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根據(jù)不同的標準,建筑結構的分類也有所區(qū)別。根據(jù)不同的施工方法,建筑結構可分為混合結構、框架結構、剪力墻結構等。由于剪力墻具有較強的抗側剛度和抗震性能,而且用鋼量也比較小,因而在建筑結構設計中得以廣泛應用。簡單來說,剪力墻結構就是利用鋼筋混凝土墻板來承受來自垂直方向和水平方向的力的結構。在設計剪力墻結構時,通常會使用鋼筋混凝土墻板取代之前框架結構中的梁柱,從而提高承受荷載的能力。換言之,剪力墻結構主要指的是豎向的鋼筋混凝土墻板,而橫向仍然沿用鋼筋混凝土的大樓板搭載在墻上,而這個結構就成為剪力墻結構
2剪力墻結構設計的基本原則
2.1剪力墻的厚度與高和寬相比,要小很多,幾何特征類似于板,受力形態(tài)接近于柱,但其又與柱存在明顯的區(qū)別,即其肢長和厚度的比值,當比值不超過3時,可以按照柱來計算,當比值介于3-5之間,則可作為異形柱,并按雙向受壓構件設計。
2.2在剪力墻結構中,墻作為平面構件,不僅需要承受來自平面作用的水平剪力和彎矩,同時還需要承受豎向壓力。在這種狀態(tài)下,剪力墻在水平作用下如同底部嵌固與基礎懸臂梁在地震作用或風載下,因此,剪力墻不僅需要具備一定的剛度,還需要具備能夠滿足非彈性變形反復循環(huán)下的延性。
2.3剪力墻結構中最突出的特點就是在同一平面內剛度和承載力較大,而平面外剛度以及承載力則比較小。當剪力墻與平面外的梁相接時,會導致墻肢外平面外彎矩的發(fā)生,但一般不會對墻的平面外剛度和承載力造成影響,因此,應盡量避免開平面外搭接,如果遇到不得不搭接的情況,則應根據(jù)具體的相關規(guī)定采取合理的解決辦法,以對剪力墻平面外的安全形成可靠保障。
2.4剪力墻的設計技術需要對豎向和水平作用下的結構整體進行綜合分析,在求得內力后,按照偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力進行驗算。一般情況下,在計算剪力墻承載力時,對帶翼墻的計算寬度應當根據(jù)實際情況取最小值。
3剪力墻的特點分類
近幾年來,剪力墻廣泛應用于建筑結構設計當中,主要是由于其具有多方面的優(yōu)勢,具體來說包括了抗側剛度大,側移?。唤Y果后自重大,抗震性能高;室內墻面平整。但同時也有其弊端,如施工復雜、造價較高。在具體的施工當中,剪力墻的開洞與否以及開洞尺寸的大小,可以具體分為以下幾種情況:
3.1整體小開口剪力墻:開洞面積不小于15%,但仍屬于面積較小的剪力墻,其受力特點在于彎矩圖在連梁處突變。
3.2實體墻:沒有開洞或者開洞面積不足15%的墻。受力特點體現(xiàn)在像一個整體的懸臂墻,此時彎矩圖沒有突變同時也不會產生反彎點。
3.3壁式框架:洞口尺寸偏大,而且連梁線與墻肢線剛度相互比較接近的墻。這種情況下,彎矩圖會在樓層出發(fā)生突變,并在大部分樓層中出現(xiàn)反彎點。
3.4雙肢或多肢剪力墻:開洞比較大或者洞口成列形狀布置的墻。其受力特點與整體開口較小的墻比較相似。
4剪力墻的布置原則
4.1在進行剪力墻的設計時,需要注意的是應當沿著主軸的方向進行雙向或多向布置,最好能夠在不同的方向使得剪力墻相連,并最大程度防止出現(xiàn)對直或拉通的情況;在設計抗震功能結構時,應當盡量促使兩個方向的側向剛度相互接近,并保證剪力墻的墻肢截面尺寸符合設計規(guī)范。在高層建筑的剪力墻結構中,剪力墻應當沿主軸方向或其它方向進行雙向或多向布置,尤其是對于抗震功能的設計,要盡量防止單方向有墻模式的出現(xiàn),從而保證其能夠發(fā)揮其應有的作用。另外,剪力墻要保證分布均勻,并且數(shù)量適宜。在剪力墻配置較少時,結構的抗側力剛度也會隨之減弱,而如果配置數(shù)量較大,墻體也難以真正發(fā)揮作用,功能得不到充分發(fā)揮,并造成抗側力的剛度過大,震力也有所增加,最后影響自重。
4.2剪力墻的布置應遵循豎直方向上從下往上布置的順序,從而防止剛度突變情況的發(fā)生。在高層建筑中,剪力墻的墻肢截面應當盡量簡易,并保證剪力墻在豎直方向上的高度的均勻性,另外還應當在剪力墻的洞口或者門窗處形成明確的墻肢和連接梁。
4.3剪力墻在布置設計時要均勻分配不易過密,以保證整個結構具有相互適應側向的剛度,如果側向剛度過大,會導致墻體自身的重力過大,而且在發(fā)生地震時還會增加震力,而增加建筑倒塌的可能性,留下安全隱患。
