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淺談高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

來源:期刊VIP網(wǎng)所屬分類:建筑工程時間:瀏覽:

  前言

  有市場就必然有競爭,建筑行業(yè)也不例外。隨著生活水平的不斷提高,人們在對民用建筑的也要求越來越高,如何設(shè)計出舒適、安全、環(huán)保的高層住宅,以滿足消費者的需,是設(shè)計師們當(dāng)前要面對解決的首要問題。筆者結(jié)合自己的設(shè)計經(jīng)驗,對高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)。

  1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系介紹

  鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)前大部分高層建筑采用的結(jié)構(gòu)體系,它包括框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等,其中框架剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)在實際當(dāng)中應(yīng)用較多。

  1.1剪力墻結(jié)構(gòu)

  剪力墻結(jié)構(gòu)(Shearwall Structure)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架

  結(jié)構(gòu)中的梁柱,能夠承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力,并可以有效地控制結(jié)構(gòu)的水平力,用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)。

  一般采用平面布置形式,并且剪力墻應(yīng)雙向或多向布置,原因是剪力墻受豎向和水平方向荷載的共同作用。另外,該結(jié)構(gòu)體系全部由剪力墻組成,那么它的剛度要比框架剪力墻結(jié)構(gòu)更好,適用于 40 層以下的的高層民用建筑。還有,該結(jié)構(gòu)的高寬比應(yīng)不大于 6,高度上還要考慮抗震的要求。

  1.2 框架剪力墻結(jié)構(gòu)

  框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻組合而成的一種結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系的受力特點是,剪力墻承受水平荷載,而框架承受豎向荷載,兩者合理分工,共同受力。在設(shè)計中,剪力墻要均勻布置在建筑物的

  周邊、電梯間、平面形狀變化較大和豎向荷載較大的部位。此外,該結(jié)構(gòu)以框架結(jié)構(gòu)為主,剪力墻為輔助體系,所以此結(jié)構(gòu)體系通常用于25 層以下的建筑,最高也不要大于 30 層。

  1.3 框架結(jié)構(gòu)

  框架結(jié)構(gòu)是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu),即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載。采用結(jié)構(gòu)的房屋墻體不承重,僅起到圍護(hù)和分隔作用,一般用預(yù)制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質(zhì)板材等材料砌筑或裝配而成。

  2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制參數(shù)選取

  高層建筑設(shè)計中各種控制參數(shù)的選取將會直接影響到整個結(jié)構(gòu)的安全性、合理性等。因此,合理地選取各個控制參數(shù),不僅有助于提高結(jié)構(gòu)整體的控制效率,還有助于使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、經(jīng)濟(jì)、合理。

  2.1 軸壓比:為保證結(jié)構(gòu)的延性要求,要限制結(jié)構(gòu)的軸壓比。通常采

  用增大強或柱的截面或提高該層強、柱混凝土強度的辦法,來調(diào)整軸壓比以滿足規(guī)范的要求。

  2.2 剪重比:通過限制各個樓層的最小水平地震剪力來確保較長周

  期的結(jié)構(gòu)安全。通過增強豎向構(gòu)件如墻、柱等的剛度,可以增大剪重比,解決偏小甚至與規(guī)范值相差較大的問題。

  2.3 剛重比:這個的規(guī)范上限用于判斷重力荷載在水平作用位移效應(yīng)引起的二階效應(yīng)是否可以忽略不計。如果不滿足規(guī)范的下限要求,就通過調(diào)整來增強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度來調(diào)整。

  2.4 層間位移角:這個參數(shù)用來限制結(jié)構(gòu)在正常使用的條件下的水平位移,以確保高層結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的剛度,避免過大的位移影響到結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。在不滿足規(guī)范要求的情況下,就只能采用調(diào)整豎向構(gòu)件,增加豎向構(gòu)件的剛度的辦法調(diào)整。

  2.5

  層間位移比:此參數(shù)限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性,以避免貴大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生教的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。若不滿足規(guī)范的要求,則改變結(jié)構(gòu)平面布置,減小結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心的偏心距來達(dá)到規(guī)范要求。

  2.6 周期比:該參數(shù)限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度,不能太弱,結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度可以減少扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。一般是調(diào)整改變結(jié)構(gòu)布置,提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度,以達(dá)到規(guī)范的要求。

  2.7剛度比:為了限制結(jié)構(gòu)的豎向布置的不規(guī)范性,避免結(jié)構(gòu)剛度

  沿豎向突變,形成薄弱層,影響結(jié)構(gòu)的安全性而設(shè)置此參數(shù)。

  如果不滿足規(guī)范的要求,就采用適當(dāng)加強本層墻、柱和梁的剛度,過適當(dāng)削弱上部相關(guān)樓層的墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度的方法來調(diào)整。

