矩計算配又未考慮,此外計算工做量大,因此該模型僅適用板柱結(jié)構(gòu)。
彈性摟板3:程序設(shè)定樓板平面內(nèi)剛度為無限大,而僅考慮平面外剛度對結(jié)構(gòu)的影響,采用殼單元,因此該模型僅適用厚板結(jié)構(gòu)。
彈性膜:程序真實考慮樓板平面內(nèi)剛度,而假定平面外剛度為零。采用膜剪切單元,因此該模型適用鋼樓板結(jié)構(gòu)。
注意:1:彈性摟板僅適用于高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。2:不適用于多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)建筑。3:多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)建筑中存在有彈性摟板時,可近似的按開洞處理,但要注意人工將荷載分配到周邊梁上。
3、有關(guān)振型的幾個概念(1)振型參與系數(shù):每個質(zhì)點質(zhì)量與其在某一振型中相應(yīng)坐標(biāo)乘積之和與該振型的主質(zhì)量(或者說該模態(tài)質(zhì)量)之比,即為該振型參與系數(shù)。
(2)振型的有效質(zhì)量:這個概念只對于串連剛片系有效(即基于剛性樓板假定的,不適用于一般構(gòu)),某一振型的某一方向的有效質(zhì)量為各個質(zhì)點質(zhì)量與該質(zhì)點在該一振型中相應(yīng)方向?qū)?yīng)坐標(biāo)乘積之和的平方。
(3)有效質(zhì)量系數(shù):如果計算時只取了幾個振型,那么這幾個振型的有效質(zhì)量之和與總質(zhì)量之比即為有效質(zhì)量系數(shù)。用于判斷參與參與振型數(shù)足夠與否,并將用于程序。
(4)振型參與質(zhì)量:某一振型的主質(zhì)量(或者說該模態(tài)質(zhì)量)乘以該振型的參振型與系數(shù)的平方,即為該振型的振型參與質(zhì)量。
(5)振型參與質(zhì)量系數(shù):由于有效質(zhì)量系數(shù)只適用于剛性樓板假定,《高規(guī)》5.1.13條及《抗規(guī)》5.2.2條文說明,提出了用振型參與質(zhì)量系數(shù)來判斷參與振型數(shù)足夠與否的方法。即選定振型個數(shù)的振型參與質(zhì)量之和與總質(zhì)量之比即為振型參與質(zhì)量系數(shù)。這種方法適用于剛性樓板假定,也適用于彈性樓板。
4、總剛與側(cè)剛的概念(1)總剛:就是用結(jié)構(gòu)的總剛陣和與之相對的質(zhì)量陣按振型疊加法求解結(jié)構(gòu)的周期及振型。結(jié)構(gòu)的總剛陣即為結(jié)構(gòu)靜力分析時形成的結(jié)構(gòu)總剛度矩陣。自由度數(shù)為N的高層結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣為N階方矩陣,若定義有較大范圍多的彈性樓板或有較多的不與樓板相連構(gòu)件時,可準(zhǔn)確分析出結(jié)構(gòu)每層每根構(gòu)件的空間反應(yīng),可發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的剛度突變部位,連接薄弱的構(gòu)件以及數(shù)據(jù)有誤的部位。缺點是計算量大,費時長。
(2)側(cè)剛:在高層結(jié)構(gòu)分析中,為了提高分析效率,對于引入樓板平面內(nèi)無限剛或分塊無限剛,平面外剛度為零的假定后,采用一種簡化計算方法,可已大大降低結(jié)構(gòu)的自由度,使得結(jié)構(gòu)每層只有3個獨立的平動自由度,這就是側(cè)剛的方法。優(yōu)點是分析效率高,誤差在允許范圍。
(3)若平面沒有布置彈性樓板且沒有不與樓板相連構(gòu)件的工程,側(cè)剛、總剛的結(jié)果是一致的。
5、抗震措施與抗震構(gòu)造措施概念(1)抗震措施:是指除地震作用計算和抗力計算以外的設(shè)計內(nèi)容,包括建筑總體布置,結(jié)構(gòu)選型,地基抗液化措施,考慮概念設(shè)計要求對地震作用效應(yīng)(內(nèi)力及變形)的調(diào)整,以及各種構(gòu)造措施。
(2)抗震構(gòu)造措施:是指根據(jù)抗震概念設(shè)計的原則,一般不需計算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分所采取的細(xì)部構(gòu)造,如鋼筋錨固、塔接,混凝土保護(hù)層,最小配筋率等?!翱拐鸫胧焙w了“抗震構(gòu)造措施”,請注意:抗震等級劃分屬“抗震措施”。
6、有關(guān)高層建筑超限的審查規(guī)定:建設(shè)部第111號令2002年7月25日頒發(fā)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》,所謂的超限高層建筑,是指:超出現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的適應(yīng)高度和適應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的高層建筑工程,體型特別不規(guī)則的建筑工程,高位轉(zhuǎn)換層(8度3層以上、7度5層以上)及有關(guān)規(guī)范、規(guī)程規(guī)定應(yīng)當(dāng)進(jìn)行抗震專項審查的高層建筑。
注意:取消了對于高寬比超限時審查要求,高層建筑的高寬比,是對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。
彈性摟板6:程序真實考慮樓板平面內(nèi)、外剛度對結(jié)構(gòu)的影響,采用殼單元,原則上適用于所有結(jié)構(gòu)。但采用彈性摟板6計算時,樓板和梁共同承擔(dān)平面外彎矩,其結(jié)果梁的配筋偏小,樓版承擔(dān)的平面外彎矩計算配又未考慮,此外計算工做量大,因此該模型僅適用板柱結(jié)構(gòu)。
彈性摟板3:程序設(shè)定樓板平面內(nèi)剛度為無限大,而僅考慮平面外剛度對結(jié)構(gòu)的影響,采用殼單元,因此該模型僅適用厚板結(jié)構(gòu)。 )
這對于SATWEK參數(shù)中,梁的剛度取值是否為1。
三、設(shè)計參數(shù)的合理選取
1、抗震等級的確定:鋼筋混凝土房屋應(yīng)根烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度的不同分別按〈抗規(guī)〉6.1.2條或〈高規(guī)〉4.8條確定本工程的抗震等級。但需注意以下幾點:(1)上述抗震等級是“丙”類建筑,如果是“甲”、“乙”、“丁”類建筑則需按規(guī)范要求對抗震等級進(jìn)行調(diào)整。
(2)接近或等于分界高度時,應(yīng)結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場地、地基條件慎重確定抗震等級。
(3)當(dāng)轉(zhuǎn)換層〉=3及以上時,其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部的抗震墻等級宜按〈抗規(guī)〉6.1.2條或〈高規(guī)〉4.8條查的抗震等級提高一級采用,已為特一級時可不調(diào)整。
(4)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震等級也應(yīng)按〈抗規(guī)〉6.1.2條或〈高規(guī)〉4.8條查的抗震等級提高一級采用……但注意對多層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可不提高。
(5)注意:鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)沒有抗震等級。計算時可選“5”,不考慮抗震構(gòu)造措施。
2、振型組合數(shù)的選?。涸谟嬎愕卣鹆r,振型個數(shù)的選取應(yīng)是振型參與質(zhì)量要達(dá)到總質(zhì)量90%以上所需要振型數(shù)。但要注意以下幾點:(1)振型個數(shù)不能超過結(jié)構(gòu)固有的振型總數(shù),因一個樓層最多只有三個有效動力自由度,所以一個樓層也就最多可選3個振型。如果所選振型個數(shù)多于結(jié)構(gòu)固有的振型總數(shù),則會造成地震力計算異常。
(2)對于進(jìn)行耦聯(lián)計算的結(jié)構(gòu),所選振型數(shù)應(yīng)大于9個,多塔結(jié)構(gòu)應(yīng)更多些,但要注意應(yīng)是3的倍數(shù)。
(3)對于一個結(jié)構(gòu)所選振型的多少,還必需滿足有效質(zhì)量系列化大于90%.在WDISP.OUT文件里查看。
3、主振型的判斷;(1)對于剛度均勻的結(jié)構(gòu),在考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時,一般來說前兩個或前幾個振型為其主振型。
(2)對于剛度不均勻的付雜結(jié)構(gòu),上述規(guī)律不一定存在,此時應(yīng)注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.程序輸出結(jié)果中,給出了輸出各振型的基底剪力總值,據(jù)此信息可以判斷出那個振型是X向或Y向的主振型,同時可以了解沒個振型對基底剪力的貢獻(xiàn)大小。
4、地震力、風(fēng)力的作用方向:結(jié)構(gòu)的參考坐標(biāo)系建立以后,所求的地震力、風(fēng)力總是沿著坐標(biāo)系的方向作用。但設(shè)計者注意以下幾種情況:(1)設(shè)計應(yīng)注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.輸出結(jié)果中給出了地震作用的最大方向是否與設(shè)計假定一致,對于大于150度時,應(yīng)將此方向輸入重新計算。
(2)對于有有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu),當(dāng)大等于150度時,應(yīng)分別計算各抗力構(gòu)件方向的水平地震力。此處所指交角是指與設(shè)計輸入時,所選擇坐標(biāo)系間的夾角。
(3)對于主體結(jié)構(gòu)中存在有斜向放置的梁、柱時,也要分別計算各抗力構(gòu)件方向的水平地震力。
5、周期折減系數(shù):高規(guī)3.3.17條規(guī)定:當(dāng)非承重墻體為填充磚墻時,高層建筑結(jié)構(gòu)的計算自振周期折減系數(shù),可按下列規(guī)定取值。
(1)框架結(jié)構(gòu) 0.6—0.7;框架—剪力墻結(jié)構(gòu)0.7—0.8;剪力墻結(jié)構(gòu) 0.9—1.0;短肢剪力墻結(jié)構(gòu) 0.8—0.9.(2)請大家注意:周期折減是強(qiáng)制性條文,但減多少則不是強(qiáng)制性條文,這就要求在折減時慎重考慮,既不能太多,也不能太少,因為折減不僅影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力,同時還影響結(jié)構(gòu)的位移。
6、活荷載質(zhì)量調(diào)整系數(shù):該參數(shù)即為荷載組合系數(shù)??砂础犊挂?guī)》5.1.3條取值。注意該調(diào)整系數(shù)只改變樓層質(zhì)量,不改變荷載總值,即對豎向荷載作用下的內(nèi)力計算無影響,
7、關(guān)于柱長計算系數(shù)《混規(guī)》7.3.11條規(guī)定了三種情況下柱計算長度的選取,設(shè)計者應(yīng)根據(jù)實際情況區(qū)別對待。
程序默認(rèn)是7.3.11-2情況。
8、關(guān)于阻尼比:不同的結(jié)構(gòu)有不同的阻尼比,設(shè)計者應(yīng)區(qū)別對待:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu):0.05小于12層綱結(jié)構(gòu):0.03大于12層綱結(jié)構(gòu):0.035綱結(jié)構(gòu):0.05
9、關(guān)于梁的幾個調(diào)整系數(shù)(1)剛度調(diào)整系數(shù)Bk:梁的剛度調(diào)整,主要是考慮現(xiàn)澆樓板對梁的剛度貢獻(xiàn),樓板與梁按T形共同工作。而程序是按矩形取,所以可以考慮梁的剛度放大。一般可取1.5—2.0,但對預(yù)制樓板、板柱結(jié)構(gòu)的等代梁取1.0,注意剛度調(diào)整系數(shù)對連梁不起作用。
(2)梁端負(fù)彎矩調(diào)整系數(shù):框架梁在豎向荷載作用下梁端負(fù)彎矩調(diào)整系數(shù),是考慮梁的塑性內(nèi)力重分布。通過調(diào)整使梁端負(fù)彎矩減小,跨中正彎矩加大(程序自動加)。梁端負(fù)彎矩調(diào)整系數(shù)一般取0……85.注意:1:程序隱含鋼梁為不調(diào)幅梁。2:不要將梁跨中彎矩放大系數(shù)與其混淆。
(3)梁彎矩放大系數(shù)Bm:當(dāng)不計算活載或不考慮活載不利布置時,可通過此參數(shù)調(diào)正梁在恒、活載作用下的跨中正彎矩,一般取1.1—1.2.在選用時注意:如果活載考慮不利布置時則此系數(shù)取1.0.(4)連梁剛度折減系數(shù)BLz:主要是指那些與剪力墻一端或兩端平行連接的梁,由于梁兩端往往變位差很大,剪力就會很大,所以很可能出現(xiàn)超筋。這就要求連梁在進(jìn)入塑性狀態(tài)后,允許其卸載給剪力墻,而剪力墻的承載力往往較大,因此這樣的內(nèi)力重分布是可以的。一般取0.55—0.7.注意:如連梁的跨高比大于等于5時,建議按梁輸入,因此時梁往往是受彎為主,剛度不應(yīng)折減。