4.4務必保證剪力墻的洞口或者門窗上下對齊,并且成列布置,另外為了保證剪力墻的承重力,不發(fā)生變形,應當避免使用疊合的錯洞墻。
4.5短肢剪力墻指的是墻肢的截面長度與厚度之間的比值介于5-8之間,而在高層建筑中,則不能全部都采用短肢剪力墻的結構設計模式,而是需要將短肢剪力墻結構的最大使用高度適當?shù)慕档汀?/p>
5剪力墻在建筑設計施工中的應用
5.1剪力墻平面結構布置剪力墻的平面布置首先要做到的就是保證均勻,并保證質量中心和剛度中心處在重合的狀態(tài)下,減少力矩對墻體的作用力。剪力墻在施工中應當沿主軸方向布置,并保證剪力墻的抗側力剛度保持在合理范圍內,如果有必要可適當增加可利用空間,并保證適當?shù)母叨取A硗?,剪力墻還應當保持合理的間距,通常采用經驗公式進行設計,公式為T=(0.05-0.06)n,其中n為建筑結構層數(shù)。實際剪力墻的數(shù)量應當與計算結果接近。剪力墻處理要具備較強的承重能力與剛度,還應當保證良好的延伸性和彈性,從而保證其在因外力作用產生裂縫時,剪力墻還能夠不發(fā)生倒塌。
5.2剪力墻約束邊緣構件處理約束邊緣構件能夠促使剪力墻的承載能力得以顯著提高,并減少層間位移,同時提高抗震能力,而且對于墻板也能提供穩(wěn)定作用。剪力墻抗震設計應當滿足第一振型的抵抗力矩大于承受力矩的一半以上。約束邊緣構件的確定應當以剪力墻相關軸壓比為依據(jù)。一般來說,抗震等級較高的剪力墻,應當采取層數(shù)較多的約束邊緣構件,并有效控制剪力墻的均勻性,以從根本上提高墻肢的承重能力。
6結束語
我國的高層建筑的設計特點大部分都集中的體現(xiàn)在側移、結構延性、軸向變形和水平荷載等方面。而在一些豎零件中,由于樓房的自重問題以及樓面的使用荷載,而最終產生的彎矩數(shù)值還有軸力僅僅和樓房高度的成正比,另外由于豎向荷載較水平荷載具有的不確定性而具有確定性,所以,水平荷載往往在高層建筑中起到決定性的作用。而由于在水平荷載的作用下的結構側移變形會伴隨著這個高層建筑的樓層高度的增加而漸漸增大,所以,結構側移都是整個高層建筑設計的關鍵因素和控制指標。除此之外,結構延性也可以作為高層建筑設計的重要指標。為了保證真?zhèn)€高層建筑擁有足夠的結構延性,就需要使其結構在進入塑性變形的階段時仍然具有較強的變形能力而不會使自身出現(xiàn)倒塌的現(xiàn)象,須在其結構的處理上采取相應的措施。此外,在整個高層建筑的設計中同樣不能忽視高層建筑的軸向變形因素的影響。
二、高層建筑的構體系
2.1框架與剪力墻
當施工中單醫(yī)德框架體系的強度及剛度無法滿足施工的實際要求時,就需要在建筑平面的某些適當位置設立相應的增加較大的剪力墻來替代一部分框架,這就形成了框架-剪力墻體系。在受到水平方向力的影響時,框架和剪力墻都需要通過有足夠大的剛度的樓板以及連梁組成的協(xié)同工作的結構體系。
2.2剪力墻體系
當承受力的主體結構主體部分全部都是由平面剪力墻構件組成的時候,就形成了剪力墻體系。在這種體系當中,一堵剪力墻就能夠承受全部的垂直荷載及水平力。而剪力墻體系屬于剛性結構的一種,其位移的曲線一般都呈現(xiàn)為彎曲型。而剪力墻體系自身的強度和剛度都很高,并且具有一定的延展性,抗震、抗倒塌等性能比較優(yōu)越,是一種較為優(yōu)秀的結構體系,能建的高度大于框架-剪力墻的混合體系。
三、高層建筑結構的相關問題分析
3.1結構超高的問題
在國家新出臺的抗震規(guī)范和新規(guī)范中,對于建筑結構的總體高度有著一定的限制,尤其是新規(guī)范當中針對建筑物超高的問題,除此之外將以前高層建筑的高度限制設定為A級高度以外還新設立了B級高度,同時相應的處理措施以及設計方案也都有極大的改變。在工程師進行實際的工程設計工作時,可能出現(xiàn)的由于結構類型改變的問題從而忽略此類問題出現(xiàn)后將導致施工圖紙再進行審查工作時未能通過,需要進行重新的設計和召開相應的專家會議來進行確切論證的情況,對工程的工期、造價等等整體規(guī)劃都將造成很大的影響。
3.2短肢剪力墻設置問題
在新的施工規(guī)范中可以看到,對于短肢剪力墻的定義就是墻肢截面的高厚比為5~8的墻體,而且根據(jù)相應的實驗數(shù)據(jù)以及工程師自身的經驗,對于短肢剪力墻在高層建筑中的應用能力較低,同時也有比較高的限制,所以,在高層建筑的設計施工中,結構工程師應當盡可能的減少采用或不用短肢剪力墻,以避免產生關于設計方面的不必要的麻煩。
