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關(guān)鍵詞:超限高層;抗震設(shè)計(jì)
1工程概況
本項(xiàng)目地處上海市閘北區(qū)。地下兩層,地上左半部分為18層,右半部分為24層,建筑總高度76m,總建筑面積18051.41m2。臨街面帶兩層商業(yè)裙房。地上左、右兩部分以及商業(yè)裙房均無(wú)縫連接。塔樓3層以上為住宅功能,1、2層為會(huì)所;其臨街面2層裙房地上1層為商業(yè)用途,地上2層作為會(huì)所的一部分。地下2層均作為車庫(kù)。
2建筑結(jié)構(gòu)布置和超限情況說(shuō)明
2.1建筑結(jié)構(gòu)布置
本工程高層塔樓采用鋼筋混凝土部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系,裙房高度范圍內(nèi)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。高層塔樓總長(zhǎng)度57.5m,寬17.05m,建筑結(jié)構(gòu)高度為76.0m,高寬比約為5.5
圖1地上1、2層結(jié)構(gòu)布置圖
圖2地上3~19層結(jié)構(gòu)布置圖
圖3地上20~24層結(jié)構(gòu)布置圖
2.2超限情況的認(rèn)定
⑴由于建筑功能的需要,部分剪力墻不能直接連續(xù)貫通落地,需要在三層平面設(shè)置梁式轉(zhuǎn)換。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》,本結(jié)構(gòu)屬于豎向不規(guī)則(豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)類型)結(jié)構(gòu)。
⑵同時(shí),也由于建筑功能的需要,19層及以上樓層平面尺寸均收進(jìn)―左單元完全消失,僅留一個(gè)右單元。這樣,在19層,其收進(jìn)尺寸大于相鄰下一層(即18層)的30%。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》,本結(jié)構(gòu)屬于豎向不規(guī)則(側(cè)向剛度不連續(xù)類型)結(jié)構(gòu)。此外,裙房高度小于主樓高度的20%,故不需考慮在裙房屋面層(即主樓的第三結(jié)構(gòu)層)的樓層平面尺寸收進(jìn)所帶來(lái)的超限問(wèn)題。
⑶經(jīng)計(jì)算,樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移),大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的1.2倍,但小于1.4倍,詳見表1。按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》文,本結(jié)構(gòu)屬于平面不規(guī)則(扭轉(zhuǎn)不規(guī)則類型)結(jié)構(gòu)。
根據(jù)以上分析,本工程屬于超限高層。
3結(jié)構(gòu)分析
3.1采用的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算程序
采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件-SATWE(殼元墻元模型)》和PMSAP兩種不同的結(jié)構(gòu)空間有限元計(jì)算程序分別利用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行整體計(jì)算。然后采用PMSAP進(jìn)行彈性時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算。
3.2結(jié)構(gòu)分析所采用的整體計(jì)算嵌固部位,結(jié)構(gòu)分析輸入的主要參數(shù);
⑴在計(jì)算嵌固層上下層剛度比時(shí)采用“剪切剛度”算法,在計(jì)算配筋時(shí)采用“地震剪力與地震層間位移的比”算法。
⑵彈性時(shí)程分析所取地面運(yùn)動(dòng)最大加速度為35gal,選取上海市建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程SHW1,SHW3和SHW4進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析。其中SHW1為人工模擬的加速度時(shí)程曲線,SHW3,SHW4為根據(jù)實(shí)際強(qiáng)震記錄(El-Centrol波,Taft波)調(diào)整后的加速度時(shí)程曲線。
3.3反應(yīng)譜法主要計(jì)算結(jié)果及對(duì)比分析:
嵌固層的判定:
根據(jù)SATWE計(jì)算結(jié)果,地下室樓層側(cè)向剛度與一層側(cè)向剛度比:X向?yàn)?.53;Y向?yàn)?.62均大于1.5。
在施工圖設(shè)計(jì)時(shí),按照規(guī)范采取一定措施后,可以將地下室頂板作為3#樓上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。(注:以下計(jì)算均取地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位)。
主要計(jì)算結(jié)果及分析:
表1整體計(jì)算結(jié)果匯總
兩個(gè)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果相近,可以認(rèn)為計(jì)算分析結(jié)果真實(shí)可靠。
兩個(gè)力學(xué)模型計(jì)算的總重量幾乎相等;前6階振型周期相近,動(dòng)力方向一致;第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期之比相當(dāng)且均小于0.85,滿足《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求。有效質(zhì)量參與系數(shù)均大于90%,所取振型數(shù)足夠。
X、Y向地震作用下,基底剪力相差不大,各樓層剪重比均大于1.6%。單向地震和雙向地震作用下,在X向和Y向,高層建筑的層間位移角均
抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間抗剪承載力均大于相鄰上層的80%。采用剪切剛度計(jì)算,樓層側(cè)向剛度均大于相鄰樓層側(cè)向剛度的70%,及其上相鄰3層側(cè)向剛度平均值的80%。均滿足《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》(上海市標(biāo)準(zhǔn))要求。
⑶結(jié)構(gòu)相對(duì)抗側(cè)剛度(等效剪切剛度)沿高度的分布見圖。由圖可見:結(jié)構(gòu)剛度沿高度的分布基本連續(xù),無(wú)顯著突變;轉(zhuǎn)換層下層與上層的等效剪切剛度之比為1.23(X向)和0.8(Y向),均大于0.6;收進(jìn)層與相鄰下一層的等效剪切剛度之比為0.61(X向)和0.66(Y向),均大于0.5。
⑷樓層剪力分布曲線基本光滑,無(wú)明顯結(jié)構(gòu)薄弱層。樓層位移和層間位移角分布曲線基本光滑,無(wú)明顯突變。
3.4彈性時(shí)程法主要計(jì)算結(jié)果及比較分析
彈性時(shí)程法計(jì)算得到的主要結(jié)果匯總見表2。
表2彈性時(shí)程分析結(jié)果
由以上表可知:每條地震波計(jì)算下的底部剪力均大于CQC法的65%,三條地震波分析所得的底部剪力平均值大于CQC法的80%,均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求??傮w而言,時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)果與反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果基本吻合,均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求。
4針對(duì)超限情況的抗震措施
針對(duì)本工程由于建筑功能的需要,地上1、2層部分剪力墻不能直接連續(xù)貫通落地,需要在三層平面局部設(shè)置梁式轉(zhuǎn)換以及19層及以上樓層平面尺寸均收進(jìn)―左單元完全消失,僅留一個(gè)右單元這兩方面不利結(jié)構(gòu)整體抗震性能的結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的特點(diǎn),在兩種結(jié)構(gòu)整體分析程序計(jì)算結(jié)果均滿足現(xiàn)行國(guó)家及上海市有關(guān)規(guī)范規(guī)程及規(guī)定的前提下,根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的要求,采取了下列抗震加強(qiáng)措施,對(duì)可能影響結(jié)構(gòu)整體抗震性能和延性的部位予以充分加強(qiáng),以切實(shí)提高結(jié)構(gòu)整體抗震性能和延性,充分保證設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)整體結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和延性:
⑴對(duì)于轉(zhuǎn)換層部位,采取有效措施來(lái)減少轉(zhuǎn)換層上、下等效剪切剛度和承載能力的突變。轉(zhuǎn)換層以下的框支柱、落地剪力墻的抗震等級(jí)提高一級(jí),剪力墻墻體加厚。此外,在計(jì)算中還將對(duì)轉(zhuǎn)換層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。轉(zhuǎn)換層區(qū)域的樓板加厚為180m,其上一層對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)換部位的樓板加厚為150mm,均采用HRB400鋼筋雙層雙向配筋,配筋率不小于0.25%。
⑵在施工圖設(shè)計(jì)時(shí),還將對(duì)框支結(jié)構(gòu)相關(guān)部位進(jìn)行更精細(xì)的有限元分析,重點(diǎn)檢查框支柱所承受的地震剪力的大小、框支柱軸壓比以及轉(zhuǎn)換構(gòu)件的應(yīng)力和變形等,將根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì),并加強(qiáng)配筋構(gòu)造措施??紤]到框支轉(zhuǎn)換梁、柱的承載力及延性對(duì)整體結(jié)構(gòu)抗震性能影響很大,必要時(shí)局部將采用型鋼混凝土構(gòu)件。
⑶對(duì)于立面收進(jìn)(19層及以上樓層平面尺寸均收進(jìn)―左單元完全消失,僅留一個(gè)右單)的情況,將收進(jìn)層19層樓板厚度加厚到150mm,收進(jìn)后的20層樓板厚度加厚到130mm,配筋率適當(dāng)加強(qiáng),采用HRB400鋼筋雙層雙向配筋,配筋率不小于0.20%。
⑷收進(jìn)部位的上、下層(即地上第18和19層)的剪力墻抗震等級(jí)比相鄰層提高一級(jí)按抗震等級(jí)為一級(jí)的要求設(shè)置剪力墻約束邊緣構(gòu)件及配筋,并控制剪力墻軸壓比。
關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu);抗震;技術(shù);設(shè)計(jì);應(yīng)用
中圖分類號(hào):TU3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
基于性能的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是近年來(lái)才提出的,其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為“小震不壞、中震可修、大震不倒”,是目前各國(guó)采用最多的抗震設(shè)計(jì)思想。通過(guò)這種方法對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,可以有效的減少因地震災(zāi)害造成的傷亡事故,因此,該設(shè)計(jì)理念在今后將會(huì)有更加廣闊的發(fā)展前景。
一、基于性能特性研究的抗震設(shè)計(jì)理論概述
1、基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)含義
采用合理的抗震性能目標(biāo)和適應(yīng)性結(jié)構(gòu)抗震措施對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,使建筑結(jié)構(gòu)在各種級(jí)別地震的作用下所形成的最終的破壞程度達(dá)到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,通過(guò)對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行生命周期的費(fèi)用效率分析,選擇并確定一種安全可靠且符合經(jīng)濟(jì)合理化的優(yōu)化平衡。從簡(jiǎn)單的含義上看,就是利用性能標(biāo)準(zhǔn)選擇結(jié)構(gòu)措施,并使之符合使用標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
2、基于性能的抗震理論特征
基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論實(shí)際上是一種在對(duì)地震災(zāi)害分析和對(duì)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)理論的反思的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的,此理論的設(shè)計(jì)理念和方法與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同,但是其設(shè)計(jì)的依據(jù)卻蘊(yùn)含來(lái)了現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論和經(jīng)驗(yàn),具體的特征如下:
