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淺談高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)問題

2012-02-17 11:20  來源于網(wǎng)絡(luò)  【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  摘要:目前,伴隨著高層建筑在我國的飛速發(fā)展需求,建筑高度的日益增加,建筑類型以及功能也日新月異,難度相對(duì)而言逐漸變大。結(jié)構(gòu)體系各式各樣,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)在主要成為結(jié)構(gòu)相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)和難點(diǎn)。下文主要針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行分析,總結(jié)了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),以達(dá)到保證建筑的安全、延長(zhǎng)其使用壽命的目的以及以后相關(guān)人員參考學(xué)習(xí)。

  關(guān)鍵詞:基礎(chǔ)埋深;底部嵌固層;高寬比;不規(guī)則性;偏心距;開洞;梁高度

  一、基礎(chǔ)埋深問題

  基礎(chǔ)應(yīng)該要有一定的埋深,埋置深度可以從室外地坪一直算到基礎(chǔ)底面,對(duì)于獨(dú)立的高層建筑而言,基礎(chǔ)埋深比較容易確定,但當(dāng)今多數(shù)高層建筑與地下車庫都是相互連接的,當(dāng)?shù)叵萝噹旎A(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)或設(shè)有防水底板的獨(dú)立基礎(chǔ)(防水底板不宜太。⿻r(shí),高層建筑的基礎(chǔ)埋深可從室外地坪算起,此時(shí)高層建筑地下室頂板及地下車庫頂板應(yīng)按嵌固層要求設(shè)計(jì),地下車庫應(yīng)有足夠的側(cè)向剛度作為高層建筑的側(cè)限。假如不滿足以上條件的時(shí)候,高層建筑的基礎(chǔ)埋深應(yīng)該要從地下車庫地面算起。高層建筑通常設(shè)地下室來滿足埋深要求,主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):

  1.提高地基承載力。當(dāng)高層建筑采用天然地基時(shí),地基承載力可進(jìn)行修正。隨著基礎(chǔ)埋深的增加,修正后的地基承載力隨之增大,從而可滿足高層建筑對(duì)地基承載力的要求。

  2.有利于高層建筑上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。高層建筑地下室外墻一般采用鋼筋鹼墻,地下室頂板厚不宜小于160mm,地下室具有較大的層間剛度,同時(shí)地下室外墻周邊土也提供了很大的側(cè)向剛度和約束。因此設(shè)地下室有利于上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定,有利于協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體變形,調(diào)整地基不均與沉降。

  二、地下室頂板作為結(jié)構(gòu)底部嵌固層的條件

  當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛榻Y(jié)構(gòu)底部嵌固層的時(shí)候,應(yīng)該要能約束結(jié)構(gòu)底部的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),故必須要滿足下列條件:

  1.地下室頂板與室外高差不宜過大,宜小于1/3層高。

  2.地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的2倍。這里需指出的是,高規(guī)4.8.5條規(guī)定,抗震設(shè)計(jì)的高層建筑當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固層時(shí),地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外,不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。規(guī)范規(guī)定此條的目的是保證柱端塑性鉸出現(xiàn)在地下室頂部柱端。由于地下結(jié)構(gòu)的地震、作用效應(yīng)較小,即使在地下室柱與地上一層柱配筋相同時(shí),柱端塑性鉸通常也出現(xiàn)在地下室頂部。按規(guī)范規(guī)定增大地下室柱配筋時(shí),往往使得柱鋼筋較密,不便施工。

  三、房屋高寬比

  房屋高度指室外地面至主樓主要屋面的高度。房屋寬度按所考慮方向的最小投影寬度作為建筑物的計(jì)算寬度。

  對(duì)帶裙房的高層建筑,當(dāng)裙房面積與其上塔樓面積比大于2.5或裙房抗側(cè)剛度與其上塔樓抗側(cè)剛度比大于2.0時(shí),可取裙房以上部分的房屋高度和寬度計(jì)算高寬比。

  四、建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性界定

  建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性除應(yīng)按高規(guī)4.3與4.4節(jié)的相關(guān)規(guī)定界定外,還需注意以下問題:

  1.計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大位移比時(shí)應(yīng)按剛性樓板假定。