(5)梁扭矩折減系數(shù)Tb:是針對新規(guī)范的梁抗扭設(shè)計而設(shè)的,由于目前梁在整體結(jié)構(gòu)中的扭轉(zhuǎn)問題研究的還不多,樓板對梁平面外究竟有多大約束作用,還不十分清楚,所以程序給出的范圍較大0.4—1.0,建議取0.4.注意:程序規(guī)定對于不與剛性樓板相連的梁及弧梁不起作用。
10、關(guān)于頂部小塔樓放大系數(shù):(1)對于頂部帶有小塔樓的結(jié)構(gòu),在動力分析中,可能會出現(xiàn)鞭梢效應(yīng),即二次共振,這對很不利。實際計算過程中。如果參與振型選的足夠多時,則可不再調(diào)整頂部小塔樓的地震力。如果參與振型選的不夠多時,則可按下列要求調(diào)整頂部小塔樓的地震力:計算模型 振型個數(shù)放大系數(shù)非耦聯(lián) 3
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11、關(guān)于質(zhì)量偶然偏心:國外多數(shù)抗震規(guī)范認(rèn)為,需要考慮由于施工、使用等因素所引起的質(zhì)量偶然偏心或地震地面運動扭轉(zhuǎn)分量的不利影響。我國新規(guī)范也考慮了這一因素。
(1)《高規(guī)》3.3.3條要求:計算單向地震作用時應(yīng)考慮質(zhì)量偶然偏心的影響,每層質(zhì)心沿垂直于地震作用方向的偏移值可取建筑物總長的5%;而《抗規(guī)》5.2.3條要求規(guī)則結(jié)構(gòu)不進(jìn)型扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時,平行于地震作用方向的兩個邊榀,其地震作用效應(yīng)乘以增大系數(shù)。新程序按《高規(guī)》執(zhí)行,主要是因為:考慮耦聯(lián)對任何結(jié)構(gòu)都適用;依靠程序自行確定邊榀框架也較困難。
(2)對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)必須選此項,主要用來判斷結(jié)構(gòu)平面的規(guī)則性,見《高規(guī)》4.3.5條。特別注意此時,必須對所有樓層強(qiáng)制采用“剛性假定”,執(zhí)行這一開關(guān)后,所計算的地震力、桿件內(nèi)力均不能用,僅僅用來判斷樓層的最大水平位移與層間位移比值。
注意:對一個不規(guī)則結(jié)構(gòu),帶彈性板的結(jié)構(gòu)應(yīng)計算兩遍。一是強(qiáng)制樓板“剛性假定”控制位移,二是按真實情況計算地震力、桿件內(nèi)力。
12、關(guān)于雙向地震的扭轉(zhuǎn)效應(yīng):(1)《抗規(guī)》5.1.1條及《高規(guī)》3.3.2條要求:質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu),應(yīng)計算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響,現(xiàn)在程序是按主方向的彎矩、剪力和軸力按0.85開平方。即:S2XY=SX2+(0.85SY)2.S2YX=SY2+(0.85SX)2.(2)當(dāng)計算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響時,程序允許同時考慮質(zhì)量偶然偏心及雙向地震作用,此時僅對無偏心的地震作用效應(yīng)進(jìn)行雙向水平地震作用計算。當(dāng)然兩者也可不同時考慮。
(3)《高規(guī)》3.3.3條要求:“計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響力”;而條文說明:“當(dāng)計算雙向地震作用時,可不考慮質(zhì)量偶然偏心的影響”。
13、關(guān)于樓層剛計算方法的選?。撼绦蚪o出了三種計算方法,三種計算方法可能給出差別較大的剛度比,所以設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程的實際情況做出正確選擇,可按下列原則選?。海?)剪切剛度:即《高規(guī)》附錄E.0.1建議的方法。對于底層大空間層數(shù)為——層時,可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比表示轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的剛度變化。此時可近似只考慮剪切變形的影響,適用于多層(砌體、底框),不帶轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)也宜選用此項。
(2)剪彎剛度:即《高規(guī)》附錄E.0.2建議的方法(是按有限元法,通過加單位力計算的)。對于底層大空間層數(shù)大于——層時,可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比表示轉(zhuǎn)換層上、下層的剛度變化,此時同時考慮結(jié)構(gòu)剪切變形和彎曲變形的影響,適用于帶斜撐的鋼結(jié)構(gòu)、不帶轉(zhuǎn)換層的框架——剪力墻結(jié)構(gòu)也宜選用此項。
(3)地震剪力與地震層間位移比值:即《抗規(guī)》建議的方法。,適用于其它多層結(jié)構(gòu)。
注意:1:上述三種方法計算剛度的含義是不同的,差異較大。如果僅有一個標(biāo)準(zhǔn)層的簡單框架結(jié)構(gòu),按方法1、2計算各層的剛度都相同,按方法3計算各層的剛度不相同。
2:對于高位轉(zhuǎn)換層(8度三層、7度五層以上),建議人工按《高規(guī)》附錄E.0.2分別建兩個模型計算。
14、關(guān)于P—效應(yīng):重力二階效應(yīng)一般稱為P—效應(yīng),在建筑結(jié)構(gòu)分析中指的是豎向荷載的側(cè)移效應(yīng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生水平位移時,豎向荷載就會出現(xiàn)垂直于變形后的的豎向軸線分量,這個分量將增大水平位移量,同時也會增大相應(yīng)的內(nèi)力,這在本質(zhì)上是一種幾何非線性效應(yīng)。設(shè)計者可根據(jù)需要選擇考慮或不考慮P—效應(yīng)。注意:(1)這里考慮的是針對結(jié)構(gòu)原始剛度計算的P—效應(yīng),與《混規(guī)》7.3.12條考剛度折減的要求是完全不同的。
(2)只有高層鋼結(jié)構(gòu)和不滿足《高規(guī)》5.4.1條的高層混凝土結(jié)構(gòu)才需要考慮P—效應(yīng)對應(yīng)水平力作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的不利影響。
(3)計算完后設(shè)計可打開SATWE文本文件“結(jié)構(gòu)設(shè)計信息輸出文件WMASS.OUT文件”,查看是否滿足要求。。
(4)高厚比超限的鋼筋混凝土的設(shè)計者應(yīng)特別注意。
15、關(guān)于上部結(jié)構(gòu)嵌固端的選取:《高規(guī)》5.2.7條規(guī)定:當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固層時,地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的2倍,而規(guī)范中設(shè)計內(nèi)力調(diào)整系數(shù)所對應(yīng)的底層即指嵌固層樓板。因此,正確選取嵌固層就成為結(jié)構(gòu)整體計算是否正確的關(guān)鍵。但是目前程序還不能自動判斷嵌固層位置,這就需要設(shè)計者人工干預(yù)。SATWE提供了兩種考慮基礎(chǔ)回填土對結(jié)構(gòu)約束作用的方法:(1)方法一:輸入基礎(chǔ)回填土對結(jié)構(gòu)約束的相對剛度,即輸入基礎(chǔ)回填土對結(jié)構(gòu)約束剛度與地下室抗側(cè)移側(cè)移剛度的比值,若取該參數(shù)為0,則認(rèn)為基礎(chǔ)回填土對結(jié)構(gòu)沒有約束作用,即結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)底板處嵌固。若取該參數(shù)為5,則認(rèn)為結(jié)構(gòu)的地下室部分基本沒有位移,即相當(dāng)于認(rèn)為結(jié)構(gòu)在地下室頂板處嵌固。
(2)方法二:指定地下室水平嵌固層數(shù)。如對一個有M層地下室的結(jié)構(gòu),可指定m(m
(3)首先按實有地下室層數(shù)進(jìn)行第一次計算,先假設(shè)回填土對地下室抗側(cè)移側(cè)移剛度的比值為3,然后打開SATWE文本文件“結(jié)構(gòu)設(shè)計信息輸出文件 WMASS.OUT文件”,查看地下結(jié)構(gòu)與地上一層抗側(cè)移側(cè)移剛度的比值,如果。地下結(jié)構(gòu)與地上一層抗側(cè)移側(cè)移剛度的比值>=2.0,則可認(rèn)為結(jié)構(gòu)在地下室頂板處嵌固。如果。地下結(jié)構(gòu)與地上一層抗側(cè)移側(cè)移剛度的比值
注意:1:結(jié)構(gòu)的側(cè)剛是結(jié)構(gòu)自身固有的特性,不會因地下室層數(shù)的變化而變化。
2:當(dāng)?shù)叵率翼敯宀荒茏鳛榍豆躺喜拷Y(jié)構(gòu)時,單純將地下室結(jié)構(gòu)加入到上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算,即認(rèn)為嵌固層位置在地下頂板以下或更低,則可能造成結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算結(jié)果不符合實際,有時甚至導(dǎo)致薄弱層位置變化等,因此在設(shè)計時應(yīng)將兩種計算結(jié)果進(jìn)行比較,取最不利結(jié)果作為設(shè)計依據(jù)。
3:設(shè)計時應(yīng)注意無論計算是否考慮地下室外回填土對結(jié)構(gòu)的約束作用,地下室外墻在計算時均未考慮土壓力的作用。[和用戶手冊有矛盾,請測試]
關(guān)于阻尼比:不同的結(jié)構(gòu)有不同的阻尼比,設(shè)計者應(yīng)區(qū)別對待:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu):0.05小于12層綱結(jié)構(gòu):0.03大于12層綱結(jié)構(gòu):0.035綱結(jié)構(gòu):0.05)
按GB50011-2001 8.2.2應(yīng)該是小于12層綱結(jié)構(gòu):0.035大于12層綱結(jié)構(gòu):0.02罕遇地震下的綱結(jié)構(gòu):0.05
四、地震作用的調(diào)整
1.最小地震剪力調(diào)整《抗規(guī)》5.2.5條規(guī)定,抗震驗算時,結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震的剪重比不應(yīng)小于表5.2.5給出的最小地震剪力系數(shù),此條程序自動調(diào)整,無須人工干預(yù)。但建議設(shè)計者注意查看SATWE文本文件“周期、地震力及振型輸出文件WZQ.OUT”,目的是從中可判斷薄弱層所在樓層。
2.0.2V.的調(diào)整系數(shù)對于框架剪力墻結(jié)構(gòu),一般剪力墻的剛度很大,剪力墻吸引了大量的地震力,而框架所承擔(dān)的地震力很小。對于框架部分,如果按這樣的地震力進(jìn)行設(shè)計,在剪力墻開裂后會很不安全,所以需要讓框架部分承擔(dān)至少20%的基底剪力和按框架剪力墻分析的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5倍二者的較小值,以增加框架的安全度,但在考慮調(diào)整時還須注意以下幾點:a.對柱少剪力墻多的框架剪力墻結(jié)構(gòu),讓框架梁柱承擔(dān)20%的基底剪力會使放大系數(shù)過大,以致梁柱無法設(shè)計。所以20%的調(diào)整一般只用于主體結(jié)構(gòu),一旦結(jié)構(gòu)內(nèi)收則不應(yīng)往上調(diào)整。
b.若考慮調(diào)整后框架梁柱內(nèi)力增加過大,可調(diào)整文件中的放大系數(shù),程序?qū)碬V02Q.OUT中的系數(shù)調(diào)整。
c.0.20調(diào)整的放大系數(shù)只針對框架梁柱的彎矩及剪力,不調(diào)整軸力。
d.對于側(cè)向剛度沿豎向分布不均勻的框架—剪力墻結(jié)構(gòu),如多塔結(jié)構(gòu)或大底盤結(jié)構(gòu),已不在《抗規(guī)》6.2.13條規(guī)定的范圍內(nèi),對這類結(jié)構(gòu)進(jìn)地調(diào)整時需特別注意。
e.程序?qū)蚣艚Y(jié)構(gòu),依據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行0.2V0調(diào)整,設(shè)計者可以指定調(diào)整樓層范圍,同時,也可人工干預(yù)調(diào)整系數(shù)。