1)支持采用多級(jí)設(shè)防的目標(biāo),基于性能抗震設(shè)計(jì)理論提出了多級(jí)目標(biāo)設(shè)計(jì)的理念,此種分級(jí)方式即考慮到了生命安全也從經(jīng)濟(jì)性上考慮,最大限度的降低業(yè)主和社會(huì)的損失,保證在其可承受的范圍內(nèi),以此為基礎(chǔ)更加注重非結(jié)構(gòu)件和內(nèi)部設(shè)施的保護(hù),將經(jīng)濟(jì)效益的機(jī)制引入到了設(shè)計(jì)中,利用經(jīng)濟(jì)決策方式通過(guò)進(jìn)行費(fèi)用效率分析,在可靠和經(jīng)濟(jì)之間需求平衡,以確定最佳的抗震方案,達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
2)擴(kuò)展空間,體現(xiàn)設(shè)計(jì)的個(gè)性化。設(shè)計(jì)人員就可以在此性能目標(biāo)的基礎(chǔ)上選擇設(shè)計(jì)方法,采用相應(yīng)的構(gòu)造措施,而此種設(shè)計(jì)更加的靈活,對(duì)調(diào)的設(shè)計(jì)積極性和新材料、新技術(shù)、新工藝等的應(yīng)用打開了方便之門,同時(shí)結(jié)構(gòu)的抗震能力是在抗震性能的目標(biāo)下形成的,也是的建筑的抗震能力可以預(yù)見。
3)設(shè)計(jì)方法多元化。目前基于性能的抗震理論還沒(méi)形成統(tǒng)一的研究方法,很多學(xué)者采用結(jié)構(gòu)層間變形或者定點(diǎn)移位作為性能指標(biāo),其從傳統(tǒng)的以力學(xué)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕巫優(yōu)榛A(chǔ)的設(shè)計(jì),從彈性設(shè)計(jì)的方法轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄缘脑O(shè)計(jì)方法,解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論上的缺憾,盡可能的是的建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)期功能和實(shí)際地震中起到的功能相一致,以保證設(shè)計(jì)的有效性。
二、基于性能的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容
1、地震設(shè)防的水準(zhǔn)設(shè)定
地震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)是指設(shè)定未來(lái)可能作用在建筑上的地震等級(jí)和作用效果,美國(guó)工程師協(xié)會(huì)曾提出,基于結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)理論追求能控制結(jié)構(gòu)所可能發(fā)生的各種地震破壞的水準(zhǔn),因此需要根據(jù)不同的重現(xiàn)期選擇可能發(fā)生的對(duì)應(yīng)不同的地震動(dòng)參數(shù)。結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重威脅生命安全,雖然損傷但沒(méi)有倒塌,經(jīng)濟(jì)上的損失已經(jīng)超過(guò)了業(yè)主可以接受的最大上限。
2、結(jié)構(gòu)抗震的性能目標(biāo)設(shè)定
從地震設(shè)防的角度看,規(guī)范提出的抗震目標(biāo)實(shí)際上是最低的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),而結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)則是根據(jù)業(yè)主需求采用的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),其要高于規(guī)范設(shè)定的范圍。使用者可以根據(jù)自身的情況出發(fā),設(shè)定一個(gè)合理的性能目標(biāo)。為了方便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這些定性的性能指標(biāo)最終將被量化,成為具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)依據(jù)。
3、基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施
此項(xiàng)內(nèi)容就是要求將結(jié)構(gòu)的性能要求轉(zhuǎn)化為合理的性能參數(shù)以此形成具體的指導(dǎo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。為了達(dá)到這一目標(biāo),需要配合合理的處理和分析方法,將前面的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為與性能指標(biāo)相關(guān)量化數(shù)據(jù),使之作為指導(dǎo)設(shè)計(jì)的具體指標(biāo)。
三、基于性能的抗震設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
按照前面的理論分析的思路,下面就某個(gè)高層項(xiàng)目的性能抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程進(jìn)行例舉闡述,以說(shuō)明在高層建筑中實(shí)施性能抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程和措施。
1、工程基本情況
某城市的高層建筑,按照建筑的整體設(shè)計(jì)要求,工程項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)為三層,地上為三層裙樓,主要塔樓設(shè)計(jì)為45層,從工程的高度超過(guò)了150m。項(xiàng)目的主體采用的是混凝土框架加核心筒的結(jié)構(gòu)形式。按照業(yè)主的需要,建筑的設(shè)計(jì)使用年限為50年,整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為二級(jí),根據(jù)地域情況,此建筑為丙級(jí),抗震設(shè)防為7。
2、對(duì)結(jié)構(gòu)性能的目標(biāo)選擇
通過(guò)對(duì)工程具體情況的分析,設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)工程的具體情況的把握,并與業(yè)主方進(jìn)行了溝通,取得了一致意見,整體結(jié)構(gòu)在震中出現(xiàn)的逐級(jí)的損壞,即整體結(jié)構(gòu)都會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞,而大部分為輕微,部分出現(xiàn)中等損壞構(gòu)件進(jìn)入到屈服階段,出現(xiàn)裂縫,整個(gè)樓體的安全性降低,結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行安全性的支護(hù)方可允許人員進(jìn)出,如果恢復(fù)使用將需要進(jìn)行大面積維修。
3、性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)措施
1)小震目標(biāo)
工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員通常采用的是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),即利用軟件將性能目標(biāo)和實(shí)際的結(jié)構(gòu)的參數(shù)聯(lián)系起來(lái),從而獲得可以指導(dǎo)工程建設(shè)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。在計(jì)算中主要遵循的是高層建筑結(jié)構(gòu)空間的有限元分析和計(jì)算方法,利用三維建模的方式進(jìn)行模擬分析,如表1所示,為具體的計(jì)算后的結(jié)構(gòu)參數(shù)。同時(shí)在具體的模型仿真對(duì)比中,估算其經(jīng)濟(jì)指標(biāo),使之滿足業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益。表格中各種參數(shù)都達(dá)到比超過(guò)出了國(guó)標(biāo)的要求。
2)中等地震的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)
結(jié)合前面的設(shè)計(jì)參數(shù),對(duì)中等地震中所要達(dá)成的目標(biāo)進(jìn)行細(xì)化,并在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行修正,使之到達(dá)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。根據(jù)目標(biāo)要求,中震情況下,地震對(duì)結(jié)構(gòu)件的影響使之超過(guò)了彈性變形范圍,結(jié)構(gòu)的損壞將出現(xiàn)硬性的結(jié)構(gòu)損傷,但是其范圍是可以修復(fù),此時(shí)的重點(diǎn)就是通過(guò)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)保護(hù)重點(diǎn)結(jié)構(gòu)的安全,即舍棄某些結(jié)構(gòu)件的完整,而保護(hù)主體框梁的安全。在此設(shè)計(jì)的思路上對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行細(xì)部調(diào)整。對(duì)抗震承載力系數(shù)進(jìn)行調(diào)整等,通過(guò)這些措施結(jié)構(gòu)的初步設(shè)定參數(shù)得到必要的調(diào)整,使的滿足小震目標(biāo)的某些參數(shù)提升達(dá)到中等地震的設(shè)防目標(biāo)。
3)大震情況的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)
在設(shè)計(jì)中,與中震目標(biāo)實(shí)現(xiàn)相似,在利用軟件進(jìn)行分析和比對(duì)的時(shí)候,將其設(shè)定的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,模擬在罕見的高烈度地震的影響下結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)力改變和相互作用,實(shí)際上就是將結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平和豎向位移設(shè)定為最大,并以此對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使之達(dá)到:結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的效果;第一批塑性鉸出現(xiàn)在某些樓層的梁上;在水平應(yīng)力的作用下底部的剪力墻再進(jìn)入塑性變形,以此保證剪力墻為建筑的“脆弱”部位,消除地震的某些應(yīng)力效應(yīng),而保證框架結(jié)構(gòu)的安全,使之始終不能達(dá)到塑性階段。這樣將就可以是結(jié)構(gòu)在大震中只出現(xiàn)剪力墻的損壞,而保證主體框架的安全,最終達(dá)到大震下的性能目標(biāo)。
四、構(gòu)造設(shè)計(jì)的措施
該項(xiàng)目中對(duì)剪力墻的設(shè)計(jì)采取了一些控制措施,如:剪力墻加強(qiáng)范圍進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大,向下和向上進(jìn)行了必要的拓展,在地下一和地上一層的范圍內(nèi)進(jìn)行了剪力墻的增強(qiáng),主要是增加了約束構(gòu)件,控制其形變范圍。邊緣約束構(gòu)件設(shè)計(jì)使得箍筋范圍符合國(guó)標(biāo)要求,并增加了縱筋的配筋率,同時(shí)對(duì)剪力墻的控制達(dá)到其剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)件的長(zhǎng)度為剪力墻的25%,在強(qiáng)化區(qū)域采用箍筋和型鋼進(jìn)行加固處理。
五、結(jié)束語(yǔ)
總之,在性能設(shè)計(jì)中核心的思路就是按照建筑的實(shí)際情況和客戶需求,并參考國(guó)標(biāo)設(shè)定建筑的抗震設(shè)防的目標(biāo),并按照結(jié)構(gòu)的性能特性計(jì)算出結(jié)構(gòu)所需要的基本參數(shù),以此獲得較好的抗震效果,同時(shí)結(jié)合經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是項(xiàng)目達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)的雙贏。
參考文獻(xiàn):
[1]閆旭梅.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析[J].科技傳播,2010(08)
關(guān)鍵詞:地下室;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);存在問(wèn)題
中圖分類號(hào):TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
0前言
隨著城市土地資源日益緊缺,建筑及城市交通有逐漸向地下發(fā)展的趨向。然而,建筑由于其功能和結(jié)構(gòu)本身的需要,大多設(shè)置了地下室。地下結(jié)構(gòu)已向多層發(fā)展,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及防水等日益成為建筑工程界關(guān)注的熱點(diǎn)。由于地下室工程的施工環(huán)境特殊、隱蔽性大、涉及的工種多、施工復(fù)雜,也容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,因而對(duì)設(shè)計(jì)和施工有一定的特殊要求。地下室工程因?yàn)槭翘幱诘孛嬉韵?它的施工難度比較大,建筑周期比較長(zhǎng)、建造費(fèi)用相對(duì)較高。另外,地下室因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的特殊性,設(shè)計(jì)與施工難度都比較大,比地上建筑更容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。然而對(duì)于設(shè)計(jì)與施工來(lái)講,都有與地上建筑不同的要求。