  2.當(dāng)結(jié)構(gòu)的位移比和周期比超規(guī)范規(guī)定時(shí),說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對(duì)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度偏小,結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大。在結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大,結(jié)構(gòu)的層間位移滿足要求的情況下,可減小結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,對(duì)樓層中部結(jié)構(gòu)做減法,可取消、減短、減薄剪力墻,減小連梁高度等。當(dāng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小,側(cè)移較大時(shí),可對(duì)樓層周邊結(jié)構(gòu)做加法,可增大周邊構(gòu)件的剛度。對(duì)帶裙房高層建筑,帶裙房部分樓層的位移比和周期比往往超規(guī)范規(guī)定。由于裙房高度不高,裙房樓層的絕對(duì)側(cè)移值很小,因此可不按高層建筑的側(cè)移控制條件來要求裙房,即位移比可適當(dāng)放寬。

  3.對(duì)某些建筑,因功能需要,下部幾層為大空間,上部為辦公或客房,隔墻較多,上下層剛度差別較大,此時(shí)剛度變化處的下一層宜指定為薄弱層,進(jìn)行內(nèi)力放大調(diào)整。

  五、框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心距較大應(yīng)采取的措施

  框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心較大時(shí),將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪面積減小,且梁端彎矩作用在節(jié)點(diǎn)上時(shí)出現(xiàn)扭矩。因此當(dāng)梁柱偏心距大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4時(shí),應(yīng)采取措施。通?杉哟罅簩捇蛟O(shè)置梁水平腋。當(dāng)設(shè)置梁水平腋時(shí),在梁柱節(jié)點(diǎn)處形成了較強(qiáng)的剛域,梁塑性鉸將外移。因此梁端箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)與普通框架梁有所區(qū)別,水平加腋梁的梁端箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)取普通框架梁箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度與加腋水平長(zhǎng)度之和。

  六、較長(zhǎng)剪力墻的開洞問題

  高規(guī)7.1.5條規(guī)定:“較長(zhǎng)的剪力墻宜開設(shè)洞口,將其分成長(zhǎng)度較為均勻的若干墻段,墻段之間宜采用弱連梁連接,每個(gè)獨(dú)立墻段的總高度與其截面高度之比不應(yīng)小于2,墻肢截面高度不宜大于8m.”此條規(guī)定主要基于以下考慮:

  1.提高剪力墻的延性,避免脆性破壞。墻段高寬比大于2時(shí)一般為彎曲破壞,墻段高寬比小于2時(shí)一般為剪切破壞。

  2.避免單片剪力墻承擔(dān)過大的水平剪力而首先破壞,使得整個(gè)結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件依次破壞。在某些工程設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員往往將較長(zhǎng)的剪力墻開結(jié)構(gòu)洞,洞口較小,形不成弱連梁,此時(shí)的剪力墻為小開口剪力墻,仍具有很大的側(cè)向剛度,承擔(dān)的水平力很大,造成剪切脆性破壞。因此開結(jié)構(gòu)洞時(shí)一定要開大洞,形成弱連梁,連梁跨高比宜大于6使得較長(zhǎng)剪力墻開洞后形成兩個(gè)較獨(dú)立的墻肢。

  七、懸挑梁的梁高度選用問題

  現(xiàn)在,基本上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師會(huì)經(jīng)常忽略對(duì)梁撓度的計(jì)算。梁高選用比較小,造成梁截面的受壓區(qū)的應(yīng)力過高,在正常的使用狀態(tài)之下,梁截面的受壓區(qū)產(chǎn)生非線性徐變。伴隨著時(shí)間的推移,梁撓度漸漸加大。挑梁的變形導(dǎo)致了梁板裂縫,由于挑梁變形的不斷擴(kuò)大,裂縫的寬度也隨之加寬,這樣就直接影響了建筑物的正常使用情況。即挑梁變形進(jìn)一步發(fā)展,梁支座截面上部受拉區(qū)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)跨比較大的豎向裂縫。受支座附近的剪彎作用影響,豎向的裂縫不斷向下延伸成為斜裂縫,這個(gè)時(shí)候梁已經(jīng)接近毀壞。裂縫在梁支的座位置斜向延伸,縫越靠上寬度越大。挑梁截面過于窄小對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果影響很大。懸挑結(jié)構(gòu)對(duì)非水平地震的作用極為敏感。當(dāng)梁高相對(duì)而言較小時(shí),梁截面對(duì)應(yīng)的受壓區(qū)高度也是比較大的,但梁的延性是比較小的,在豎向地震作用力之下容易產(chǎn)生斷裂,從而失去了原有的承載力。

  結(jié)語

  在今后的工作中,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要重新認(rèn)識(shí)自己工作的重要性,明確自己的責(zé)任,提高對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量安全問題的辨別能力,積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn),使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作行業(yè)逐步步入正軌,使建筑物的設(shè)計(jì)更安全、更合理。

責(zé)任編輯:棋雯
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