3.豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)調(diào)整《抗規(guī)》3.4.3條及《高規(guī)》5.1.14條規(guī)定:樓層側(cè)向剛度小于上層的70%或其上三層平均值的80%左時,其薄弱層地震剪力應(yīng)乘以 1.15的增大系數(shù)。設(shè)計者應(yīng)注意:此條要求設(shè)計者必須指出薄弱層所在樓層,然后程序?qū)⒏鶕?jù)設(shè)計者指定的薄弱層層號,將這些樓層地震作用的內(nèi)力乘以 1.15的增大系數(shù)。
4.特殊構(gòu)件地震力調(diào)整系數(shù)(1)。轉(zhuǎn)換梁在地震作用下的內(nèi)力調(diào)整:《高規(guī)》10.2.23條規(guī)定:轉(zhuǎn)換梁在特一級、一級、二級抗震設(shè)計時,基地震作用下的內(nèi)力分別放大1.8、1.5、1.25倍。設(shè)計時注意:設(shè)計必須在特殊構(gòu)件定義時人工定義了轉(zhuǎn)換梁,則程序會自動對其進(jìn)行調(diào)整。
(2)??蛑е诘卣鹱饔孟碌膬?nèi)力調(diào)整:《高規(guī)》10.2.7條規(guī)定也要調(diào)整,設(shè)計時注意:設(shè)計必須在特殊構(gòu)件定義時人工定義了框支柱,則程序會自動對其進(jìn)行調(diào)整。由于調(diào)整系數(shù)往往很大,為了避免異常情況,程序給出一個控制開關(guān),設(shè)計者可決是否對與框支柱相連的框架梁的彎矩剪力進(jìn)行調(diào)整。
(3)。另外對于“不調(diào)幅的梁”、“鉸接梁”、“滑動支座梁”、“剛性梁”、“鉸接件”、“鉸接支撐”、“彈性樓板”、“臨空墻”等均需人工定義。
5.其它構(gòu)件地震力調(diào)整系數(shù)如果整個結(jié)構(gòu)的抗震等級確定,則(除特殊要求構(gòu)件外)各構(gòu)件的設(shè)計內(nèi)力調(diào)整均由程序自動完成,不需人工干預(yù)。
五、結(jié)構(gòu)整體性能的控制
對于一個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,主要需從以下幾個方面對結(jié)構(gòu)整體性能進(jìn)行控制:1、水平位移限值(層間位移)
高規(guī)4.6.3條按彈性方法計算樓層層間最大位移與層高之比μ/h宜符合以下規(guī)定:高度不大于150m的高層建筑,其樓層層間最大位移與層高之比μ/h不宜大于表4.6.3的限值;高度等于或大于250m的高層建筑,其樓層層間最大位移與層高之比μ/h的限值不宜大于 1/500;高度在150m~250m之間的高層建筑,其樓層層間最大位移與層高之比μ/h的限值按本條第一款和第二款的限值線性插入取用。
注意:a.樓層層間最大位移μ以樓層最大的水平位移差計算,不扣除整體彎曲變形。
b.抗震設(shè)計時,本條規(guī)定的樓層位移計算不考慮偶然偏心的影響。
2.位移比控制《高規(guī)》4.3.5條規(guī)定,結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。在考慮偶然偏心影響的地震作用下,樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和結(jié)構(gòu)層間位移,A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍,不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍;B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)最高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍,不應(yīng)大于該樓層的1.4倍。
注意: a、這條要求主要是限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性;b.若結(jié)構(gòu)中有不與樓板相連的構(gòu)件或定義了彈性樓板,那么,那么,程序輸出結(jié)果與規(guī)范要求不同,此時,需要由設(shè)計者依據(jù)剛性樓板假定條件下的分析結(jié)果。
c.查看這個比值須是在考慮偶然偏心影響,并強(qiáng)制假設(shè)在剛性樓板下的情況下;d.這個不是硬性指標(biāo),是計算方法的問題。規(guī)范中的各種位移比實際上是來控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不能太大的,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)只有在剛性樓板的假定下才有意義,可以想象,如果不考慮剛性樓板假定,那么樓板薄弱的地方位移就會偏大些,樓板強(qiáng)的地方位移就會小一些,這些都是局部的變化,用這樣的位移算出來的位移比是毫無意義的,不能反映整個結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)情況,所以計算位移比時應(yīng)該在剛性樓板假定的條件下進(jìn)行。
3.周期比控制《高規(guī)》4.3.5條規(guī)定,結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比,A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9,B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85.注意:a、這條要求主要是限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱。b、提醒大家解決扭轉(zhuǎn),要注意做好加減法。
4.層剛度比控制(1)?!陡咭?guī)》4.4.2條及《抗規(guī)》3.4.2條規(guī)定,抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu),其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%.如不滿足則應(yīng)按薄弱層對待。
(2)。轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的要求:《高規(guī)》附錄E及《抗規(guī)》附錄E規(guī)定:a.底部大空間為1層時,其轉(zhuǎn)換層上、下層側(cè)向剛度比宜為1,抗震設(shè)計時不應(yīng)大于2,非抗震設(shè)計時不應(yīng)大于3. b.底部大空間層樓大于1層時,其轉(zhuǎn)換層上、下層側(cè)向剛度比宜為1,抗震設(shè)計時不應(yīng)大于1.3,非抗震設(shè)計時不應(yīng)大于2. c.當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層及3層以上時,其樓層側(cè)向剛度尚不應(yīng)小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的60%.(3)?!陡咭?guī)》5.3.7條 高層建筑結(jié)構(gòu)計算中,當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時,地下室結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。
表4.6.3樓層層間最在位移與層高之比的限值結(jié)構(gòu)類型μ/h限值框架 1/550框架—剪力墻、框架—核力筒、板柱—剪力墻 1/800筒中筒、剪力墻 1/1000框支層 1/1000多(高)層鋼結(jié)構(gòu) 1/300(1/250)
注意:a.當(dāng)?shù)叵率也荒軡M足嵌固部位的樓層側(cè)向剛度比規(guī)定的,有條件的,可增加地下室的側(cè)向剛度。
b.沒有條件時,將主體結(jié)構(gòu)的嵌固部位下移至符合要求的部位,如筏形基礎(chǔ)頂面或箱型基礎(chǔ)頂面。
5.高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定的控制《高規(guī)》5.4.4(強(qiáng)規(guī))高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應(yīng)符合下列規(guī)定:(1)剪力墻結(jié)構(gòu),框架—剪力墻結(jié)構(gòu),筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求:EJd>1.4H2ΣGi(2)框架結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求:Dj>10ΣGi/hi注意:a.計算完后設(shè)計可查看SATWE文本文件“結(jié)構(gòu)設(shè)計信息輸出文件WMASS.OUT”,查看是否滿足要求。
b.大量的工程經(jīng)驗說明:只要高寬比在規(guī)范允許的范圍內(nèi),其整體穩(wěn)定性總是滿足的。但設(shè)計時,對于高寬比超限的結(jié)構(gòu)要特別注意。
6.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中框架承擔(dān)的傾覆力矩控制《高規(guī)》8.1.3條及《抗規(guī)》6.1.3條規(guī)定:抗震設(shè)計的框架—剪力墻結(jié)構(gòu),在基本振型地震作用下,框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)部傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)部傾覆力的50% 時,其框架部分的抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)采用;否則其框架部分的抗震等級應(yīng)按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架采用,程序按《抗規(guī)》6.1.3條的條文說明給出了框架部分承擔(dān)的的傾覆力矩的計算方法Mc=ΣΣVijhi設(shè)計者可查看SATWE文本文件“結(jié)構(gòu)設(shè)計信息輸出文件WMASS.OUTWMASS.OUT”,查看是否滿足要墳。
六、計算結(jié)果正確性的判斷
〈高規(guī)〉5.1.16條及〈抗規(guī)〉3.6.5條均有要求:對結(jié)構(gòu)分析軟件的計算結(jié)果,應(yīng)進(jìn)行分析判斷,確認(rèn)其合理,有效后方可作為工程設(shè)計依據(jù)。如何判斷?當(dāng)然只能依靠概念設(shè)計來判斷:概念設(shè)計是一種設(shè)計的思路,可以認(rèn)為是定性的設(shè)計,概念設(shè)計不以精確的力學(xué)分析、生搬硬套的規(guī)范條文為依據(jù),而是由我們對工程進(jìn)行概括的分析,制定設(shè)計目標(biāo),采取相應(yīng)措施,概念設(shè)計概念包括安全度的概念、力學(xué)的概念、材料的概念、荷載的概念、地震的概念、施工的概念、使用的概念等等。概念設(shè)計要求我們?nèi)诤线@些概念,并貫徹到結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置、計算簡圖抽象、計算結(jié)果處理中。對理論無法明確的部位,要有定義的認(rèn)識。建議大家對計算結(jié)果從以下方面檢查:1、檢查原始數(shù)據(jù)是否有誤,特別是是否遺漏荷載;2、計算簡圖是否與實際相符,計算程序是選得正確;3、對計算結(jié)果分析:檢查設(shè)計參數(shù)是否選擇合適;檢查“七種比值”即:(1)柱及剪力墻軸壓比是否滿足要求,主要為控制結(jié)構(gòu)延性;(2)剪重比:主要為控制各樓層最小地震剪力,確保結(jié)構(gòu)安全性;(3)剛度比:主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性,以免豎向剛度突形,形成薄弱層;(4)位移比:主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性,以免形成扭轉(zhuǎn),對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響;(5)周期:主要為控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),減少扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)帶來不利影響(此時要注意:第一、二震型在高層建筑中不能發(fā)扭轉(zhuǎn)為主第二振震型不能以`扭轉(zhuǎn)為主);(6)剛重比:主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆;(7)有效質(zhì)量比:主要為控制結(jié)構(gòu)的地震力是否全計算出來。
以上這七種比值規(guī)范中均有明確要求。
4.另外大家也要注意超配筋信息文件,對超配筋的處理。
七、結(jié)束語