1 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
地下室工程涉及到的專業(yè)領(lǐng)域非常廣泛、專業(yè)知識(shí)相對(duì)復(fù)雜。在對(duì)建筑工程的地下室進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要綜合考量到使用功能、防火功能、人防需要,還要顧及到管道、通風(fēng)、攤水、采光等各個(gè)專業(yè)的相互聯(lián)系配合。對(duì)于擁有大底盤的建筑群體來(lái)說(shuō),一般來(lái)講,在塔樓部分的使用時(shí)期,基本不會(huì)發(fā)生抗浮問(wèn)題。但是地下室以及裙房部位卻會(huì)有抗浮不能滿足實(shí)際要求的毛病。
其設(shè)計(jì)上的主要問(wèn)題表現(xiàn)在:
(1)結(jié)構(gòu)平面的設(shè)計(jì)。
(2)抗震設(shè)計(jì)。
(3)地下室抗?jié)B、抗浮設(shè)計(jì)。
(4)地下室的結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)。
(5)外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注重的問(wèn)題分析
2 .1 抗震設(shè)計(jì)
通常來(lái)講,地下室的抗震設(shè)計(jì)常遇到的問(wèn)題有。一般來(lái)講地下室抗震設(shè)計(jì)中較為常見的問(wèn)題為:在多層建筑中,地下室的埋深不夠。房屋的層數(shù)加上地下室在內(nèi)已經(jīng)達(dá)到八層,層數(shù)與高度都已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。地下室的頂板是上段結(jié)構(gòu)嵌固。地下室的抗震等級(jí)應(yīng)當(dāng)和地上部分相同。若地上結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)是二級(jí),則地下部分的抗震等級(jí)也應(yīng)當(dāng)是二級(jí)。
2 .2 抗?jié)B抗浮設(shè)計(jì)
如果是在地下水位淺,或者在雨水相對(duì)較多的地區(qū)進(jìn)行施工,那么,對(duì)于地下室層數(shù)為一到二層的建筑來(lái)講,常規(guī)都要考慮到使用階段的抗浮問(wèn)題。純地下室的部位,以及裙房部位有可能存有抗?jié)B抗浮不符合要求的情況出現(xiàn)。均對(duì)這種實(shí)際情況,應(yīng)當(dāng)采取下面的幾個(gè)措施來(lái)應(yīng)對(duì):
(1)在設(shè)計(jì)條件允許的前提下 ,盡可能地提高基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高,這樣可以起到降低抗浮設(shè)防水位的目的。高層建筑基礎(chǔ)底板應(yīng)當(dāng)應(yīng)用梁板筏板基礎(chǔ)或者是平板閥板基礎(chǔ)。
(2)倡導(dǎo)應(yīng)用無(wú)梁樓蓋與寬扁梁。常規(guī)寬扁梁截面高在跨度的十六分之一和二十二分之一中間。寬扁梁可以有效降低地下部分高度。這樣,在降低抗浮水位上就占有一定的優(yōu)勢(shì)。
(3)強(qiáng)化抗?jié)B抗浮設(shè)計(jì)的另一個(gè)有效辦
法是增大地下室自重。這個(gè)辦法大體有三種情況:其一是基板加載,其二是邊墻加載,其三是地下室的頂板加載。這種辦法的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)與施工都相對(duì)簡(jiǎn)單。但是不足之處在于當(dāng)建筑物需要抵擋較大的浮力時(shí),因?yàn)榛炷梁拖嚓P(guān)的增重材料需求量太大,而使施工費(fèi)用增加。
(4)設(shè)抗拔樁。此辦法是抗?jié)B抗浮設(shè)計(jì)加很常用的方法之一。抗拔均一般情況都要嵌入到埋藏淺嵌入堅(jiān)硬的基巖之內(nèi)。因?yàn)槭苁┕l件和造價(jià)因素的制約,抗拔樁入巖一般不深,這就需要施工過(guò)程中對(duì)樁端進(jìn)行灌漿處理。若上覆土層厚度太大,抗拔樁進(jìn)不到基巖處,那就需要在樁下部設(shè)擴(kuò)大頭,提高抗拔樁的抗拔能力。
2 .3 結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的處理辦法
因建筑總體設(shè)計(jì)要求,地下室的結(jié)構(gòu)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)超長(zhǎng)現(xiàn)象。很多情況都會(huì)超過(guò)40~60m。雖然在溫度影響的角度來(lái)看 ,地下室受的影響相對(duì)來(lái)講較小,但是周邊環(huán)境對(duì)于地下室的約束力較大,所以應(yīng)當(dāng)采取有效的防止裂縫設(shè)計(jì)。當(dāng)下較為成功的做法有下面數(shù)種。
(1)安設(shè)伸縮后澆帶。普通伸縮后澆帶一般寬度在八十至一百公分,鋼筋不被切斷。而對(duì)平面尺寸超長(zhǎng)的結(jié)構(gòu),應(yīng)當(dāng)設(shè)置斷開鋼筋的后澆帶。其寬度應(yīng)按搭接鋼筋需要的最低尺寸同操作空間的實(shí)際情況確定。
(2)除了伸縮后澆帶以外的其它措施 ,包括:①把微膨脹劑摻到混凝土內(nèi)。②超過(guò)六十米的地下室結(jié)構(gòu)安設(shè)膨脹加強(qiáng)帶。③采取相應(yīng)辦法提升鋼筋混凝土抗拉力。目前,在實(shí)際工作中,已經(jīng)建成的多個(gè)建筑,在應(yīng)用上邊所講的辦法,并進(jìn)行合理施工的前提下。其應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的能力已經(jīng)超過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)范上要求數(shù)值。
2 .4 地下室外墻部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)于地下室外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),我們應(yīng)當(dāng)把重點(diǎn)放在土、水壓力的計(jì)算上。在設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)池注意下面的幾點(diǎn)要求。
(1)承載能力。地下室的外墻所要承受的壓力來(lái)自水平和垂直兩個(gè)方向。水平承載力包括地面荷載和側(cè)面的土壓力荷載。而垂直承載包括地下室以及上部樓蓋傳重和本身自重。實(shí)際上的工程設(shè)計(jì)當(dāng)中,風(fēng)荷載與垂直承載一般起不到控制作用。墻體的配筋主要是受垂直墻面水平承載產(chǎn)生的彎矩所控制。要按照墻板彎曲計(jì)算配筋。
(2)靜止土的壓力數(shù)值。這在實(shí)際施工中應(yīng)當(dāng)做具體的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定,如果沒(méi)有實(shí)驗(yàn)條件,那么應(yīng)把砂土系數(shù)值取在0.34至0.45之間,把粘性土系數(shù)值取在0.5至0.7之間。
(3)外墻配筋計(jì)算辦法。關(guān)于帶扶壁柱外墻,不按扶壁柱尺寸計(jì)算,而是按雙向板對(duì)配筋進(jìn)行計(jì)算。由外墻和扶壁柱協(xié)調(diào)變形的機(jī)理,此設(shè)計(jì)會(huì)使外墻垂直配筋少、扶壁柱配筋不足,而外墻水平布筋產(chǎn)生富余。故而求地下室外墻配筋數(shù)量時(shí),按雙向板求取配筋的辦法為宜。
3 工程案例
(1)工程概況 :某工程場(chǎng)地部分略帶斜坡,此外基本平整。地上18層鋼筋混凝土框架,地下一層停車庫(kù)、人防地下室??偢叨?4m。
持力強(qiáng)為強(qiáng)風(fēng)化巖或者中風(fēng)化巖??拐鹪O(shè)計(jì) :丙 類 。
(2)此地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析。
①地下室頂板不置大洞口;頂板采取現(xiàn)澆梁板的結(jié)構(gòu),厚度25cm;樓板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,雙向雙層鋼筋配置。保證單方向配筋率超過(guò)0.25%。
②本工程地下室頂板是地面以上結(jié)構(gòu)部位的嵌固部分,抗震等級(jí)與上部相同,采用三級(jí)抗震。
③用預(yù)應(yīng)力管樁作為基礎(chǔ),直徑500的管樁,其單樁承載力數(shù)值1850kN。
④主樓的室內(nèi)地下室部分頂板適宜承載力,考慮施工后荷載后,取5kN每平方。
⑤此地下室用途之一是作為人防工程,故對(duì)本工程露天頂板需考慮到爆動(dòng)荷載壓力的影響,因此地下室頂板荷載按人防六級(jí)考慮,取值750kN每平米。
⑥在和土壤相接處的側(cè)壁保護(hù)層厚度取4cm,室內(nèi)混凝土取1.5cm。地下室側(cè)面水平配筋在,垂直配筋在內(nèi)部。
⑦本工程的地下室之底板要以抗?jié)B抗浮的計(jì)算為主要工作。把地下水位的高度考慮在50年一遇的級(jí)別,抗?jié)B級(jí)別設(shè)為P6,抗浮水頭級(jí)別設(shè)為5.1m。地下室底板用無(wú)梁樓蓋計(jì)算辦法,計(jì)算得出底板厚度60cm。
⑧地下室抗浮設(shè)計(jì)、驗(yàn)算。地下室應(yīng)當(dāng)驗(yàn)算出地下的水壓超沒(méi)超過(guò)地下室恒載。取恒載分項(xiàng)的系數(shù)設(shè)為0.9,水壓分項(xiàng)系數(shù)設(shè)為1.0。如恒載能力達(dá)不到地下室抗浮需求,就要應(yīng)用到抗拔樁進(jìn)行加強(qiáng)浮力抵抗的工作。
4 結(jié)束語(yǔ)
作為建筑工程整體結(jié)構(gòu)的有機(jī)組成部分,地下室建筑質(zhì)量的高低對(duì)建筑整體的穩(wěn)固性有很大影響。在一些高層的建筑中,地下工程造價(jià)甚或超過(guò)地上工程造價(jià)。因?yàn)槲恢锰厥?其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能不引起我們的重視。設(shè)計(jì)上要考慮的問(wèn)題很多,鑒于問(wèn)題的復(fù)雜性,在這里,我們的設(shè)計(jì)人員就要把握住質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)的兩個(gè)大原則,在技術(shù)層面去研究解決地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】鋼管混凝土;斜柱;抗震性能化設(shè)計(jì);超限高層設(shè)計(jì)
1工程概況
本工程位于杭州市余杭區(qū)未來(lái)科技城,由2棟高層塔樓組成,兩塔樓標(biāo)準(zhǔn)層一致,僅下部裙房有差別,但體型基本相似,本文以1#塔樓為例進(jìn)行介紹。1#塔樓功能為商務(wù)辦公,建筑高度145m,結(jié)構(gòu)高度130m,地上建筑面積約7×104m3。地上29層以辦公為主,地下3層地下室以車庫(kù)為主,結(jié)構(gòu)模型及建筑效果圖如圖1所示。1#樓建筑使用人數(shù)約6500人,為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類建筑),主樓結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。抗震設(shè)防烈度為6級(jí),核心筒抗震等級(jí)為二級(jí),框架抗震等級(jí)為三級(jí),場(chǎng)地類別為Ⅱ類。塔樓結(jié)構(gòu)嵌固端為地下室頂板。地震作用及阻尼比見表1,本工程基本風(fēng)壓選取50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值(0.45kN/m2)進(jìn)行計(jì)算,承載力計(jì)算時(shí)風(fēng)荷載的增大系數(shù)取1.1。地面粗糙度類別為C類。
2結(jié)構(gòu)布置及特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)體系采用鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu),采用鋼管混凝土柱,核心筒自下而上尺寸無(wú)突變。結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件上、下連續(xù)貫通。最大高寬比(按主要屋面標(biāo)高130m計(jì)算)為4.7,小于規(guī)范限值7;核心筒高寬比為12.9,略大于規(guī)范限值12。結(jié)構(gòu)總高度小于對(duì)應(yīng)體系高度限值(200m)。樓蓋采用鋼梁+鋼筋桁架樓承板體系。裙房2層~5層樓板中部開大洞,其他層樓板均較為完整。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)長(zhǎng)66.6m,寬28.2m,長(zhǎng)寬比較大,長(zhǎng)向迎風(fēng)面較大,同時(shí)核心筒位置偏離中心,平面較不規(guī)則,塔樓模型位移比小于1.4,大于1.2。標(biāo)準(zhǔn)層平面布置如圖2所示。塔樓西側(cè)6~9層由于建筑立面造型,需要通過(guò)斜柱轉(zhuǎn)換3顆柱子,上有21層樓,斜柱方案中斜柱采用矩形鋼管混凝土柱,斜柱區(qū)域受力較復(fù)雜。結(jié)構(gòu)存在斜柱等較多不規(guī)則項(xiàng),屬于超限高層建筑[1],綜合考慮,抗震性能目標(biāo)選用“C”,即多遇地震下結(jié)構(gòu)達(dá)到性能水準(zhǔn)“1”的要求,設(shè)防烈度地震下達(dá)到性能水準(zhǔn)“3”的要求,預(yù)估罕遇地震下達(dá)到性能水準(zhǔn)“4”的要求[2-4],斜柱及相應(yīng)拉梁定義為關(guān)鍵構(gòu)件,對(duì)斜柱進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)。