3.3嵌固端設置問題
我國目前的高層建筑大部分都自帶地下室和人防,正因為如此,這樣就有可能會將嵌固端設置在地下室的頂板上,當然也有可能會設置在人防頂板等等特殊位置,因此,就在這個問題的處理上,結構設計工程師經常會忽視了由嵌固端的設置位置不當帶來的一些需要注意的問題,比如:嵌固端樓板本身的設計、嵌固端上下層剛度比的上限等等問題,而建筑工程必須要嚴謹,任何一個細小的問題都有可能在未來造成嚴重的后果。
3.4結構規(guī)則性問題
在當前新舊規(guī)范在這方面的規(guī)則出現(xiàn)了極大的差異,新的規(guī)范在這方面新增加了許多的限制條件,而且,新的規(guī)范增加了強制性的條文規(guī)定“即建筑不能采用嚴重不符合規(guī)范的設計方案。”因此,結構設計工程師自工作室就必須要注意對待新規(guī)范當中的的某些限制條件,以防止出現(xiàn)在施工后期設計圖紙設計階段的工作改動。
四、總結
1.1預應力加固技術及其化學植筋技術
化學植筋加固技術,此項技術主要利用化學知識,根據(jù)化學物質的粘合性的特點研制的,使加固使用材料與鋼筋混凝土粘合在一起使新舊混凝土連接在一起,達到整體受力的效果?;瘜W植筋技術可以應用在許多項目中,如建筑結構體增建、變更、橫梁、樓板、剪力墻等部位,都有很好的效果。預應力加固技術采用的方法是對結構體外加預應力鋼拉桿,這種加固方法的目的是降低原有建筑物的應力水平,纖維加固法也被應用在了預應力加固法中,雖然預應力纖維加固法并沒有得到有效推廣和廣泛應用,但是也已經在實踐中有了很好的效果,此項技術加固效果穩(wěn)定,在成本控方面具有很大優(yōu)勢,有助于增加經濟效益,預應力加固技術是一種運用非常廣泛的加固方法,適用于大跨度加固,而且預應力加固法的發(fā)展很好,是一種成本低,而且加固效果十分好的加固技術,值得建筑行業(yè)好好利用的行之有效的一種技術。
1.2增大加固法和增加支點加固技術
增大加固法也就是增大建筑結構的受力面積,增加配筋量,達到提高承載力的效果,增大加固法是工程中經常使用的技術。這種加固技術比較傳統(tǒng),這種技術經常應用在鋼筋混凝土受壓的情況中,增大加固法效果也是很顯著的加固方法。增大加固法根據(jù)具體情況而定,在鋼筋上并澆混凝土要根據(jù)變壓區(qū)高度來定,高度小就用增大加固法,并澆混凝土是在受拉區(qū)補交,這種方法主要用來提高抗彎承載力,由于受拉區(qū)補澆混凝土現(xiàn)象是經常遇見的情況,因此增大加固法是主要針對這種現(xiàn)象來進行加固的。增設支點加固法也是一種常見的加固技術,它的目的是減小結構內力和提高其承載能力,增設支撐點、減小結構。這種方法具有一定的缺陷,因為其雖然操作簡單也比較可靠,但是會影響空間結構,增設支點法分為兩種方法(即剛性支點和彈性支點兩種),這是根據(jù)增設支點法的性質(變形性能)劃分的。這兩種技術是通過不同的方式對建筑結構進行加固,由于內力分析較為復雜,兩者相比,相對而言,兩者各有各的特點,每種方法都有其自身的針對性,剛性支點加固和彈性支點加固分別對結構承載能力和結構使用空間起作用,因此要選擇適當?shù)募庸碳夹g。
1.3粘鋼加固法
該方法主要利用粘貼劑,嚴格按照加固施工設計將鋼板粘貼在鋼結構或者混凝土表面,這樣就可以使鋼板和結構共同產生作用力。目前的粘鋼加固技術分很多種,包括粘鋼加固技術、包鋼加固技術、混凝土裂縫灌注修補技術和基層修補技術。不同的技術具有不同的特點,因此,在進行建筑結構加固過程中所起的作用也不盡相同。基于粘鋼加固技術具有施工簡單、快速且使用該技術不會對建筑結構造成影響的特點,該技術主要應用于建筑施工中的梁、板、柱和橋梁等混凝土建筑的結構加固中。
1.4碳纖維加固法
碳纖維加固技術是所有的加固技術中最獨特的一項技術,因為碳纖維材料它不僅重量輕,而且強度高,并且還有避免腐蝕的優(yōu)點,所以這決定它是在鋼筋混凝土結構加固技術中的重要材料,從碳纖維材料特性得出:碳纖維技術是一種特殊的技術,可以控制混凝土變形、增強鋼筋混凝土結構的承載能力、延長混凝土的使用壽命,在抗水平偏向力上和抗震加固效果上具有很好的體現(xiàn)。碳纖維加固法的作用:在抗拉強度上,鋼筋遠小于碳纖維,而且在相同的條件下令配筋率提高,同時提高了結構的承載力,從而可以看出建筑結構不再容易變形;碳纖維加固法另外一個特點為:導致混凝土應變受力曲線變平緩,減小受力面,碳纖維加固法延緩了混凝土建筑結構的使用年限,碳纖維加固法在科學技術的創(chuàng)新下,研究出了纖維復合材料加固法,目前已經廣泛運用到建筑結構加固中,并且收到了一定的成效,所以纖維技術還應該繼續(xù)推崇出新。