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注重概念設(shè)計,重視結(jié)構(gòu)的選型和平、立面布置的規(guī)則性,擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系,加強(qiáng)構(gòu)造措施。在抗震設(shè)計中,應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能,使整個結(jié)構(gòu)具有必要的承載力、剛度和延性。應(yīng)該來講概念設(shè)計在初步設(shè)計階段特別重要,設(shè)計中不能陷入只憑計算的誤區(qū),不要盲目的依賴計算結(jié)果。
結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用,避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)敏感的薄弱部位,地震能量的耗散僅集中在極少數(shù)薄弱部位,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞?,F(xiàn)有抗震設(shè)計方法的前提之一是假定整個結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用,在此前題下,才能以多遇地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算、構(gòu)件設(shè)計并加以構(gòu)造措施,或采用動力時程分析進(jìn)行驗算,試圖達(dá)到罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)不倒塌的目標(biāo)。對一個結(jié)構(gòu)并非設(shè)計得越剛強(qiáng)越好,一個好的設(shè)計應(yīng)該是“結(jié)構(gòu)剛度、承載力、延性、經(jīng)濟(jì)性完美的匹配”。
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彈性樓板假定的應(yīng)用,并不是針對結(jié)構(gòu)的高度來設(shè)置,主要是針對樓板的布置,結(jié)構(gòu)的類型等情況選擇不同的樓板假定,來反映各種結(jié)構(gòu)的受力特性和傳力途徑,滿足各種結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。對于各種樓板的應(yīng)用范圍可采用如下方法確定:彈性樓板6假定是采用殼單元真實地計算樓板平面內(nèi)和平面外的剛度。從理論上講,彈性樓板6最符合樓板的實際情況,可用于任何工程。但部分豎向樓面荷載將通過樓板面外剛度直接傳遞給豎向構(gòu)件,導(dǎo)致梁的彎矩減小。相應(yīng)的配筋也會減小,造成梁的安全儲備減小。困此,我們建議彈性樓板6一般用于板柱結(jié)構(gòu)和板柱抗震墻結(jié)構(gòu)的計算。
關(guān)鍵詞:高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計
1 高層建筑結(jié)構(gòu)受力方面
對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計,建筑師考慮更多的是它的空問組成特點,而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。
建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成,因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面,結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的,而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系,所以,在建筑設(shè)計的方案階段,就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
對于低層、多層和高層建筑,豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計基本原理都是相同的,但是,隨著高度的不斷增加。豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素,其原因有兩個:其一,較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒;其二,側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。
與豎向荷載相比,側(cè)向荷載對建筑物的效應(yīng)不是線性增加的,而隨建筑高度的增高迅速增大。例如,在所有條件相同時,在風(fēng)荷載作用下,建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比,而其頂部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比,地震的作用效應(yīng)更加明顯。在高層建筑中,問題不僅僅是抗剪,而更重要的是整體抗彎和抵抗變形,可見,高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。
2 結(jié)構(gòu)選型階段
對于高層結(jié)構(gòu)而言,在工程設(shè)計的結(jié)構(gòu)選型階段,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該注意以下幾點:
2.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。
新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動,新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,例如:平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案?!币虼耍Y(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
2.2結(jié)構(gòu)的超高問題。
在抗震規(guī)范與高規(guī)中。對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度的建筑外,增加了B級高度的建筑,因此。必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴(yán)格注意,一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚或超過了B級高度,其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。
在實際工程設(shè)計中,出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題。導(dǎo)致施工圖審查時未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
2.3嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
2.4短肢剪力墻的設(shè)置問題。在新規(guī)范中,對墻肢截面高厚比為5-8的墻定義為短肢剪力墻。且根據(jù)實驗資料和實際經(jīng)驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制,因此,在高層建筑設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
3 地基與基礎(chǔ)設(shè)計方面
地基與基礎(chǔ)設(shè)計一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面,不僅僅由于該階段設(shè)計過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計工作的進(jìn)行,同時,也是因為地基基礎(chǔ)也是整個工程造價的決定性因素,因此,在這一階段,所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。
關(guān)鍵詞:高層建筑設(shè)計;結(jié)構(gòu)體系;設(shè)計特點原則措施
中圖分類號:[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
高層建筑結(jié)構(gòu)不但承受著由于外界的風(fēng)產(chǎn)生的水平方向的荷載,同時也承受著在垂直方向的荷載,并且對于地基的抵抗能力也有要求,一般情況下,建筑結(jié)構(gòu)受低層建筑結(jié)構(gòu)水平方向上的影響較弱,但是在高層建筑中,外界地震的影響和外界風(fēng)產(chǎn)生的水平方向的荷載的影響是主要的因素。隨著建筑物高度的增加,高層建筑的位移增加較快,但是高層建筑過大的側(cè)移不但影響人的舒適度,同時使得建筑物的使用受到影響,并且容易損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
1、軸向變形不容忽視:高層建筑中,豎向載荷很大,能在柱中引起較大的軸向變形,對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小,跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大;此外還會對預(yù)測構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計算值,對下料長度進(jìn)行調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結(jié)果。
2、結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo):相對于低層建筑而言,高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力,避免倒塌,特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?,來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
3、水平荷載成為決定因素:一方面,因為高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面,對某一定高度樓房來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度變化。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析
1、結(jié)構(gòu)的超高問題:在抗震規(guī)范和新規(guī)范中,對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度以外,增加了B級高度,處理措施與設(shè)計方法都有較大改變。在實際工程設(shè)計中,出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題,導(dǎo)致施工圖審查時未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
2、短肢剪力墻的設(shè)置問題:在新規(guī)范中,對墻肢截面高厚比為5~8的墻定義為短肢剪力墻,且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制,因此,在高層建筑設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
3、嵌固端的設(shè)置問題:由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
4、結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題:新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動,新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,例如:平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案?!币虼?,結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略
1、抗風(fēng)設(shè)計優(yōu)化策略
高層建筑的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計可以從四個方面入手:
第一,是基礎(chǔ)設(shè)計,既建筑物的根基設(shè)計,堅實的地基基礎(chǔ)是高層建筑物抗風(fēng)能力的有力保證,選用級配較高的砂石,保證回填材料的密實程度,防止水平作用力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆性的威脅。
第二,是根據(jù)能耗的原理,設(shè)計高層建筑物支撐、剪力墻、梁柱。樓板構(gòu)件等,讓其形成一個減震系統(tǒng),減耗自然風(fēng)能。