3斜柱設(shè)置
塔樓西側(cè)見圖3、圖4,在6~9層之間設(shè)置斜柱,斜率約1∶1.7,上、下部樓層采用直柱。斜柱采用鋼管混凝土柱,截面為800mm×800mm×30mm(內(nèi)灌C60混凝土),鋼材為Q420C,與斜柱相連斜柱頂?shù)讟抢簽镠650×400×60×60,鋼材為Q420C。
4斜柱設(shè)計(jì)
斜柱及拉梁為關(guān)鍵構(gòu)件,對(duì)于斜柱的設(shè)計(jì)策略:(1)設(shè)計(jì)斜柱及其頂?shù)桌簶?gòu)件時(shí),不考慮樓板的有利作用,保證斜柱和拉梁在豎向荷載作用下滿足承載力設(shè)計(jì)要求;同時(shí)驗(yàn)算中震組合下斜柱及拉梁滿足抗剪彈性,抗彎不屈服。控制斜柱和水平拉梁的利用率不超過(guò)0.8。同時(shí)拉梁伸至核心筒,核心筒內(nèi)設(shè)型鋼,保證傳力有效性。(2)斜柱頂?shù)讟前逶O(shè)計(jì),按照彈性分析樓板應(yīng)力水平進(jìn)行設(shè)計(jì)并作構(gòu)造上加強(qiáng)。軟件驗(yàn)算結(jié)果見圖5,從圖中可以看到,斜柱及橫梁在豎向荷載作用及中震組合下利用率均小于0.8,能保證結(jié)構(gòu)安全可靠。根據(jù)樓板有限元分析結(jié)果,對(duì)于斜柱區(qū)域樓板加強(qiáng)措施:樓板厚度加至150mm厚,樓板配置雙層雙向鋼筋12@100mm,該措施能保證樓板中震不屈服,斜柱上、下層結(jié)構(gòu)樓板也適當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造措施。
5結(jié)論
(1)對(duì)該塔樓的項(xiàng)目概況、結(jié)構(gòu)布置及相應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹,本項(xiàng)目塔樓為超限高層。(2)結(jié)構(gòu)存在斜柱等較多不規(guī)則項(xiàng),抗震性能目標(biāo)選用C,斜柱及斜柱相關(guān)拉梁定義為關(guān)鍵構(gòu)件。(3)斜柱采用矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)形式,以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。嚴(yán)格控制斜柱和拉梁的應(yīng)力比,按考慮樓板失效的小震彈性(含風(fēng)荷載)、考慮樓板失效的中震不屈服進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì),以保證足夠的安全度。(4)斜柱區(qū)域樓板為保證中震不屈服,樓板厚度加至150mm厚,樓板配置雙層雙向鋼筋(5)通過(guò)以上工作,斜柱、斜柱相關(guān)拉梁、相關(guān)區(qū)域樓板能夠滿足C目標(biāo),結(jié)構(gòu)合理、可靠、安全。能做到小震不壞、中震可修、大震不倒。
參考文獻(xiàn)
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摘 要:本文介紹了“5.12”汶川地震災(zāi)區(qū)部分市政道橋設(shè)施的典型損毀情況,并對(duì)損毀原因做了認(rèn)真的分析,希望能為今后地震區(qū)市政道橋設(shè)施的設(shè)計(jì)提供一些有益的參考建議。
關(guān)鍵詞:“5.12”汶川地震,道橋損毀
The representative damaged conditions and simple analyses of bridges & roadswhich suffered great damage due to the 5.12 Sichuan wenchuan earthquake
Chen Jingang
( South-west Municipal Engineering Design & Research Institute of ChinaChendu610081)
Abstract: In this paper,the author introduces the representative damaged conditions of bridges & roads which suffered great damage due to the 5.12 Sichuan wenchuan earthquake.The causations of the damage are seriously analysed subsequently.I hope this paper can offer some useful referrence to the design of bridges & roads which will be built in seismic region in the future.
Keywords:5.12 Sichuan wenchuan earthquake, damaged bridges & roads
1.概述
“5.12”汶川地震及其引發(fā)的各種次生災(zāi)害給災(zāi)區(qū)市政道橋設(shè)施造成了嚴(yán)重?fù)p壞,據(jù)四川省建設(shè)廳統(tǒng)計(jì):39個(gè)極重災(zāi)區(qū)和重災(zāi)區(qū)縣(市、區(qū))受損道路長(zhǎng)2034km,橋梁408座,與市政道路配套的供水管道受損2471km,排水管道(污水)765km,燃?xì)夤艿?409km。
據(jù)《汶川地震災(zāi)區(qū)市政公用基礎(chǔ)設(shè)施重建規(guī)劃》測(cè)算,恢復(fù)重建市政道橋設(shè)施需投資223.67億元(不含鄉(xiāng)鎮(zhèn)),配套供水管道需投資32.79億元,排水管道需投資31.37億元,燃?xì)夤艿?2.85億元(含場(chǎng)站建設(shè))。
2.道路橋梁損壞的主要類型
根據(jù)災(zāi)后檢測(cè)調(diào)查,除了位于震中的北川、汶川、青川縣城及映秀、漢旺、虹口、漩口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)外,災(zāi)區(qū)城鎮(zhèn)市政道橋交通設(shè)施受損破壞程度比公路要低很多,其主要表現(xiàn)類型為:
1﹑道路整體損毀:大面積山體崩塌、滑坡將道路橋梁整體掩埋、外推、淹沒(méi)或沖毀,致使路段整體被摧毀,阻路現(xiàn)象尤為突出。此種類型主要發(fā)生在北川、汶川、青川縣城及映秀、漢旺、虹口、漩口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的城鎮(zhèn)道路及極重災(zāi)區(qū)縣城對(duì)外交通通道上。
2﹑路基沉陷與開裂:處于沿溪(河)線處的道路,因地震的強(qiáng)烈縱橫波使路基向河流方向滑移,造成路基沉陷、開裂及嚴(yán)重變形,此類現(xiàn)象比較常見。
3﹑路面損毀:地震引起山體上松散的巖體崩塌滾落,導(dǎo)致路面被砸出大大小小的坑槽,落實(shí)較大時(shí),起水泥砼路面斷板,此類現(xiàn)象多在城鎮(zhèn)對(duì)外交通通道上。
4﹑路基淘空:沿江(河)修建道路靠河一側(cè),支擋結(jié)構(gòu)物被毀,路基失去側(cè)向約束而向河道方向滑移,造成填方路基被淘空。
5﹑路基邊坡垮塌:強(qiáng)烈地震造成挖方邊坡失穩(wěn)坍塌,路基路面被埋,此類現(xiàn)象多為發(fā)生在片區(qū)之間連接通道。
6﹑橋梁結(jié)構(gòu)性垮塌破壞:地震引起橋梁變形驟增較大,超出原設(shè)計(jì)控制范圍,從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)性破壞直接垮塌,如小漁洞大橋、百花大橋、南壩大橋等。
7﹑橋梁構(gòu)造性破壞:主要是支座、伸縮縫、防震擋塊、橋面系及局部承壓構(gòu)件(牛腿)、拱圈的開裂、位移、砼碎裂,如青城大橋、通濟(jì)大橋、綿陽(yáng)機(jī)場(chǎng)高架橋、綿竹回瀾橋等。
8﹑交通管理設(shè)施與服務(wù)設(shè)施建構(gòu)筑物因地震引起垮塌破壞,如崇州客運(yùn)站、都江堰客運(yùn)站等。
震后的小漁洞大橋
震后的百花大橋
震后的小漁洞大橋拱腳破壞
震后的小漁洞大橋引道破壞
3.震損的主要特征
對(duì)災(zāi)后進(jìn)行的檢測(cè)調(diào)查資料分析,可以總結(jié)出市政道橋受損具有的主要共性特征有:
1﹑同一地區(qū)高等級(jí)道路橋梁受損程度相對(duì)較低;
2﹑上承式實(shí)腹拱橋受損程度比其它橋型相對(duì)較輕,基本上沒(méi)有發(fā)生毀壞性破壞;
3﹑圓形、方形等規(guī)則形狀的構(gòu)筑物破壞程度較低,因其結(jié)構(gòu)重心與幾何形心相吻合,抗震性能較好;
4﹑采取圬工支擋結(jié)構(gòu)的路段,其破壞程度遠(yuǎn)低于未作支擋或簡(jiǎn)易支擋的路段;
5﹑人行天橋比車行橋梁受損影響相對(duì)要大,主要原因是其剛度偏小,構(gòu)件形狀不規(guī)則,變形受阻;
6﹑地道(隧道)結(jié)構(gòu)受損輕微(僅在洞口出現(xiàn)崩塌、落石),災(zāi)后都能正常使用;
7﹑鋼結(jié)構(gòu)因其延性較好、抗震能力強(qiáng),損毀情況較少(包括吊橋);
8﹑地震波傳遞方向(水平)與結(jié)構(gòu)破壞程度有很大關(guān)聯(lián)性。
4.恢復(fù)重建技術(shù)對(duì)策
自然災(zāi)害是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的,地震災(zāi)害無(wú)法抗拒也還無(wú)法精確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。本次“5.12”汶川地震震級(jí)之高、破壞力之大也是千年不遇的,據(jù)測(cè)定,其釋放能量相當(dāng)于二戰(zhàn)末期美國(guó)投放在日本廣島原子彈的1000倍。但是,從工程技術(shù)角度而言,作為設(shè)計(jì)施工建設(shè)管理者,應(yīng)從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn),吸取教訓(xùn),在災(zāi)后恢復(fù)重建中采取有效的工程技術(shù)措施,有效提高城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的抗震減災(zāi)能力。城鎮(zhèn)市政道橋設(shè)施恢復(fù)建設(shè)應(yīng)對(duì)以下幾個(gè)方面予以重視:
1﹑增強(qiáng)“地質(zhì)定線”意識(shí),重視場(chǎng)區(qū)內(nèi)局部地質(zhì)調(diào)查分析工作。道路設(shè)計(jì)選線階段,除了“功能定線、環(huán)境定線”之外,應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行“地質(zhì)定線”,即以沿線地質(zhì)災(zāi)害影響分析優(yōu)選確定道路線形方案;一旦線形方案確定之后,應(yīng)對(duì)橋涵、地道、高填方高邊坡路段進(jìn)行深入細(xì)致的地質(zhì)勘察調(diào)查研究工作,掌握盡量詳盡可靠的基礎(chǔ)資料,對(duì)鄰近地震活動(dòng)帶和地形、地貌變化較大地段尤其應(yīng)注意局部地質(zhì)條件的差異性分析論證,采取必要的工程措施,避免潛在的地質(zhì)病害威脅影響。
2﹑橋涵地道等建構(gòu)物的方案選型,應(yīng)注重其抗災(zāi)害性能分析論證。作為城鎮(zhèn)道路網(wǎng)上重要的橋涵、地道工程,其首要是交通安全的功能需要,其次才是城市環(huán)境景觀需要,應(yīng)以功能為主兼顧環(huán)境景觀效果。因此,須對(duì)結(jié)構(gòu)方案的抗震抗災(zāi)性能進(jìn)行分析論證并作為確定方案的重要指標(biāo)之一。結(jié)構(gòu)受力體系應(yīng)簡(jiǎn)潔明了、構(gòu)件材質(zhì)應(yīng)均勻一致、輪廓尺寸形狀規(guī)則、結(jié)構(gòu)重心與幾何形心盡量重和,以提高其抗震性能。
3﹑道路建設(shè)配套的地下管線尤其是管徑較大的排水、電力管溝,應(yīng)與道路橋涵恢復(fù)重建同步實(shí)施,對(duì)其管材選用及管道回填壓實(shí)質(zhì)量控制應(yīng)予加強(qiáng),以免管線受損破壞漏氣、漏水導(dǎo)致交通中斷。若有條件,可采用地下綜合管溝(共同溝)方式敷設(shè)地下管線,既提高運(yùn)營(yíng)安全可靠度,也便于日常維護(hù)檢修。
4﹑道路恢復(fù)重建中,對(duì)外交通出入口(與國(guó)道、省道相連接)及學(xué)校、醫(yī)院、防疫、消防、戰(zhàn)略物資儲(chǔ)備點(diǎn)等重要設(shè)施與城市主干道相連接的通道設(shè)置,應(yīng)滿足總體規(guī)劃與專項(xiàng)規(guī)劃的設(shè)置要求,提高其安全可靠性,保證突發(fā)事件或自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)的道路暢通。
5﹑既有道路橋涵構(gòu)筑物應(yīng)進(jìn)行可靠的檢測(cè)評(píng)估,據(jù)此確定必要的改建、擴(kuò)建、加固方案,以便充分利用原有設(shè)施。如道路改擴(kuò)建時(shí),應(yīng)盡量利用原路面結(jié)構(gòu)層作為路基(路床),避免過(guò)度挖除形成新的建筑垃圾;橋涵加固改建(重建)時(shí),應(yīng)對(duì)原橋存在病害、病因進(jìn)行深入分析,采取有針對(duì)性的的工程技術(shù)方案,其標(biāo)準(zhǔn)亦應(yīng)按原橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;拆除重建時(shí),按新標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)劃確定的規(guī)模進(jìn)行實(shí)施建設(shè)。
6﹑橋涵、地道構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中,應(yīng)注重細(xì)節(jié)構(gòu)造處理措施的完善優(yōu)化,如支座、伸縮縫、防撞護(hù)攔、防震擋塊、減震設(shè)施、支點(diǎn)處局部抗剪切設(shè)施等,應(yīng)充分考慮最不利條件的受力變形需要,避免災(zāi)害發(fā)生時(shí)引發(fā)的二次事故。