  3.框架計算簡圖的處理對于無地下室的基礎(chǔ)埋深較深的框架結(jié)構(gòu),可以在0.00m附近設(shè)置基礎(chǔ)連系梁,以增強底層的整體性。因為基礎(chǔ)連系梁的設(shè)計只是構(gòu)造設(shè)計,根本不能平衡底部柱腳的彎矩,更不能作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部分,因此基礎(chǔ)頂面至一層樓蓋頂面的高度顯然不能作為底層的計算高度 H。那么正確的設(shè)計應(yīng)該是:基礎(chǔ)頂面至連系梁頂面的高度取做柱的H,也就是吧基礎(chǔ)連系梁以下的部分當(dāng)成一層,而把實際建筑的一層當(dāng)做第二層計算,層高取連系梁頂層至一層樓面的高度。那么在計算簡圖時,底層柱的配筋應(yīng)取基礎(chǔ)連系梁頂面和基礎(chǔ)頂面兩個中內(nèi)力較大的值進(jìn)行計算。而對于帶有地下室的框架結(jié)構(gòu),關(guān)鍵是如何合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置。但是在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中都沒有明確提出具體位置,這就需要我們根據(jù)工程的實際情況來確定了。對于箱型基礎(chǔ)或設(shè)計能夠滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的地下室結(jié)構(gòu),可以將室頂作為框架上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置。在使用 PKPM軟件進(jìn)行設(shè)計時,樓層總數(shù)一欄僅輸入地下室以上的實際層數(shù)即可,樓層的實際層高就是層高 H。這樣的設(shè)計,在進(jìn)行地震作用時和實際情況較為接近。但是如果地下結(jié)構(gòu)采用的時筏板基礎(chǔ),嵌固位置最好選取基礎(chǔ)頂面,因為豎向荷載的計算只計算底層的柱底處。電算時,總的層數(shù)是所有的樓層數(shù),包括地下室,如地上 6 層,地下 2 層,那么總的層數(shù)取 8 層。這樣的計算簡圖,地震作用相對保守,結(jié)構(gòu)設(shè)計也相對安全。

  4.結(jié)構(gòu)計算參數(shù)的選取

  4.1 地震力的振型組合系數(shù)

  高層建筑的設(shè)計中,如果不考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)計算,那么地震力的振型組合數(shù)至少要取 3,當(dāng)振型系數(shù)大于 3 時,要取 3 的倍數(shù),但不要大于建筑的層數(shù)。SATWE 軟件可以方便地計算出某種振型的參與質(zhì)量與總質(zhì)量的比值,《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》提到這個比值在 90%比較合適。

  4.2 框架結(jié)構(gòu)的活荷載的最不利布置、組合

  是否進(jìn)行活荷載的最不利布置、組合對計算結(jié)果的影響很大,尤其是在活荷載較大的時候。軟件給定的梁設(shè)計彎矩放大系數(shù),不一定可以反映出工程的實際應(yīng)力分布,使用它可能造成結(jié)構(gòu)不安全或太保守。在PKPM 軟件中不能區(qū)分荷載規(guī)范,很難實現(xiàn)《荷載規(guī)范》中區(qū)分荷載種類和樓面荷載折減系數(shù)的要求。處理方法是按樓面活荷載類型考慮,取相應(yīng)的折減系數(shù),這里還要考慮區(qū)分不同的構(gòu)件進(jìn)行分布計算,在荷載輸入時將樓面活荷載折減。

  結(jié)論

  筆者根據(jù)多年的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐經(jīng)驗,介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)體系,同時根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)規(guī)范,介紹了一些在設(shè)計中常用的控制參數(shù),如軸壓比、位移比、剛度比等的使用以及具體的調(diào)

  整方法。然后以框架結(jié)構(gòu)為例,大致說明了再電算中的計算參數(shù)的選

  擇,并重點介紹了振型組合系數(shù)等的選擇。本文還指出了在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中一些應(yīng)該注意的問題,可供相關(guān)人員參考,希望可以提高設(shè)計的安全性、經(jīng)濟(jì)性和合理性。

  參考文獻(xiàn)

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  [2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(JGJ3- 2002)補充規(guī)定[S]

  [3]王亞勇,戴國瑩.建筑抗震設(shè)計規(guī)范疑難解答[M].中國建筑工業(yè)出版社,2006

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