第三,提高建筑物的承載力和剛度,也是高層建筑物抗風(fēng)設(shè)計的重要因素,根據(jù)風(fēng)荷載的多變性和復(fù)雜性的特點,筆者認(rèn)為承載力和風(fēng)荷載務(wù)必經(jīng)過周密計算,并根據(jù)相關(guān)的規(guī)范設(shè)計要求,通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高建筑物的抗風(fēng)能力。
2、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略
抗震是每個建筑物必須考慮的重點內(nèi)容,尤其高層建筑物,抗震設(shè)計更加至關(guān)重要,其優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容如下:
第一,提高建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)則性,合理設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件的位置,以此形成承載力的合理性分布體系,垂直方向需要通過抗側(cè)力構(gòu)件剛度和強(qiáng)度來提高,滿足其連續(xù)和均勻穩(wěn)定性。
第二,地基的抗震設(shè)計。地基沉降現(xiàn)象是地震時建筑物結(jié)構(gòu)破壞的最直接原因,當(dāng)?shù)鼗l(fā)生沉降的時候,建筑物的結(jié)構(gòu)會發(fā)生開裂等破壞,因此,地基施工的時候,必須結(jié)合地震對其的破壞特點,進(jìn)行針對性設(shè)計。一方面,簡化建筑物的建筑平面,減少陰角的平面布置,將外部形狀和高度存在差異性的建筑物以棟為單位分割,通過施工設(shè)計安排,提高地基的剛度和強(qiáng)度,另一方面則是將樁埋置在一定的深度內(nèi),將群樁、上部結(jié)構(gòu)重點控制在同一直線上。
第三,剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。剪力墻是重要的承重構(gòu)件,剪力墻是用來提高承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)力的部分,滿足承載力的延續(xù)性和耗能能力,有效的提高抗震承受能力。
第四,消防結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)定位于提高建筑物使用者生命及財產(chǎn)的安全性,防患于未然,提高建筑物的消防功能,對于消防結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化首先應(yīng)該從優(yōu)化防火間距出發(fā),精確計算建筑物之間的距離,因地制宜設(shè)計提高消防裝置的靈活性,讓問題出現(xiàn)時能夠為使用者逃生提供更多的機(jī)會。
四、小結(jié)
隨著城市經(jīng)濟(jì)水平的不段提高,以及人們對物質(zhì)文化生活需求的不斷提升,人們對于建筑物的關(guān)注不斷從舒適角度出發(fā),同時要從安全角度出發(fā),考察設(shè)計者的設(shè)計理念,關(guān)注建筑物的使用性能。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:建筑技術(shù);高層建筑;鋼筋混凝土
前言:隨著我國高層建筑的迅速發(fā)展,使建筑高度不斷增加,建筑類型與建筑功能呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣性以及多樣化的結(jié)構(gòu)體系的增加,因此,工程師設(shè)計工作的主要重點和難點是對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。但是,在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,會出現(xiàn)一些遺漏或錯誤,為了避免遺漏或錯誤的發(fā)生,現(xiàn)將經(jīng)常出現(xiàn)的問題總結(jié)如下:
1.結(jié)構(gòu)選型
在工程設(shè)計的結(jié)構(gòu)選型階段中,就高層建筑結(jié)構(gòu)而言,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該注意六個問題,第一個問題是結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。新舊規(guī)范在結(jié)構(gòu)規(guī)則的內(nèi)容中出現(xiàn)了較大的改動,向舊的規(guī)范內(nèi)容中增添了許多新的規(guī)范限制條件(如嵌固端上下層剛度比信息、平面規(guī)則性信息等),并且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案?!币虼耍Y(jié)構(gòu)工程師必須嚴(yán)格注意并遵循新規(guī)范中的一些限制條件,因此,在后期施工圖設(shè)計階段中,結(jié)構(gòu)工程師可避免工作出現(xiàn)問題。第二個問題是結(jié)構(gòu)超高。在抗震規(guī)范與高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范中,結(jié)構(gòu)的總高度有嚴(yán)格的限制,特別是新規(guī)范主要是針對以前的超高問題,在原來限制高度設(shè)定為A級高度的建筑基礎(chǔ)上,新增加了一個B級高度的建筑,因此,需要嚴(yán)格控制建筑物的結(jié)構(gòu)高度以及注意事項,如果新建的建筑物結(jié)構(gòu)的高度為B級或者超過B級,設(shè)計方法和處理措施都將隨著結(jié)構(gòu)高度的不同而不同。在實際工程設(shè)計中,經(jīng)常會發(fā)生結(jié)構(gòu)類型的改變了而結(jié)構(gòu)高度沒有變或者被忽略了,導(dǎo)致在施工圖審查時,設(shè)計圖紙沒有通過,在很大程度上對工程工期、造價等造成了影響;第三個問題是嵌固端的設(shè)置。通常情況下,高層建筑帶有二層或二層以上的地下室和人防,在地下室頂板或人防頂板等位置都有可能設(shè)置嵌固端,因此,由設(shè)置嵌固端帶來的一系列注意事項(如嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等)通常被結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師忽略,給后期工作帶來了大量的麻煩或者埋下安全隱患;第四個問題是短肢剪力墻的設(shè)置。在新規(guī)范中,增加許多對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用的限制,因此,結(jié)構(gòu)工程師在高層建筑設(shè)計中應(yīng)盡可能少用或不用短肢剪力墻。
2.地基與基礎(chǔ)設(shè)計
結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面是地基與基礎(chǔ)設(shè)計,因為對地基設(shè)計的優(yōu)劣對期的設(shè)計工作將產(chǎn)生直接影響,于此同時,決定整個工程造價的主要因素是地基基礎(chǔ),在地基與基礎(chǔ)設(shè)計階段中出現(xiàn)的問題可能對后期工作造成巨大的損失[2]。
地方性的規(guī)范在地基與基礎(chǔ)設(shè)計中也需要重視。我國占地面積遼闊,地質(zhì)條件復(fù)雜,僅一本國家標(biāo)準(zhǔn)是不能夠全面地詳細(xì)的描述和規(guī)定全國各地的地基基礎(chǔ),因此,地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”是針對各地的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)的描述和準(zhǔn)確的規(guī)定,所以,一定要在地基基礎(chǔ)設(shè)計時深入地學(xué)習(xí)地方規(guī)范,在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作中,盡量避免重大過錯。
3.結(jié)構(gòu)計算與分析
在結(jié)構(gòu)計算與分析階段中,決定工程設(shè)計質(zhì)量優(yōu)劣地關(guān)鍵是準(zhǔn)確、高效地對工程進(jìn)行內(nèi)力分析并依據(jù)規(guī)范要求對工程進(jìn)行設(shè)計和處理。新規(guī)范對結(jié)構(gòu)整體計算和分析部分中推出了許多新的內(nèi)容,對一些舊的內(nèi)容提出了相應(yīng)的調(diào)整、改進(jìn)與補(bǔ)充,因此,結(jié)構(gòu)工程師在這一階段中經(jīng)常出現(xiàn)的問題可以有一個清晰的認(rèn)識[3]:第一個問題是結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有很多種,各軟件在計算模型上存在著不同的差異,在計算結(jié)果上,導(dǎo)致了各軟件存在著差異。所以,在對工程進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計算和分析時,依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎丬浖?。在設(shè)計工作中,結(jié)構(gòu)工程師的首要工作要根據(jù)不同軟件間的計算結(jié)果進(jìn)行比較、進(jìn)行判斷,選擇合理的計算軟件進(jìn)行計算,選擇合理的計算軟件進(jìn)行計算作為參考。如果選擇不合適的計算軟件,會浪費大量的時間和精力,并且在建筑結(jié)構(gòu)中存在著安全隱患;第二個問題是是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等因素對自振周期的影響。對于震力是否放大,建筑隔墻等對自振周期的影響,在新規(guī)范和舊規(guī)范中都有提及,新規(guī)范根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了在各種結(jié)構(gòu)體系中高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù);第三個問題是振型數(shù)目是否足夠。振型參與系數(shù)的概念是在新規(guī)范中新增加的,并且明確提出了該參數(shù)的限值。在舊規(guī)范設(shè)計中并未提出關(guān)于振型參與系數(shù)的概念也沒有使用該概念。在工程設(shè)計中,振型參與系數(shù)的限值也不于新規(guī)范的要求相符合,因此,在計算分析階段中,必須針對計算結(jié)果,對該系數(shù)的限值進(jìn)行判斷以及決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值;第四個問題是多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算。在相當(dāng)長的一段時間中,涌現(xiàn)出大量的大底盤以及多塔樓的高層建筑類型,結(jié)構(gòu)工程師對該類型高層建筑進(jìn)行計算分析時必須注意的是結(jié)構(gòu)作為一個整體進(jìn)行計算,還是人為地將結(jié)構(gòu)分開進(jìn)行計算。如果多塔間剛度存在著較大地差異,在計算一座塔樓的地震力時,即使?jié)M足了振型參與系數(shù)的要求,也有可能使計算結(jié)果存在著較大的誤差,導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)上存在安全隱患;第五個問題是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設(shè)計。通常人們對高層建筑追求的是建筑美觀或功能,使非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在設(shè)計高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件時,高層建筑關(guān)于這部分內(nèi)容有較大的地震作用和風(fēng)荷載,因此,在設(shè)計時,必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算處理措施。
結(jié)束語:
總而言之,鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程,在這個過程中,任何遺漏或錯誤都將使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或者在設(shè)計結(jié)果中有不安全的因素存在,因此我們在設(shè)計時,要時刻按照國家的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計,還必須參照地方的標(biāo)準(zhǔn)來完善設(shè)計。
參考文獻(xiàn):
[1] 中華人民共和國建筑部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[M].中華人民共和國建設(shè)部,2002.
關(guān)鍵詞:高層建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計,常見問題