7﹑嚴(yán)格執(zhí)行《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》、《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范,合理確定抗震設(shè)防等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),有針對(duì)性地完善相應(yīng)抗震設(shè)防措施。我國(guó)地震烈度區(qū)劃是以縣(區(qū)、市)為單位,由于地域遼闊,同一縣城不同地段的地質(zhì)構(gòu)造會(huì)有較大差異,應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目所在地的地質(zhì)實(shí)際情況、橋梁規(guī)模及重要性要求分析確定切合實(shí)際的地震設(shè)防等級(jí)、標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù),按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核,采取行之有效的防震技術(shù)措施,如加大墩柱配筋率、加大防震擋塊結(jié)構(gòu)尺寸與剛度、慎用牛腿支撐受力(不得已使用牛腿應(yīng)加強(qiáng)防落梁措施)、高墩柱重視系梁設(shè)置、簡(jiǎn)支梁梁端設(shè)置減震緩沖橡膠墊塊、多跨連續(xù)橋梁根據(jù)墩高不同采用不同斷面尺寸以適應(yīng)水平變形受力等。災(zāi)后調(diào)研報(bào)告表明:部份橋梁破壞原因與設(shè)計(jì)階段忽視抗震設(shè)防要求,構(gòu)造處理不當(dāng)有較大的關(guān)聯(lián)性。
8﹑盡量利用建筑垃圾。震災(zāi)產(chǎn)生的大量建筑垃圾,經(jīng)篩分處理之后,可作為路基填料或路面結(jié)構(gòu)層骨料。道路恢復(fù)重建中應(yīng)按照《地震災(zāi)區(qū)建筑垃圾處理技術(shù)導(dǎo)則》要求,經(jīng)試驗(yàn)、分析論證后,最大限度地利用建筑垃圾,減少環(huán)境污染。高填方路段可以酌情推廣使用。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:套建增層;框架結(jié)構(gòu);施工技術(shù)
1.引言
框架結(jié)構(gòu)房屋套建增層,不但可使土地上房屋容積率增大幾倍到十幾倍,達(dá)到有效利用國(guó)土資源的目的,而且可使房屋的造型與周圍新建房屋相協(xié)調(diào),達(dá)到對(duì)既有房屋進(jìn)行現(xiàn)代化改造的目的,提升城市現(xiàn)代化的整體水平。
我國(guó)雖然開展了一些既有房屋的套建增層實(shí)踐,但系統(tǒng)的理論與試驗(yàn)研究尚需進(jìn)一步深入。例如,東南大學(xué)宋健闡述了外套框架加層設(shè)計(jì)的一些基本要求并給出了外套一支撐框架加層結(jié)構(gòu)、外套框架一剪力墻加層結(jié)構(gòu)、外套框架一舊框架短梁連接加層結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)方法和施工方法。
另外,四川省建筑科學(xué)研究院主持編制了《磚混結(jié)構(gòu)房屋加層技術(shù)規(guī)范》(CECS78:96)。在該規(guī)范中論述了加層的基本原則、直接加層法和外套結(jié)構(gòu)加層法等內(nèi)容。其中外套結(jié)構(gòu)加層法中論述了可采用的幾種結(jié)構(gòu)體系:如可采用在原房屋外套“底層框架一剪力墻,上部各層為磚混結(jié)構(gòu)”、“底層框架一剪力墻,上部各層為框架結(jié)構(gòu)”、“底層及上部各層均為框架結(jié)構(gòu)”等,并對(duì)外套結(jié)構(gòu)房屋總高度和總層數(shù)進(jìn)行了限制。但所提限值是根據(jù)全國(guó)各地已建成的分離式加層結(jié)構(gòu)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并參考相關(guān)規(guī)范而制定的,沒(méi)有可靠的理論依據(jù)。
2.套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)與施工建議
2.1總則
為了在預(yù)應(yīng)力混凝土框架套建增層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中貫徹國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策,做到技術(shù)先進(jìn),安全適用,經(jīng)濟(jì)合理,確保質(zhì)量,提出本方案。
2.2一般規(guī)定
(1)對(duì)既有房屋進(jìn)行套建增層改造必須在充分論證的基礎(chǔ)上進(jìn)行。
(2)對(duì)既有房屋進(jìn)行套建增層改造原則上應(yīng)能保證在套建增層施工過(guò)程中原房屋的正常使用。
(3)對(duì)既有房屋進(jìn)行套建增層改造應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力與施工措施的一體化。
(4)經(jīng)套建增層改造的房屋結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和適用性原則上不低于現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
2.3結(jié)構(gòu)型式
(1)套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架柱仍可采用普通鋼筋混凝土框架柱。
(2)套建增層結(jié)構(gòu)一層頂框架梁采用內(nèi)置鋼析架預(yù)應(yīng)力混凝土組合框架梁,通過(guò)在(預(yù)應(yīng)力)鋼桁架下側(cè)掛底模,并以底模為支承設(shè)置側(cè)模,來(lái)實(shí)現(xiàn)在澆筑混凝土過(guò)程中由(預(yù)應(yīng)力)鋼桁架承擔(dān)梁自重和施工荷載。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)值的75%以上時(shí),張拉梁體內(nèi)曲線布置的預(yù)應(yīng)力筋,形成預(yù)應(yīng)力鋼析架一混凝土組合框架梁。
(3)框架節(jié)點(diǎn)仍按普通預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點(diǎn)對(duì)待。
(4)套建增層結(jié)構(gòu)一層頂?shù)拇瘟翰捎脙?nèi)置鋼箱――混凝土組合梁,內(nèi)置鋼箱可由二槽鋼對(duì)焊而成。通過(guò)在鋼箱下側(cè)掛底模,并以底模為支承設(shè)側(cè)模來(lái)實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中由鋼箱來(lái)承擔(dān)次梁自重和施工荷載,在使用階段內(nèi)置鋼箱與其鋼筋混凝土以組合梁的形式開展工作。
(5)板為普通混凝土板,但垂直于次梁內(nèi)置鋼箱焊接槽鋼作主楞,在主楞上布置木方作次楞,在次楞上鋪放板底模,這樣在施工過(guò)程中板的荷載直接傳給次梁。
2.4材料選擇
(1)套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋的材料選擇原則上與新建預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋相同。
(2)新增套建增層結(jié)構(gòu)一層頂?shù)膬?nèi)置鋼析架與鋼箱用型鋼及焊縫用焊條應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(CB50017一2003)的要求。
2.5柱軸壓比限值與梁板截面尺寸選擇
(1)關(guān)于套建增層框架抗震構(gòu)造等級(jí)的劃分原則上與新建房屋用預(yù)應(yīng)力混凝土框架相同,但對(duì)于8度抗震設(shè)防區(qū)處于11類、111類場(chǎng)地土的套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋,當(dāng)新增套建結(jié)構(gòu)底層結(jié)構(gòu)層高為7.0m、7.5m,上部套建增層層數(shù)為2層時(shí),其柱的內(nèi)力增大系數(shù)按一級(jí)抗震框架柱取用柱的內(nèi)力增大系數(shù),相應(yīng)的梁、柱及節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造等級(jí)也按一級(jí)對(duì)待。
(2)套建增層混凝土框架柱的軸壓比應(yīng)按照下表選用
表1 套建增層混凝土框架柱軸壓比限值
(3)梁板尺寸選擇與新建房屋結(jié)構(gòu)相同
2.6其它
(1)在設(shè)計(jì)內(nèi)置鋼析架預(yù)應(yīng)力混凝土組合框架梁和內(nèi)置鋼箱混凝土組合梁時(shí)要合理考慮型鋼的兩階段受力。
(2)次梁的內(nèi)置鋼箱通過(guò)連接焊板與框架梁應(yīng)有可靠的連接。
(3)框架梁的內(nèi)置鋼析架及次梁的內(nèi)置鋼箱的安裝就位應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(CB50205一2001)的要求。
(4)套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架的抗震構(gòu)造等級(jí)的劃分應(yīng)符合上述第61條要求。各抗震構(gòu)造等級(jí)的套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ140一2004)的相關(guān)計(jì)算要求和構(gòu)造要求。
3.我國(guó)增層工程實(shí)踐案例
原紡織工業(yè)部辦公樓(由三層增至五層)。為解決外套框架上剛下柔問(wèn)題,在原磚混結(jié)構(gòu)局部橫墻處采用鋼筋混凝土夾板墻加固,夾板墻直通到頂,在上部新增樓層變成鋼筋混凝土剪力墻。原樓梯間也采用夾板墻加固,直通頂層形成筒體。通過(guò)該方法將增層與對(duì)原結(jié)構(gòu)加固有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。
陽(yáng)泉市信托投資公司紅樓加層工程,將四層框架加至十三層。原建筑為4層框架結(jié)構(gòu)房屋,總高度為17.5m,外輪廓尺寸為29m*26.60m,位于陽(yáng)泉鬧市區(qū)。業(yè)主要求在建設(shè)期間不能影響下部4層商場(chǎng)正常營(yíng)業(yè)。最終方案為在五層和九層設(shè)承托轉(zhuǎn)換層,每個(gè)轉(zhuǎn)換層分別承擔(dān)上部3層子框架荷載,每側(cè)各設(shè)4個(gè)巨型柱,周邊采用裙梁相連接,形成框筒體系抗側(cè)力結(jié)構(gòu),并適當(dāng)增大屋面梁的剛度,從而形成外套巨型框架內(nèi)部為子框架的結(jié)構(gòu)體系。底層轉(zhuǎn)換層施工時(shí)利用原建筑框架柱和基礎(chǔ)的富余部分承載力,通過(guò)簡(jiǎn)支在原框架柱上的鋼析架來(lái)承托底層轉(zhuǎn)換層及其子框架的自重及施工荷載。第二個(gè)轉(zhuǎn)換層及子框架的自重及施工荷載通過(guò)設(shè)置層層支撐傳遞給底層轉(zhuǎn)換層。
北京市建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的北京日?qǐng)?bào)社綜合業(yè)務(wù)樓接層工程采用了在原四層磚混辦公樓外套建四層的組合框架。原建筑地上四層,地下一層,建筑面積為6150m2。為減輕自重,套建框架結(jié)構(gòu)房屋的主次梁均采用鋼結(jié)構(gòu)。利用原屋面做新增樓層的樓面,以一層主梁托兩層樓蓋。主梁為鋼板組合焊接工字梁,梁高1m。托層梁用I40工字鋼。柱子采用了鋼骨混凝土柱。
鐵道部第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的某科研設(shè)計(jì)大樓加層工程采用在原四層磚混結(jié)構(gòu)房屋外套兩層預(yù)應(yīng)力巨型框架,其巨型框架內(nèi)含六層子框架。結(jié)構(gòu)剖面其中考慮了分期分批張拉預(yù)應(yīng)力筋及模擬施工過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的影響,但針對(duì)罕遇地震下的結(jié)構(gòu)性能未涉及。
中南建筑設(shè)計(jì)院的曾華卿和許敏嘗試將外套鋼筋混凝土空腹析架用于既有房屋套建增層中,其空腹部分作為樓層,可降低層高,減小工程造價(jià),但文中對(duì)上剛下柔的空腹析架式框架未考慮抗震設(shè)計(jì)。
此外,國(guó)內(nèi)其他單位也開展了一定的套建增層工程實(shí)踐,這里就不一一列舉。
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關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工
引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和建筑功能的多樣化,城市人口的不斷增多及建設(shè)用地日趨緊張和城市規(guī)劃的需要,促使高層建筑得以快速發(fā)展。但高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。
一、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1高層建筑設(shè)計(jì)基本要求
1.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。(1)不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求,高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)符合下列要求:1)應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力;2)應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力;3)對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取有效的加強(qiáng)措施。(2)高層建筑的結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列要求:1)結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位;2)宜具有多道抗震防線;3)結(jié)構(gòu)在兩個(gè)方向的動(dòng)力特性宜相近。