2結合現(xiàn)狀,展望未來
1.1學生基礎薄弱,學習興趣不夠對于高職學生而言,一般基礎比較薄弱,特別是高等數(shù)學及工程力學是建筑結構課程學生的基礎課程,有些學生這兩門課的基礎很差,又缺乏工程經驗,學習建筑結構就有很大的難度,其后果是直接導致部分學生畏難情緒嚴重,甚至厭學。同時,學生的學習目的不夠明確,學習過程中缺乏主動性,只做被動接受知識,缺乏思考,無法應用。
1.2教師教學方法單一,反思調整不及時教師主要是為完成教學任務,在目前各高職院校強化動手能力,采取2+1學習方式,即2年在校內學習理論知識,1年校外實習,這樣學生的理論課學習課時數(shù)就有所減少,若還按原來傳統(tǒng)的教學模式,采用滿堂灌的方式,在有限的時間內將全部知識都傳授給學生;甚至有些教師試圖通過多媒體授課,將大量的知識信息放到課件中,不停給學生展示,學生根本來不及思考就硬性地接受,可想而知,這樣得到的知識無法應用到實踐中。
1.3重視理論學習,缺乏動手能力建筑結構課程理論性與實踐性都很強,傳統(tǒng)做法是將全部理論知識講授給學生,而學生動手參與設計能力的培養(yǎng)較少,很多學生課程學得不錯,但不會應用,真正進行結構設計,就無從下手,高分低能現(xiàn)象比較嚴重。
1.4教學內容更新較慢新時期的高職教學理念是培養(yǎng)高技能人才,因此在教學內容上也應適應技能培養(yǎng)方面的調整,但教材更新還達不到這個要求,很多課本上還沒有體現(xiàn)設計理念。
2以設計為導向的建筑結構課程教學方法
2.1引入以設計案例為導向的教學模式根據(jù)高職高專以就業(yè)為導向的辦學理念,改革課程教學體系,突出以實踐教學為重點的相關內容,針對不同就業(yè)崗位群,將建筑結構各章節(jié)內容歸納整理成各具體的、切合實際的工程設計案例。即將課程內容項目化,將項目分解成各任務,針對不同任務對應于實際工程案例,各案例均來自工程設計任務。每當學生完成一個項目課程,就能針對該課程項目完成一項實際工程中的設計任務,將教材中單一算例用工程設計案例來代替,避免學生學習課程時的盲目性,即所學知其所用,真正調動了學生的學習熱情,通過真正的工程設計案例,更好地引導學生學習建筑結構課程理論,促進學生主動思維,培養(yǎng)學生以設計為導向的建筑課程教學模式,更好地為學生走向工作崗位提供保障。
2.2以設計案例為向導的教學方法與教學手段改革傳統(tǒng)教學方法是以教師課解為中心,學生被動接受知識。課堂上主要是教師唱主角,學生缺乏參與熱情,有的學生上課無精打采,甚至上課玩手機,根本聽不下去課。以設計為導向的教學方法就是要轉變這種狀況,授課以學生為中心,學生參與到課堂的教學中,每個學生都是承擔設計案例的設計者,完成一堂課的教學需要由學生、主講教師、設計室及實訓中心多個方面配合完成。由于建筑結構課程是以設計為主的,其教學目的也是要讓學生掌握工程結構設計理念,達到進行結構設計及能識讀工程結構施工圖。那么為了達到這上目標,有設計室參與到教學中是最好不過的了,因為可以通過設計室的實際工程項目作為授課的直接案例,這部分列入教師備課教案的一部分,每次課教針對相關內容進行案例布置,當然這需要教師通過事先將學生分組形式,將本次課程內容分組布置成設計任務,學生要完成設計任務需要掌握的理論知識,就是學生要主動探究的內容。教師可以借助于多媒體演示以及建筑結構模型實訓室,讓學生參與到理論知識學習中來,如設計任務解決需要的理論依據(jù)、設計原理、計算公式、公式的適用條件、以及設計規(guī)范等,學生都會感興趣,此時教師講授這部分知識,恰好與學生探究的知識達到一致,教與學的互動效果也達到了統(tǒng)一。同時充分利用實訓室的教學條件,實現(xiàn)講課、實訓一體化。學生所學到的理論知識,通過實訓室模型,達到了理論與實踐的結合,學生的工程設計成果,交由設計室參與評定,這樣能給學生營造出一種真實的工程設計氛圍,極大地激發(fā)了學生的學習興趣,學生被動學習變成了主動學習,學習效果也就體現(xiàn)出來了。