Abstract: with the development of our country's national economy and people's life of improving rapidly. The owner of the architect and innovation art makes the rc high-rise building development has been widely used. High-rise building structural design for engineering design personnel put forward higher request, this paper structure should be paid attention to in the design of a few aspects in this paper.
Keywords: high building, structure design, common problem
中圖分類號:[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
1高層建筑結(jié)構(gòu)受力方面
1.1對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計,建筑師考慮更多的是它的空問組成特點,而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成,因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面,結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的,而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系,所以,在建筑設(shè)計的方案階段,就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
1.2對于低層、多層和高層建筑,豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計基本原理都是相同的,但是,隨著高度的不斷增加。豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素,其原因有兩個:其一,較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒;其二,側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。
1.3與豎向荷載相比,側(cè)向荷載對建筑物的效應(yīng)不是線性增加的,而隨建筑高度的增高迅速增大。例如,在所有條件相同時,在風(fēng)荷載作用下,建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比,而其頂部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比,地震的作用效應(yīng)更加明顯。在高層建筑中,問題不僅僅是抗剪,而更重要的是整體抗彎和抵抗變形,可見,高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。
2結(jié)構(gòu)選型階段
對于高層結(jié)構(gòu)而言,在工程設(shè)計的結(jié)構(gòu)選型階段,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該注意以下幾點:
2.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。
新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動,新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,例如:平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。”因此,結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
2.2結(jié)構(gòu)的超高問題。
在抗震規(guī)范與高規(guī)中。對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度的建筑外,增加了B級高度的建筑,因此。必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴(yán)格注意,一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚或超過了B級高度,其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。
在實際工程設(shè)計中,出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題。導(dǎo)致施工圖審查時未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
2.3嵌固端的設(shè)置問題。
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
2.4短肢剪力墻的設(shè)置問題。
在新規(guī)范中,對墻肢截面高厚比為5-8的墻定義為短肢剪力墻。且根據(jù)實驗資料和實際經(jīng)驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制,因此,在高層建筑設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
3地基與基礎(chǔ)設(shè)計方面
地基與基礎(chǔ)設(shè)計一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面,不僅僅由于該階段設(shè)計過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計工作的進(jìn)行,同時,也是因為地基基礎(chǔ)也是整個工程造價的決定性因素,因此,在這一階段,所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。
在地基基礎(chǔ)設(shè)計中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣,地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜,作為國家標(biāo)準(zhǔn),僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》無法對全國各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定,因此,作為建立在國家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)。
地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確,所以,在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計時,一定要對地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí),以避免對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作造成較大的影響。
4結(jié)構(gòu)計算與分析方面
在結(jié)構(gòu)計算與分析階段,如何準(zhǔn)確,高效地對工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計和處理,是決定工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對結(jié)構(gòu)整體計算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn),因此,結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相當(dāng)?shù)貙@一階段比較常見的問題有一個清晰的認(rèn)識。
4.1結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有:SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等,但是,由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異,因此導(dǎo)致了各軟件的計算結(jié)果有或大或小的不同。所以,在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計算和分析時必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件,并從不同軟件相差較大的計算結(jié)果中,判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的,哪個又是意義不大的,這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計工作中首要的工作。否則,如果選擇了不合適的計算軟件,不但會浪費大量的時間和精力,而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。
4.2是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。
該部分內(nèi)容實際上在新老規(guī)范中都有提及,只是,在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)。
4.3振型數(shù)目是否足夠。
在新規(guī)范中增加一個振型參與系數(shù)的概念,并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計中,并未提出振型參與系數(shù)的概念,或即使有該概念,該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求,因此,在計算分析階段必須對計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷,并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。
4.4多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算。一段時間以來,大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn),而在計算分析該類型高層建筑時,是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進(jìn)行計算,還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計算,是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大,就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求,但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大,從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。
4.5非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設(shè)計。在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對這部分內(nèi)容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計時,由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大。因此,必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算處理措施進(jìn)行設(shè)計。
5結(jié)語
【關(guān)鍵詞】高層建筑;設(shè)計;原則;指導(dǎo)作用。
Abstract:High-rise buildings in the city building in the current ratio gradually increases, high-rise buildings, general building, whether in design or in practice, more areas requiring attention, the article discusses the basic principles of high-level design of building structures, characteristics,and recurring problems of a certain role in guiding the discussion, the high-level design of building structures.