1.2.規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征:建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱,剛度和承載力分布均勻,具有較好的抗扭剛度和整體性??拐鹪O(shè)防的建筑結(jié)構(gòu)豎向布置應(yīng)使體型規(guī)則、均勻,避免有較大的內(nèi)斂和外挑,結(jié)構(gòu)的承載力和剛度宜自下而上逐漸減小,避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力和側(cè)向剛度突變。
1.3.規(guī)則結(jié)構(gòu)布置需滿足的要求:結(jié)構(gòu)布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確,傳力直接,力爭(zhēng)均勻?qū)ΨQ,減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下,建筑平面要力求簡(jiǎn)單規(guī)則,僅在風(fēng)荷載作用下則可適當(dāng)放寬。抗震設(shè)計(jì)的B級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑,其布置更應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則,減少偏心。
2.高層建筑工程設(shè)計(jì)
2.1結(jié)構(gòu)選型:對(duì)于高層結(jié)構(gòu)而言,在工程設(shè)計(jì)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(diǎn)。(1)合理選擇結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)布置應(yīng)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱,避免應(yīng)力集中的凹角和狹長(zhǎng)的縮頸部位;避免在凹角和端部設(shè)置樓電梯間;避免樓電梯間位置偏置,以免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。(2)房屋的適用高度和高寬比滿足規(guī)范要求。規(guī)范中對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度有嚴(yán)格的限制,因此,必須對(duì)結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意,一旦結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑或超過(guò)了B級(jí)高度,其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。(3)嵌固端的設(shè)置問(wèn)題。由于高層建筑一般都帶有兩層或兩層以上的地下室和人防,嵌固端可設(shè)置在地下室頂板,也可設(shè)置在人防頂板等位置。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)的嵌固端時(shí),地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用,地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。地下室中超出上部主樓范圍且無(wú)地上結(jié)構(gòu)的部分,其抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。(4)短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題。短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。對(duì)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu),雖然有利于住宅建筑布置,也可減輕結(jié)構(gòu)自重,但在高層住宅中,剪力墻墻肢不宜太短,因?yàn)槎讨袅Φ目拐鹦阅茌^差,地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多,為安全起見,高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。
2.2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì):地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行,同時(shí),也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素,因此,在這一階段,所出現(xiàn)的問(wèn)題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無(wú)法估量的損失。高層建筑的基礎(chǔ)應(yīng)選用整體性好,滿足地基承載力和建筑物容許變形的要求,并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。高層建筑宜設(shè)置地下室以減小地基的附加應(yīng)力和沉降量,有利于滿足天然地基的承載力和上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。此外,在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性。
2.3.結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算:在結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析階段,如何準(zhǔn)確、高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理,是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵?!陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。因此,對(duì)這一階段比較常見的問(wèn)題應(yīng)該有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。1)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有:SATWE、TAT、SAP、TBSA等,但是,由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異,因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)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(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件,并從不同軟件計(jì)算結(jié)果中,判斷哪個(gè)是合理的,哪個(gè)是可以作為參考的,哪個(gè)又是意義不大的,這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。2)是否需要地震力放大。考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響,現(xiàn)行規(guī)范根據(jù)大量工程的實(shí)測(cè)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(jì)算自振周期折減系數(shù)。3)振型數(shù)目是否足夠。在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中的振型參與系數(shù)進(jìn)行判斷,并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值,以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。4)多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計(jì)算。一段時(shí)間以來(lái),大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn),而在計(jì)算分析該類型高層建筑時(shí),是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類型進(jìn)行計(jì)算,還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計(jì)算,是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問(wèn)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(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然較大,從而使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。5)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。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(duì)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(jì)時(shí),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)格按照規(guī)范中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.4.抗震分析與設(shè)計(jì)在高層建筑的應(yīng)用:我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范要求高層建筑的抗震計(jì)算主要是在多遇地震作用下,按反應(yīng)譜理論計(jì)算地震作用,用彈性方法計(jì)算內(nèi)力及位移。一般情況下按建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別考慮水平地震作用計(jì)算;有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu),當(dāng)相交角度大于15°時(shí),應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。質(zhì)量與剛度明顯不均勻、不對(duì)稱,可能產(chǎn)生顯著扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)應(yīng)計(jì)算雙向水平地震作用產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響。8度、9度的大跨度、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)及9度時(shí)的高層建筑,應(yīng)計(jì)算豎向地震作用。對(duì)于重要的高層建筑或有特殊要求時(shí),要用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算,結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下可采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時(shí)程分析法進(jìn)行薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算[1] [3]。
二、高層建筑的施工
高層建筑工程施工設(shè)計(jì)圖紙,一經(jīng)確定就具有法律的有效性。為此在建筑工程施工開始之前,必須認(rèn)真學(xué)習(xí)、研究,會(huì)審工程施工設(shè)計(jì)圖紙。精確掌握施工設(shè)計(jì)圖紙的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求,進(jìn)而研究制定建筑工程施工方案,這是高層建筑工程施工設(shè)計(jì)圖紙落實(shí)的基本措施和基礎(chǔ),也是高層建筑工程開始施工的前提和保證。圖紙交底會(huì)審中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,要及時(shí)與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位共同協(xié)商討論,取得一致認(rèn)可的解決辦法,以保證正確無(wú)誤地施工。施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙與施工條件,確定合理的施工方案,編制施工組織設(shè)計(jì),對(duì)深基礎(chǔ)施工、高空作業(yè)、鋼筋連接、混凝土作業(yè)及季節(jié)性施工等進(jìn)行方案優(yōu)選,做好準(zhǔn)備。必要時(shí)進(jìn)行專項(xiàng)施工技術(shù)專家論證會(huì),確保施工方案合理有效。
高層建筑工程規(guī)模大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工程質(zhì)量與施工技術(shù)要求高,原材料配件使用標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán),各工種施工協(xié)調(diào)復(fù)雜。所以,對(duì)高層建筑工程施工管理要嚴(yán),標(biāo)準(zhǔn)要高,施工組織工作要求更要嚴(yán)密。施工的各個(gè)階段,要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工程質(zhì)量和工藝要求施工。各配套工程按圖紙要求,同步協(xié)調(diào)施工。建立嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)工程施工質(zhì)量管理體系,嚴(yán)格施工組織,使施工過(guò)程緊密協(xié)調(diào),相互制約、相互促進(jìn)。