2.3以設計案例為導向的學生成績評定以設計案例為導向的教學方法,需要從根本上改變以往的期末一次考試定成績的方法。既然強調設計,那么考核方法重在設計過程的考核,通過考核及時了解學生在學習過程中對理論知識的認知程度、對實踐知識的掌握程度,每個設計任務完成情況、設計方案的取舍、小組學生的協(xié)調配合等都能很好地反映出來,這樣通過各小組對比,以及設計任務完成的時間、質量,根據(jù)事先確定的學習過程考核細則,可以對學生學習過程進行綜合評定。
3結語
高層建筑的結構設計最開始出現(xiàn)的是比較簡單的框架結構,隨后又出現(xiàn)了鋼筋混凝土構造的剪力墻結構,由框架部分與剪力墻部分共同作用的框剪結構,由筒體體系構成的筒體結構以及不同結構相結合而形成的組合結構和一些巨型結構(巨型梁結構、巨型柱結構等等)。這些結構各有受力特點,適用于高度不同的結構體系,不同建筑結構的選擇也影響著后續(xù)的建筑結構設計。高層建筑的結構形式與工程施工、工程造價、建筑設備安裝等諸多因素密切相關,所以結構設計時應該注意設計特點和設計要點。第一,高層建筑相對低層建筑整體上會導致受力增加,相對于豎直荷載,水平荷載地位提高,成為決定性因素,必須考慮基于水平荷載的建筑荷載能力,水平荷載主要包括地震和風荷載,高層建筑應該有更加優(yōu)秀的抗震能力。第二,高層建筑的側移是結構設計的重要因素,也是重要的控制指標。第三,高層建筑的柱中容易產生豎向變形,這會造成連續(xù)梁的長度變化和預制構件的下料長度變化,忽略軸向變形是潛在的危險因素。第四,高層建筑結構設計應注意有較大的結構延性,作為一種預防措施保證整體結構在高荷載作用產生巨大變形下不至于倒塌。
2高層建筑設計的一般原則
2.1關于高層建筑結構計算簡圖的選取原則在高層建筑的結構設計和受力分析過程當中,要進行相關的計算,而計算簡圖是進行結構設計計算的基礎,所以計算簡圖的選取恰當與否關系著高層建筑的結構設計是否合理,也關系著高層建筑的使用是否安全可靠。在進行高層建筑結構計算簡圖的選取時,要特別的仔細認真,這樣才能保證結構設計計算結果的可靠,保證高層建筑的安全建設和使用。同時,計算簡圖要有一定的構造措施和構造方法來保證安全,尤其是建筑節(jié)點在圖紙上和實際中略有差別,必須保證計算簡圖的誤差在允許的設計誤差范圍內。此外,設計工程師要仔細的分析軟件計算的結果,避免因為不同計算軟件的計算結果而造成比較大的計算偏差和失誤。
2.2關于基礎設計和建筑結構設計的方案選取原則高層建筑的基礎比較深,基礎設計要考慮多種因素。高層建筑的基礎設計必須參考詳細的地質勘探報告,然后結合地區(qū)的地質條件進行基礎的合理設計。同時,采用哪種高層建筑的結構類型也影響著基礎的設計工作,不同的建筑類型的荷載不同,高層建筑的基礎設計必須與結構類型和荷載分布相一致。綜合考慮各種因素來確定基礎的設計工作的目的是使地基的穩(wěn)定性能和承載能力發(fā)揮到最大。建筑結構的設計方案一般要滿足兩方面的要求,一是受力特性和建筑的力學性質的合理性,對于整個高層建筑的結構體系的受力和荷載要明確,力的分析與計算必須簡單。二是要滿足經濟成本合理性的基本要求,建筑結構的設計方案直接決定了后續(xù)的施工方案的選取工作和施工設計,這個過程必須考慮整體建筑施工成本合理的要求。另外,高層建筑的結構設計方案也必須考慮當?shù)氐牡刭|條件、地理地形條件、工程施工的要求、施工方案和建筑設備安裝等具體的因素,在各種因素相互協(xié)調的情況下,確定結構設計的最優(yōu)方案。
2.3關于計算結果正確性分析的原則隨著計算機技術的不斷進步,計算機應用軟件不斷地加入到高層建筑結構設計的分析計算當中,但是與建筑結構設計有關的軟件的品種數(shù)量眾多,不同的軟件品種的計算方法、流程和編程實現(xiàn)方法不一定相同,導致了有關結構設計的計算結果存在著許多差異。設計工程師要正確認識和分析這些計算結果的差異,充分了解所采用的計算軟件的計算范圍和計算條件,要在仔細審核的基礎上進行仔細的判斷,排除人工數(shù)據(jù)輸入的錯誤,才能夠得出所需要的正確結果。
3高層建筑結構設計相關問題分析