Key words: high-rise buildings; design; principle; guiding role.
中圖分類號:TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:2095-2104(2012)
0.緒論
隨著社會生產(chǎn)力以及科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展,我國大中型城市的城市化進(jìn)程加快。作為城市化發(fā)展標(biāo)志之一的高層建筑以其宏偉的高度及巨大的體量給人類一種強(qiáng)烈的視覺震撼。同時,隨著全國工業(yè)水平的不斷上升,各地城市人口劇增,為了滿足城市居民對住房的需求以及改善人們的居住環(huán)境,高層建筑的建造是必然的。在高層建筑百年的發(fā)展過程中,現(xiàn)代高層建筑已經(jīng)不僅僅單純地為滿足其使用功能,建筑結(jié)構(gòu)工程師在高層建筑設(shè)計中如何更好把握設(shè)計要點,直接影響到建筑整體結(jié)構(gòu)的安全、美觀、經(jīng)濟(jì)及合理性。
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則
(1)選擇正確的計算簡圖:結(jié)構(gòu)計算是在計算簡圖的基礎(chǔ)上開展的,計算簡圖選著不當(dāng)會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故頻繁發(fā)生,故選擇正確的計算簡圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)該有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證其在實際應(yīng)用中的適用性。如實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點或剛結(jié)點,但與計算簡圖的誤差必須在設(shè)計允許誤差范圍之內(nèi)。
(2)選擇正確的基礎(chǔ)方案:基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際工程地質(zhì)條件,對上層結(jié)構(gòu)類型和載荷分布,鄰近建筑物影響和施工條件等等多方面因素進(jìn)行綜合分析,選擇經(jīng)濟(jì)、合理的基礎(chǔ)方案,在設(shè)計時要最大限度地發(fā)揮地基的潛力,必要時應(yīng)該進(jìn)行地基的變形驗算?;A(chǔ)設(shè)計應(yīng)該出具詳盡的地質(zhì)勘察報告,對某些缺少地質(zhì)報告的建筑也應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場查看以及參考鄰近建筑資料。一般情況下,同一結(jié)構(gòu)單元不能用兩種不同的類型的基礎(chǔ)方案。
(3)正確選擇結(jié)構(gòu)方案:一個正確的結(jié)構(gòu)方案,總的來說就是一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)做到受力明確,傳力簡單。在同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)不宜選著不同結(jié)構(gòu)體系混用,位于地震區(qū)單元應(yīng)充分考慮平面和豎向規(guī)則。具體說來就是必須對工程的設(shè)計、原材料供給、周邊地理環(huán)境、現(xiàn)有施工條件等具體情況進(jìn)行綜合分析,并與建筑方、電、水、暖等供應(yīng)商等方面充分協(xié)商,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計,確定正確的結(jié)構(gòu)方案,必要時要進(jìn)行多方案比較。
(4)正確分析計算結(jié)果: 現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采取計算機(jī)技術(shù),但是由于目前計算軟件種類繁多,不同軟件又往往導(dǎo)致計算結(jié)果不盡相同。因此要求設(shè)計師應(yīng)對計算軟件的適用條件進(jìn)行全面的了解。在利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計時,由于結(jié)構(gòu)實際情況和設(shè)計程序不相符合,或者由于人工輸入錯誤 又或者軟件本身存在缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果,因此要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到計算機(jī)計算結(jié)果時應(yīng)結(jié)合實際情況認(rèn)真分析,做出正確判斷。
(5)采取正確的構(gòu)造措施:做結(jié)構(gòu)設(shè)計時始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉的原則”,同時注意構(gòu)件的延性性能,增強(qiáng)薄弱部位受力性,注意鋼筋的錨固長度、力度,特別是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度;充分考慮溫度應(yīng)力的影響力。
高層建筑設(shè)計特點
高層建筑的設(shè)計特點集中體現(xiàn)在水平荷載、軸向變形、結(jié)構(gòu)延性和側(cè)移等方面。其中由水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩而引起的軸力和樓房高度的兩次方成正比,而在一些豎構(gòu)件中,由樓房的自重及樓面使用荷載而產(chǎn)生的彎矩數(shù)值和軸力僅和樓房高度的一次方成正比,另外由于豎向荷載為確定值而水平荷載具有不確定性,所以,水平荷載在高層建筑中具有決定性作用 。
由于在水平荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會伴隨著高層建筑樓層高度的增加而逐步增大,所以,結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層建筑設(shè)計的關(guān)鍵因素及控制指標(biāo)。結(jié)構(gòu)延性也是高層建筑設(shè)計的重要指標(biāo)。為保證高層建筑足夠的結(jié)構(gòu)延性,使之結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段仍然有較強(qiáng)的變形能力而不至于自身倒塌,須在其結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)?shù)拇胧?。此外,在高層建筑設(shè)計中同樣不能忽視高層建筑的軸向變形因素。
高層建筑結(jié)構(gòu)體系
(1)框架-剪力墻體系。當(dāng)單獨框架體系的強(qiáng)度及剛度不能滿足實際要求時,此時需要在建筑平面的適當(dāng)位置增加較大的剪力墻來替代部分框架,這便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平方向力時,框架及剪力墻通過有足夠大剛度的樓板及連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在此體系中框架體系主要承受垂直荷載,而剪力墻主要承受水平剪力??蚣?剪力墻體系的位移曲線一般呈彎剪型。剪力墻的增加, 增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,使得建筑物的水平位移減小,同時框架承受來之水平方向剪力顯著降低并且內(nèi)力沿豎向的分布也趨于均勻,所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于單純框架體系。
(2)剪力墻體系。當(dāng)受力的主體結(jié)構(gòu)全部是由平面剪力墻構(gòu)件組成時,就形成剪力墻體系。在剪力墻體系中,一片剪力墻就承受了全部的垂直荷載及水平力。 剪力墻體系屬于剛性結(jié)構(gòu),其位移曲線一般呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度及剛度都比較高,且有一定的延性,傳力直接,整體性能好,抗震、抗倒塌能力強(qiáng),是一種比較良好的結(jié)構(gòu)體系,能建高度大于單一框架體系或著框架-剪力墻混合體系。
(3)簡體體系。凡是采用簡體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系都稱為簡體體系,包括了單簡體、簡體-框架、多束筒、筒中筒等多種表現(xiàn)型式。簡體實際上是一種空間受力構(gòu)件,分為實腹筒及空腹筒兩種類型。其中實腹筒是由平面或曲面墻圍成的豎向三維結(jié)構(gòu)單體,而空腹筒是由密排柱及窗裙梁或者開孔的鋼筋混泥土外墻組成的空間受力構(gòu)件。簡體體系具有很大的剛度及強(qiáng)度,而且各構(gòu)件受力比較合理,抗風(fēng)、 抗震能力表現(xiàn)很強(qiáng),往往應(yīng)用在超大跨度、大空間或超高層建筑中。
4.高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析
(1)結(jié)構(gòu)超高問題:在抗震規(guī)范及新規(guī)范中,對建筑結(jié)構(gòu)的總高度有著非常嚴(yán)格的限制,特別是新規(guī)范中針對超高問題,除了將以前的限制高度設(shè)定為A級高度以外還增加了B級高度,處理措施和設(shè)計方法也都有較大改變。在實際的工程設(shè)計中,頻頻出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)類型變更而忽略該問題后導(dǎo)致施工圖審查時未能通過,需要重新進(jìn)行設(shè)計或者開專家會議進(jìn)行論證的情況,對工程的工期、造價
等整體規(guī)劃有著相當(dāng)大影響。
(2)短肢剪力墻設(shè)置問題:在新規(guī)范中可以看到,對于墻肢截面高厚比為
5-8的墻體定義為短肢剪力墻,而且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及實際經(jīng)驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用也增加了比較的限制,所以,在高層建筑設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當(dāng)減少采用或盡量不用短肢剪力墻,以避免關(guān)于設(shè)計方面不必要的麻煩。
(3)嵌固端設(shè)置問題:目前由于高層建筑一般都帶有二層或者二層以上的地下室空間和人防,嵌固端有可能會設(shè)置在地下室的頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師通常忽視了由嵌固端設(shè)置帶來的一些需要注意的方面,比如:嵌固端樓板本身的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的上限、嵌固端上下層抗震層次的一致性、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)計與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題,而忽略任何一個問題都有可能導(dǎo)致后期埋下安全隱患。
(4)結(jié)構(gòu)規(guī)則性問題 :新、舊規(guī)范在這方面規(guī)則出現(xiàn)了較大的差異,新規(guī)范在這方面增加了相當(dāng)多的限制條件,而且,新規(guī)范增加強(qiáng)制性條文規(guī)定“建筑不應(yīng)該采用嚴(yán)重不規(guī)范的設(shè)計方案。” 因此,結(jié)構(gòu)工程師在對待新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,從以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
5.小結(jié)
近年來,我國在高層建筑建設(shè)方面發(fā)展迅速。但但從設(shè)計質(zhì)量方面來看,并不十分理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師不能單單重視結(jié)構(gòu)計算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案在具體設(shè)施時實際情況,應(yīng)作出更加合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行具體的分析所掌握的知識對實際建筑設(shè)計中遇到了各種問題進(jìn)行處理。
【參考文獻(xiàn)】
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Abstract: This article from the significance and principle of the high-rise building design, analyzed the structure of high-rise building design and the overall classification design, and discussed the structural design of high-rise building.