高層建筑工程的安全防護(hù)要求高。高層建筑工程應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)編制安全施工技術(shù)措施。結(jié)構(gòu)施工中各類機(jī)械的布置及運(yùn)行,腳手架的搭設(shè)與連接,安全防護(hù)操作平臺(tái)的搭設(shè)及防護(hù)攔的設(shè)置均要通過(guò)組織驗(yàn)收,保證施工過(guò)程的安全。
高層建筑工程應(yīng)積極推廣先進(jìn)施工技術(shù)和先進(jìn)機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用。施工時(shí)根據(jù)工程特點(diǎn)推廣應(yīng)用 “十項(xiàng)新技術(shù)”的內(nèi)容,如高性能混凝土技術(shù)、高效鋼筋應(yīng)用技術(shù)、新型模板及腳手架應(yīng)用技術(shù)、建筑企業(yè)管理信息化技術(shù)等,提高工程質(zhì)量,縮短工期,降低成本。
一:荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載(例如,風(fēng)荷載,雪荷載,施工荷載,地下水的荷載,地震荷載,人防荷載等等)和內(nèi)部荷載(例如,結(jié)構(gòu)的自重荷載,使用荷載,裝修荷載等等)上述荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來(lái)進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。
二:構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值,構(gòu)造措施要求,使用要求及各種計(jì)算手冊(cè)上推薦的試算方法來(lái)初步確定構(gòu)件的截面。
三:內(nèi)力的計(jì)算,根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來(lái)進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算,包括彎矩,剪力,扭矩,軸心壓力及拉力等等。
四:構(gòu)件的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對(duì)構(gòu)件的要求和限制(比如,軸壓比,剪跨比,跨高比,裂縫和撓度等等)來(lái)復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止。
施工圖設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容為:根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,來(lái)最終確定構(gòu)件布置和構(gòu)件配筋以及根據(jù)規(guī)范的要求來(lái)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造措施。
3.各設(shè)計(jì)階段的基本方法:根據(jù)方案階段的主要內(nèi)容,其基本方法就是根據(jù)各種結(jié)構(gòu)形式的適用范圍和特點(diǎn)來(lái)確定結(jié)構(gòu)應(yīng)該使用的最佳結(jié)構(gòu)形式,這要看規(guī)范中對(duì)于各種結(jié)構(gòu)形式的界定和工程的具體情況而定,關(guān)鍵是清楚各種結(jié)構(gòu)形式的極限適用范圍。還要考慮合理性和經(jīng)濟(jì)性。
在結(jié)構(gòu)計(jì)算階段,就是根據(jù)方案階段確定的結(jié)構(gòu)形式和體系,依據(jù)規(guī)范上規(guī)定的具體的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算,規(guī)范上的方法有多種,關(guān)鍵是結(jié)合工程的實(shí)際情況來(lái)選擇合適的計(jì)算方法,以樓板為例,就有彈性計(jì)算法,塑性計(jì)算法及彈塑性計(jì)算法。所以選擇符合工程實(shí)際的計(jì)算方法是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提,是十分重要的。
在施工圖設(shè)計(jì)階段,就是根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果來(lái)用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言表達(dá)在圖紙上。首先表達(dá)的東西要符合結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求,同時(shí)還要符合規(guī)范中的構(gòu)造要求,最后還要考慮施工的可操作性。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)規(guī)范要很好的理解和把握。另外還要對(duì)施工的工藝和流程有一定的了解。這樣設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu),才會(huì)是合理的結(jié)構(gòu)。
4.規(guī)范、手冊(cè)及標(biāo)準(zhǔn)圖集在具體工作中的應(yīng)用:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和依據(jù)就是各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)圖集。在進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)時(shí)必須要緊扣不同的規(guī)范,但這些規(guī)范又都是相互聯(lián)系密不可分的。在不同的工程中往往會(huì)使用多種規(guī)范,在一個(gè)工程確定了結(jié)構(gòu)形式后,首先要根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》來(lái)確定建筑的可靠度和重要性;然后再根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》,《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》確定建筑在抗震設(shè)防方面的規(guī)定和要求,在荷載的取值時(shí)要按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》來(lái)確定,這是建筑總體需要運(yùn)用的規(guī)范。在工程的具體設(shè)計(jì)方面,涉及到砌體部分的要遵循《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定;涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定;涉及到鋼筋部分的要遵循《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》和《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定;在基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的是《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。最后在結(jié)構(gòu)繪圖時(shí)則要符合《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
在各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)中,給出了該結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的原理,方法,一般規(guī)定和計(jì)算的算例以及用來(lái)直接選用的各種表格。這對(duì)于深刻理解和具體設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)形式具有良好的指導(dǎo)作用。我們推薦最好能參照設(shè)計(jì)手冊(cè)來(lái)手算典型的結(jié)構(gòu)形式。
標(biāo)準(zhǔn)圖集是依據(jù)規(guī)范來(lái)制定的國(guó)家和省市地方統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工做法構(gòu)造。不同的結(jié)構(gòu)形式有不同的標(biāo)準(zhǔn)圖集。設(shè)計(jì)中常用的有,結(jié)構(gòu)繪圖時(shí)采用:平法制圖(03G101-1),砌體中的鋼筋混凝土過(guò)梁采用:過(guò)梁(L03G303),磚混結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造詳圖采用:L03G313,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造詳圖采用:L03G323,地溝及蓋板采用:02J331.需要說(shuō)明的是,在選用標(biāo)準(zhǔn)圖集時(shí)一定要根據(jù)具體工程的實(shí)際情況來(lái)酌情選用,必要時(shí)應(yīng)說(shuō)明選用的頁(yè)號(hào)和圖集號(hào),不可盲目采用。
總之,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的,全面的工作。需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底,靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。千里之行始于足下,設(shè)計(jì)人員要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起,做到知其所以然,深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義,并密切配合其它專業(yè)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工作中應(yīng)事無(wú)巨細(xì),應(yīng)善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
在結(jié)構(gòu)計(jì)算階段,就是根據(jù)方案階段確定的結(jié)構(gòu)形式和體系,依據(jù)規(guī)范上規(guī)定的具體的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算,規(guī)范上的方法有多種,關(guān)鍵是結(jié)合工程的實(shí)際情況來(lái)選擇合適的計(jì)算方法,以樓板為例,就有彈性計(jì)算法,塑性計(jì)算法及彈塑性計(jì)算法。所以選擇符合工程實(shí)際的計(jì)算方法是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提,是十分重要的。
在施工圖設(shè)計(jì)階段,就是根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果來(lái)用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言表達(dá)在圖紙上。首先表達(dá)的東西要符合結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求,同時(shí)還要符合規(guī)范中的構(gòu)造要求,最后還要考慮施工的可操作性。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)規(guī)范要很好的理解和把握。另外還要對(duì)施工的工藝和流程有一定的了解。這樣設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu),才會(huì)是合理的結(jié)構(gòu)。
4.規(guī)范、手冊(cè)及標(biāo)準(zhǔn)圖集在具體工作中的應(yīng)用:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和依據(jù)就是各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)圖集。在進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)時(shí)必須要緊扣不同的規(guī)范,但這些規(guī)范又都是相互聯(lián)系密不可分的。在不同的工程中往往會(huì)使用多種規(guī)范,在一個(gè)工程確定了結(jié)構(gòu)形式后,首先要根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》來(lái)確定建筑的可靠度和重要性;然后再根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》,《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》確定建筑在抗震設(shè)防方面的規(guī)定和要求,在荷載的取值時(shí)要按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》來(lái)確定,這是建筑總體需要運(yùn)用的規(guī)范。在工程的具體設(shè)計(jì)方面,涉及到砌體部分的要遵循《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定;涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定;涉及到鋼筋部分的要遵循《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》和《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定;在基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的是《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。最后在結(jié)構(gòu)繪圖時(shí)則要符合《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