3.1高層建筑的基礎設計相關問題高層建筑的地基設計既是高層建筑結構設計的前提性工作,也是建筑設計師非常重視的一個問題。地基設計的重要性不言而喻,地基設計的質量直接影響著基礎的類型選擇和工程的造價?;A的設計工作包含了基礎的類型設計和對地基的處理工作。地基類型的選擇要考慮到上部結構的荷載、地基的承受荷載的能力以及工程的整體造價等因素,其中比較重要的是上部建筑荷載的準確計算和結構選型。另外在地基的設計和相關計算中一定要遵守國家規(guī)范和地方性規(guī)范,因為就全國來說,各地的地質條件差別很大,國家規(guī)范沒有辦法作出統(tǒng)一全面的規(guī)定,所以在地基的設計工作中要注意遵守地方性的設計規(guī)范的問題。
3.2高層建筑結構設計中的剪力墻設置問題高層建筑中的剪力墻的數(shù)量要求和位置的設置問題也是高層建筑結構設計的重要因素之一。第一,在現(xiàn)行的建筑規(guī)范中,具體描述了短肢剪力墻的定義問題,短肢剪力墻是指截面的高度和厚度的比在5-8的墻體,在具體的建筑應用中,短肢剪力墻的使用受到諸多限制,結構設計中應盡量少使用這種墻體結構,避免后續(xù)的設計上的諸多問題。第二,剪力墻的位置設置除了在建筑的兩端以外,在建筑的縱向中軸線還應該增加剪力墻結構,并調整剪力墻中心的位置,合理設置厚度以及截面,使建筑的結果位移保持在合理的范圍之內。
3.3高層建筑中的結構規(guī)則性問題關于高層建筑的結構設計的新舊質量規(guī)范在諸多問題的內容描述上都存在著一定的變化和改動,這主要體現(xiàn)在兩個方面,第一,新的建筑規(guī)范中針對舊的建筑規(guī)范的高層建筑結構設計的規(guī)則性問題,增加了許多的限制條件,比如建筑結構設計中的平面規(guī)則性問題和結構嵌固端的剛度比問題。第二,新的建筑規(guī)范中采用強制性的條文規(guī)定了嚴重不規(guī)則的結構設計方案是不能采用的。所以,結構設計師要注意到新舊規(guī)范的的內容改動,嚴格遵守規(guī)定的限制條件,合理的規(guī)劃自己的結構設計,避免為后續(xù)的施工設計和施工圖的設計工作帶來不必要的麻煩。
4結語
關鍵詞:房屋建筑;結構分析;抗震設計
一、抗震設計的重要性
從我們現(xiàn)在的經濟發(fā)展狀況來講,城市人口越來越密集,房屋建筑也越來越多,若突然發(fā)生大的地震災難就會造成難以估量的損失。房屋建筑根本性質就是為了給人們提供一個安全舒適的住宿,為人們的一個防護所,避免人們經受風吹日曬以及其他極端天氣。地震則是我們目前所知的自然災害中最嚴重的一個災害,它所給人們造成極大的影響,地震不僅是簡單的震動,也會引起一系列海嘯、泥石流等自然災害,其破壞性不可小覷。由此可見,當一個破壞性極大的災難發(fā)生在人們最需要安全的避難所時,我們就不得不重視對于這一災難的防護。再加上我們目前生活水平的提高,我們目前對于房屋建筑的要求應該是更為舒適,使用壽命更強,這就進一步要求我們對于房屋建筑的整體抗震性有更加完善的技術從而更好地保證我們生活的舒適性。
二、房屋建筑結構抗震設計規(guī)定
在我國,房屋建筑結構抗震設計的標準一般分為特殊設防類、重點設防類、標準設防類、適度設防類等四個類別,簡稱甲、乙、丙、丁。在甲乙類建筑體系設計中應按高于本地區(qū)抗震設防烈度提高一度的要求加強其抗震措施,9度時應按比9度更高要求采取抗震措施。而丙類建筑應按本地區(qū)抗震設防確定其抗震措施。在丁類建筑中地震作用應按本地抗震設防烈度確定,但抗震措施(6度除外)允許比本地抗震設防烈度的要求適當降低。在多層和高層現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的結構類型中,當平面和豎向均不規(guī)則的結構或建造于Ⅳ類場地的結構出現(xiàn)時,適用最大高度應適當減少。在鋼筋混凝土房屋抗震等級的要求中,它的抗震設計一般要滿足,如果是框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50%的話,那么它的框架抗震等級應按框架結構來定。另外當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構的嵌固部位時,地下一層的抗震等級應與上部結構相同,地下一層一下抗震構造措施的抗震等級可逐層降低一級,但不應低于四級。地下室中無上部結構的部分,抗震構造措施的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或者四級。對于那些筒體房屋結構抗震的設計要求來說,筒體部分與框架部分樓板一般采用梁板體系。在施工程序及連接構造上我們采取減小結構豎向溫度變形及軸向壓縮對加強層影響措施來解決。當?shù)陀?度采用加強層時,加強層的大梁或桁架與周邊框架柱的連接宜采用鉸接或半剛性連接。需要注意的是如果是9度的情況出現(xiàn)時就不要采用加強層了。