Key words: high-rise building; structure design; problem analysis
中圖分類號:TU22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:2095-2104(2012)05-0020-02
1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的原則 1.1 選用適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D。結(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,計算簡圖選用不當(dāng)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生,所以選擇適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點,但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。 1.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案。基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件,上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布,相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析,選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案,設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力,必要時應(yīng)進(jìn)行地基變形驗算。基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告,對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下,同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。 1.3 合理選擇結(jié)構(gòu)方案。一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案,也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確,傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系,地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則??偠灾仨殞こ痰脑O(shè)計要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析,并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型,確定結(jié)構(gòu)方案,必要時應(yīng)進(jìn)行多方案比較,擇優(yōu)選用。 1.4 正確分析計算結(jié)果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機(jī)技術(shù),但是由于目前軟件種類繁多,不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應(yīng)對程序的適用范圍、條件等進(jìn)行全面了解。在計算機(jī)輔助設(shè)計時,由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合,或人工輸入有誤,或軟件本身有缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果,因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應(yīng)認(rèn)真分析,慎重校核,做出合理判斷。
2.高層建筑整體設(shè)計 2.1主體設(shè)計。高層建筑設(shè)計中的一個全新的要求就是要實現(xiàn)建筑本身的生態(tài)節(jié)能。首先對于高層建筑主體的下部分裙房而言,雖然其裙房的建設(shè)對整個城市影響較小,但是對街道的尺度以及人性化空間的創(chuàng)造等方面的影響都很大。高層建筑的下部門裙房在立面設(shè)計上一般跟高層建筑的上部立面不同,在建筑設(shè)計當(dāng)中需要比較細(xì)致的設(shè)計,要將下部裙房設(shè)計的比較多樣化,以免顯得過于蒼白。同時裙房對人們所產(chǎn)生的街道空間感的影響以較大。而對于高層建筑的中的樓頂對整個高層建筑的設(shè)計形象又起到了個性化體現(xiàn)的作用,雖然對生態(tài)環(huán)境的意想不到,但是它們體現(xiàn)的是高層建筑的標(biāo)志性和獨特性,因此在樓頂?shù)脑O(shè)計上也不是不容忽視的。 2.2處理手法上的巧妙運用。在實際的建筑設(shè)計過程中,高層建筑設(shè)計中的塔樓部分雖然在設(shè)計上沒有很大的變化余地,但是在高層建筑的底層部分可以通過一些巧妙的處理來實現(xiàn)對空間形式上的豐富,在實際的建筑設(shè)計中一般都是采用底層架空和入口縮進(jìn)的處理方法。 4. 高層建筑中的分類建筑設(shè)計 4.1底層入口。首先高層住宅的底層入口處一定要避免設(shè)在當(dāng)?shù)囟局鲗?dǎo)風(fēng)的迎風(fēng)面,而在我國的南方地區(qū),由于比較炎熱,因此底層入口可以全部或者是局部架空,避免對夏季通風(fēng)的妨礙。 4.2建筑圍護(hù)。由于人們在高層建筑商居住多半都會產(chǎn)生一定的恐懼心理,因此在高層建筑設(shè)計中一定要注重建筑維護(hù)的安裝,從而給居民提供一定的安全感。同時在高層住宅的窗戶設(shè)計上,由于高層的風(fēng)壓過大,一方面會對外窗開關(guān)造成影響,同時也會對人們擦玻璃的同時產(chǎn)生不安全因素,因此在外窗的設(shè)計上應(yīng)該設(shè)計為推拉的啟閉方式。 4.3服務(wù)設(shè)施。高層住宅建筑在設(shè)計上就應(yīng)該充分考慮到建筑的服務(wù)設(shè)施,要在建筑底層入口處設(shè)置大樓管理人員的值班室,在值班室中配置夜間電梯緊急呼叫裝置、公用電話以及值班人員必要的生活用品;同時還要在大樓內(nèi)外設(shè)計分戶信箱以及車輛的存放處,在具體的分戶信箱的尺寸安排上,應(yīng)該大于300mm,同時要保證對墻面面積占用較小的基礎(chǔ)上與墻面垂直。
5. 高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析 5.1 結(jié)構(gòu)的超高問題。在抗震規(guī)范和高規(guī)范中,對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度以為,增加了B級高度,處理措施與設(shè)計方法都有較大改變。在實際工程設(shè)計中,出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題,導(dǎo)致施工圖審查時未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。 5.2 短肢剪力墻的設(shè)置問題。在新規(guī)范中,對墻肢截面高厚比為5~8的墻定義為短肢剪力墻,且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制,因此,在高層建筑設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。 5.3 嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。 5.4 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動,新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,例如:平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案?!币虼耍Y(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu);設(shè)計;探討
中圖分類號: TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的原則
1.1 選用適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D:
結(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,計算簡圖選用不當(dāng)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生,所以選擇適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點,但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。
1.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案:
基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件,上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布,相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析,選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案,設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力,必要時應(yīng)進(jìn)行地基變形驗算。基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告,對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下,同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。
1.3 合理選擇構(gòu)方案:
一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案,也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確,傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系,地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則??偠灾?,必須對工程的設(shè)計要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析,并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型,確定結(jié)構(gòu)方案,必要時應(yīng)進(jìn)行多方案比較,擇優(yōu)選用。
1.4 正確分析計算結(jié)果
:在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機(jī)技術(shù),但是由于目前軟件種類繁多,不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應(yīng)對程序的適用范圍、條件等進(jìn)行全面了解。在計算機(jī)輔助設(shè)計時,由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合,或人工輸入有誤,或軟件本身有缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果,因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應(yīng)認(rèn)真分析,慎重校核,做出合理判斷。
1.5 采取相應(yīng)的構(gòu)造措施:
結(jié)構(gòu)設(shè)計始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓若拉原則”,注意構(gòu)件的延性性能;加強(qiáng)薄弱部位;注意鋼筋的錨固長度,尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度;考慮溫度應(yīng)力的影響力。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
2.1 軸向變形不容忽視:高層建筑中,豎向載荷很大,能在柱中引起較大的軸向變形,對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小,跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大;此外還會對預(yù)測構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計算值,對下料長度進(jìn)行調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結(jié)果。
2.2 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo):相對于底層建筑而言,高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力,避免倒塌,特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?,來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2.3 水平荷載成為決定因素:一方面,因為高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面,對某一定高度樓房來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度變化。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析
3.1 結(jié)構(gòu)的超高問題:在抗震規(guī)范和高規(guī)范中,對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為 A 級高度以為,增加了 B 級高度,處理措施與設(shè)計方法都有較大改變。在實際工程設(shè)計中,出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題,導(dǎo)致施工圖審查時未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
3.2 短肢剪力墻的設(shè)置問題:在新規(guī)范中,對墻肢截面高厚比為5~8 的墻定義為短肢剪力墻,且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制,因此,在高層建筑設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
3.3 嵌固端的設(shè)置問題:由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
3.4 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題:新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動,新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,例如:平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。”因此,結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
【關(guān)鍵詞】高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較,結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置,不同結(jié)構(gòu)體系的選擇,直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有;
1. 水平力是設(shè)計主要因素。在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中,往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層建筑中,盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響,但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力,是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面,對一定高度建筑來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。
2. 側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同,結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大,因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
3. 抗震設(shè)計要求更高。有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,除要考慮正常使用時的豎向荷載、風(fēng)荷載外,還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能,做到小震不壞、大震不倒。
4. 軸向變形不容忽視。高層建筑中,豎向荷載數(shù)值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大;還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計算值,對下料長度進(jìn)行調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會得出偏于不安壘的結(jié)果。
5. 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)。相對于較低樓房而言,高樓結(jié)構(gòu)更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力,避免倒塌,特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?,來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系
1. 框架-剪力墻體系。當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時,往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架,便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力??蚣?剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置,增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,使建筑物的水平位移減小,同時框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻,所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。
2. 剪力墻體系。當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時,即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中,單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu),其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高,有一定的延性,傳力直接均勻,整體性好,抗倒塌能力強(qiáng),是一種良好的結(jié)構(gòu)體系,能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。
3. 筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為筒體體系。筒體是一種空間受力構(gòu)件,分實腹筒和空腹筒兩種類型。筒體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度,各構(gòu)件受力比較合理,抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng),往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)問題分析
1. 結(jié)構(gòu)的超高問題:在抗震規(guī)范和高規(guī)范中,對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度以為,增加了B級高度,處理措施與設(shè)計方法都有較大改變。在實際工程設(shè)計中,出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題,導(dǎo)致施工圖審查時未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
2 .短肢剪力墻的設(shè)置問題:在新規(guī)范中,對墻肢截面高厚比為5~8的墻定義為短肢剪力墻,且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制,因此,在高層建筑設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
3 .嵌固端的設(shè)置問題:由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
4 .結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題:新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動,新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,例如:平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。”因此,結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。