在各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)中,給出了該結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的原理,方法,一般規(guī)定和計(jì)算的算例以及用來(lái)直接選用的各種表格。這對(duì)于深刻理解和具體設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)形式具有良好的指導(dǎo)作用。我們推薦最好能參照設(shè)計(jì)手冊(cè)來(lái)手算典型的結(jié)構(gòu)形式。
關(guān)鍵詞 :高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 問(wèn)題 要點(diǎn)
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1、水平作用是決定因素
首先,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力及彎矩的數(shù)值,僅僅和建筑高度的一次方成正比,但是水平作用對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩和在豎向構(gòu)件中引起的軸力,與建筑高度的兩次方成正比;另外,對(duì)一些一定高度的建筑來(lái)說(shuō),豎向荷載基本上是固定值,但作為水平作用的地震作用和風(fēng)荷載卻是不確定的。
2、側(cè)移是控制指標(biāo)
和多層建筑不同,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)側(cè)移是關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的不斷增長(zhǎng),水平作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形也隨之迅速增加,結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移與建筑高度的四次方成正比。所以結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移必須要控制在一定限度之內(nèi)。
3、結(jié)構(gòu)延性成為重要設(shè)計(jì)指標(biāo)
延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后,在承載能力不降低或基本不降低的情況下,具有足夠塑性變形能力的一種性能,一般用延性比來(lái)表示。受彎構(gòu)件會(huì)隨著荷載的增加,首先受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫,出現(xiàn)非彈性變形。然后受拉鋼筋屈服,受壓區(qū)高度降低,受壓區(qū)混凝土被壓碎,最后導(dǎo)致構(gòu)件被破壞。
4、軸向變形也不容輕視
在高層建筑中,豎向荷載數(shù)值會(huì)較大,會(huì)在柱中引起很大的軸向變形,從而導(dǎo)致對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生一系列的影響,使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值變小,跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值變大,對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度也會(huì)產(chǎn)生影響,這就要求依據(jù)軸向變形計(jì)算值,對(duì)下料的長(zhǎng)短做出相應(yīng)調(diào)整;另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移也會(huì)產(chǎn)生影響。不考慮構(gòu)件豎向變形與考慮構(gòu)件豎向變形相比較,計(jì)算結(jié)果會(huì)偏于不安全。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題
1、設(shè)計(jì)人員基礎(chǔ)知識(shí)薄弱
在部分小型設(shè)計(jì)公司,有一些設(shè)計(jì)人員根本不了解施工工藝流程,離開設(shè)計(jì)圖庫(kù)和計(jì)算機(jī)作業(yè)根本不能設(shè)計(jì)和畫圖,缺乏施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)代表的經(jīng)驗(yàn),不能以專業(yè)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)施工技術(shù)難題。類似于這樣一些純粹紙上談兵的建筑圖紙,充斥著低成本小型建筑項(xiàng)目市場(chǎng),比如說(shuō)拆遷項(xiàng)目返建等,最終導(dǎo)致建筑使用壽命縮短等大量技術(shù)隱患問(wèn)題。
2、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)不足,標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范推廣應(yīng)用落后。
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,普遍存在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)不充分的情況。由于我國(guó)的地震帶分布不一,部分省市對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震的要求較為忽視,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)處于緩慢發(fā)展的狀態(tài)。比起日本和美國(guó)等在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)領(lǐng)域成果突出的國(guó)家,我國(guó)的抗震概念設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的應(yīng)用推廣相對(duì)較為落后。
3、建筑物超高問(wèn)題
隨著建筑物高度的不斷加大,在抗震性能和建筑質(zhì)量方面都面臨著更嚴(yán)峻的問(wèn)題。出于高層建筑抗震性能的較高需要,規(guī)范對(duì)建筑物的高度作出了嚴(yán)格的規(guī)定,超高建筑在設(shè)計(jì)方面要確保滿足抗震的要求。在目前的高層建筑市場(chǎng)中,仍然存在著建筑超高但沒(méi)采取更嚴(yán)格的措施的問(wèn)題。
4、短肢剪力墻的設(shè)置
短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu),雖然有利于住宅建筑布置,也可減輕結(jié)構(gòu)自重,但在高層住宅中,剪力墻肢不宜太短,因?yàn)槎讨袅Φ目拐鹦阅茌^差,地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多,為安全起見,高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)已經(jīng)得到結(jié)構(gòu)工程師的重視,這不僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程合理與否將直接影響到后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行,也是整個(gè)項(xiàng)目成本的決定性因素。因此,這個(gè)階段,存在的問(wèn)題可能會(huì)很嚴(yán)重,也甚至?xí)斐刹豢晒懒康膿p失。高層建筑應(yīng)根據(jù)整體布局來(lái)選可滿足承載力和變形的要求、并可以調(diào)整不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。高層建筑宜設(shè)置地下室以減小地基的附加應(yīng)力和沉降量, 有利于滿足天然地基的承載力和上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。此外,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意本地的規(guī)范的重要性。
2、建筑結(jié)構(gòu)受力性能
對(duì)于最初的建筑設(shè)計(jì),建筑師考慮更多的是建筑的空間組合,而不是詳細(xì)地確定其具體的結(jié)構(gòu)。建筑物底面建筑空間的形式在水平方向和垂直方向的穩(wěn)定性是非常重要的,因?yàn)橐恍┙ㄖ锸怯捎执笥种氐慕M合物來(lái)組成,因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于基礎(chǔ)面的,而在建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)基本要求是要理清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,因此在建筑設(shè)計(jì)階段,就有必要對(duì)主要承重柱和承重墻的數(shù)量和分布做出整體構(gòu)想。
3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心,建筑三心盡可能匯于一點(diǎn),即三心合一,這是是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有做到三心合一,在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞,要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局,盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下,高層建筑扭轉(zhuǎn)效果的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻,減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡(jiǎn)面形式。在某些情況下,由于街景與建筑空間的限制,高層建筑不可能全部采用簡(jiǎn)面形式,當(dāng)需要采用不規(guī)則T形、L形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí),應(yīng)將突出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi),同時(shí),在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布局時(shí),最大可能使建筑狀態(tài)的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的。
4、建筑高度、高寬超限問(wèn)題
現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程給出了房屋的最大適用高度和高寬比限值。某些高層建筑房屋高度超過(guò)最大適用高度或高寬比超出規(guī)范限值,甚至個(gè)別建筑高度和高寬比均超出規(guī)范限值。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)于建筑的高度、長(zhǎng)寬比和尺寸的復(fù)雜程度超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的高層建筑,應(yīng)按超限高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí),另一點(diǎn)不容忽視的問(wèn)題是,建筑適用高度除與結(jié)構(gòu)體系類型及抗震設(shè)防烈度有關(guān)外,還與場(chǎng)地類別與結(jié)構(gòu)是否規(guī)則等因素有關(guān),當(dāng)位于Ⅳ類場(chǎng)地或結(jié)構(gòu)平面與豎向布置不規(guī)則時(shí),其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低。
5、抗震設(shè)計(jì)要求更高
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防要求,需要正確計(jì)算正常使用時(shí)的豎向荷載和風(fēng)荷載,應(yīng)當(dāng)具有良好的抗震性能。
6、概念設(shè)計(jì)和理論計(jì)算具有同等重要性
抗震設(shè)計(jì)有兩部分:計(jì)算設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)。雖然分析手段在不斷提高,分析的原則在不斷完善,但由于抗震設(shè)計(jì)計(jì)算是在一定的假想條件下進(jìn)行,而地震作用具有很大的復(fù)雜性和不確定性,同時(shí)地基土影響和結(jié)構(gòu)體系本身都極復(fù)雜,因此理論分析計(jì)算很有可能會(huì)和實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。特別是結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后,構(gòu)件局部可能會(huì)開裂甚至破壞,此時(shí)就很難用常規(guī)的計(jì)算原理去分析結(jié)構(gòu)。而高層建筑的概念設(shè)計(jì),諸多實(shí)踐證明,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著重要的意義。
結(jié)束語(yǔ)
高層建筑在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系中已經(jīng)如此發(fā)達(dá),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)人員追求更加合理的力學(xué)模型和更新穎的建筑物結(jié)構(gòu)形式,在這一個(gè)方向上經(jīng)過(guò)高素質(zhì)高知識(shí)結(jié)構(gòu)的專業(yè)化人才不斷探索,我們可以期待,高層建筑在城市中的應(yīng)用將變得空前廣闊。
參考文獻(xiàn):
[1] 孫凱.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題及對(duì)策探討[J].價(jià)值工程,2011(06).
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