三、抗震設計在房屋建筑結構設計中的運用
抗震的設計在整個建筑中可以說是十分關鍵的一環(huán),我們可以從一下幾個方面進行理解,從而體會抗震設計時如何在房屋建筑結構設計中進行運用,進而理解抗震設計在房屋建筑中的重要性。(1)提高房屋建筑結構的抗震力。抗震設計,顧名思義,就是保障房屋建筑能夠在地震時將其破壞程度保障到最小范圍。所以在進行房屋建筑結構的設計師,首先就要保障有一個穩(wěn)固的地基。地基是整個建筑的基礎,其抗震性能也就在一定程度上決定著整個建筑的抗震能力。其次,房屋的整體結構上要建造抗震能力強的結構。比如我們知道的一些幾何圖形具有穩(wěn)定的效能,我們就可以將其運用在房屋的結構當中。規(guī)則、對稱的建筑結構也能有利于保障房屋的穩(wěn)定性,從而減少地震對于房屋建筑變形的影響。在房屋建筑中的一些小細節(jié)上注意到對于抗震的作用。(2)我們完善了房屋的抗震設計之后,可以再從地震一方面來思考如何降低地震作用對房屋建筑的影響。我們目前所采取的辦法就是在建筑物的基礎與主體之間加一個隔震層,也有人提出在建筑物的頂端部分設立一個“反擺”。這樣的設計首先能夠有效避免發(fā)生地震時建筑物之間互相碰撞,并且能夠有效緩解在地震來臨時房屋的震動幅度,從而保障房屋內部物品的安全。這樣的設想我們目前已經有所應用,在一些實際的經驗中我們也發(fā)現(xiàn)了這一方法的可行性。(3)保證建筑的剛度,建筑結構上的防護以及外部的防護之后,還有保障房屋建筑自身的堅硬程度。首先,就需要考慮到在進行建筑時,使用鋼筋混凝土材料,保障房屋的穩(wěn)固。其次,就是在我們已有的建筑結構上對整個建筑進行進一步的加固。這一方面我們目前已經有相關的規(guī)定,明確告訴我們如何對于不同建筑類型進行不同的外層加固。目前,我們也仍需對于房屋建筑的使用材料進行進一步的探究,努力尋找優(yōu)化建筑材料的辦法,能夠幫我們在建造房屋時一方面減少不必要的材料浪費,另一方面就是將優(yōu)質的材料的性能充分地體現(xiàn)在房屋建筑整體的抗震性能上。
四、房屋建筑結構抗震設計措施
1.房屋建筑位置的選擇,房屋建筑位置的選擇在一定意義上來說決定著房屋質量的好壞,一般地地震可以導致房屋建筑周圍地表變化,這樣就會造成地基的開裂,導致房屋出現(xiàn)問題。因此在地理位置的選擇上,設計人員要對房屋建筑進行合理化選擇:如選擇開闊的堅硬場地,考慮場地土的剛度大小和場地覆蓋層的厚度等。2.房屋建筑材料的選擇,抗震性房屋建筑材料要選擇那些質量優(yōu)等的材料。要綜合考慮保暖、防火等多種因素的存在,比如良好的鋼、鋁合金結構、木質結構及輕型復合材料等建筑材料作為主體材料。3.選擇合適的建筑結構體系,結構體系要滿足穩(wěn)定性,要與建筑結構相配套。此外要注意建筑物傳力途徑的明確性,以及受力計算的明確性,保障在建筑體系中不使用轉換層,這樣就會保障有地震發(fā)生時候避免建筑傾斜或局部受損等現(xiàn)象的發(fā)生。4.做好底層框架抗震墻設計,鑒于我國的地震災害多數(shù)發(fā)生在底層,一般突出表現(xiàn)為“上輕下重”的這樣一個現(xiàn)象,所以在設計時候要突出底層的墻體比框架柱重,框架柱又要比梁重。這樣的設計就會在發(fā)生地震時底層破壞的程度比房屋的底層輕得多。5.鋼筋混凝土框架抗震內力設計。我們盡可能做到在地震作用下的框架呈現(xiàn)梁鉸型延性機構,為減少梁端塑性鉸區(qū)發(fā)生脆性剪切破壞的可能性,對梁端的剪力適當調整,使斜截面受剪承載力高于正截面受彎承載力,做到“強剪弱彎”。在實際運用中如不采取這個措施,柱端很可能比梁端先出現(xiàn)塑性鉸。因此適當調整柱計算內力并增大配筋,使塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端,抗震性能較好。
五、結語
地震是人類生活面臨的重要的自然災害,危及著人民的生命與財產安全。在我國,目前人們對于房屋建筑無論是安全性還是舒適性的要求越來越高,房屋建筑行業(yè)不斷改善自己的設計和技術,不斷為人們提供更好更優(yōu)質的服務。在建筑結構設計的時候,必須充分考慮抗震設計,并有采取適當?shù)目拐鸫胧?,盡最大可能確保房屋質量,才能減少地震的危害。我們要進行不斷地探索,對于抗災設計有所重視,不斷改善我們的技術,建造更優(yōu)質的建筑。
作者:王甲輝 單位:吉林供電公司
近些年來,建筑行業(yè)取得了不凡的進步,這其中尤其是預應力混凝土結構以及混凝土結構相關技術得到了不小的發(fā)展,其科技成果日趨成熟。在建筑材料方面也得到了不小的發(fā)展,各種高性能的混凝土都在建筑中得到了應用。然而在建筑材料和建筑技術都得到快速發(fā)展的同時,建筑設計以及建筑施工方面還存在有不小的問題。溫度變化會引起混凝土的熱脹冷縮,這將會導致混凝土在豎直方向和水平方向都會產生一定的變形。在進行建筑結構設計過程中,對于溫度引起的內力變化計算有一定的難度。混凝土的性質包括塑料變形以及應力松弛,溫度的變化等都會導致混凝土產生裂縫。
2裂縫控制的意義和標準
建筑的結構設計建立在構件的強度極限承載力的基礎之上,而建筑工程的使用標準則是由混凝土裂縫控制的。近些年的研究表明。建筑物中混凝土裂縫是不能避免的,但是能夠有效的減少混凝土裂縫的存在。對于一般的民用以及工業(yè)建筑而言,小的混凝土裂縫對于建筑的日常使用是沒有危險的,只有一定寬度的裂縫才會對建筑物的使用造成較大的影響與危害。因此,在設置混凝土裂縫控制標準時,不能夠將混凝土裂縫的標準控制過嚴,同時還要考慮到地震等對于建筑物的影響。不管是預應力混凝土結構還是混凝土結構,其中存在的裂縫都會減小建筑結構的剛度,降低結構的耐久性。裂縫控制是指通過現(xiàn)有的建筑技術與措施控制建筑物中裂縫的大小,使其不會對建筑的正常使用造成影響。在建筑工程中,對于混凝土裂縫的控制主要表現(xiàn)在兩個方面。即設計和施工兩個階段。在設計方面對于裂縫的控制是指通過構造措施以及相關計算降低混凝土裂縫高于限度值的可能性。而在施工方面對裂縫的控制則是指在是施工過程中采取一定的施工措施以及相關技術降低建筑物中有害裂縫的產生。文章主要從建筑結構設計方面對混凝土裂縫進行分析,從而減少混凝土裂縫對于建筑物的損害。
3混凝土裂縫產生的原因分析
從建筑結構設計方面進行分析,產生混凝土裂縫的原因主要有以下幾個方面:首先,由于對于建筑結構的計算不夠準確,設計中涉及到的構件厚度不足,配筋數(shù)量也不夠充足,由于此種原因導致的板縫的產生會影響到建筑的結構,直接導致建筑物安全問題的產生。其次,在設計過程中,沒有對建筑物會受到的裝修荷載以及使用荷載進行準確估計,導致設計的建筑物受力遠遠小于建筑物的實際受力,導致建筑物中混凝土的開裂。以上兩種原因都是由于在建筑結構設計中對建筑的受力分析有誤而導致的,因此而導致的混凝土裂縫會對建筑物的結構造成較大的危害。而在目前的建筑結構設計中,還會出現(xiàn)另外一個極端的現(xiàn)象,那就是設計人員過于擔心在施工過程中有偷工減料情況的存在,在進行結構設計的時候,對于混凝土的強度等級計算會高出一個等級。這樣一來看似樓板十分安全,但其實混凝土的強度等級過高會為建筑帶來負面的影響,因為混凝土強度越高,混凝土的水化熱就會越大,從而使得混凝土產生有害性裂縫的可能性大大增加。有的設計人員還會考慮到施工方面而降現(xiàn)澆樓蓋的混凝土強度與建筑中的梁柱取為一致的。這樣做的危害在于建筑的實際受力與設計時的受力相去甚遠,因此會導致在真正的運用過程中,建筑中混凝土的受力遠遠大于設計受力,從而導致混凝土裂縫的產生。另外,在設計的過程中,對于溫度應力的重視可能不到位,因此,在隔熱層以及保溫層等方面沒有良好的設置,導致混凝土會因為溫度的變化而產生開裂?;蚴浅霈F(xiàn)伸縮縫設置不夠合理的情況,在溫度應力以及收縮應力的雙重作用之下,混凝土很容易產生開裂。樓蓋邊緣的約束的加強也會導致混凝土的開裂?;炷翗前迦绻軌蜻M行自由的變形與收縮,混凝土內部不會產生應力。因此,也不會有裂縫的產生,但是由于樓蓋邊緣的約束有所加強,因此,混凝土的收縮變形以及溫度導致的變形都會大大增加,從而導致在混凝土樓板的中部產生的最大的約束應力大于了混凝土所能承受的抗拉強度,使得混凝土產生裂縫。有的建筑結構設計人員在磚混的結構中采用了現(xiàn)澆混凝土的方式進行樓蓋的澆筑,出于抗震方面以及建筑結構方面的考慮,通常會將墻邊的支座按照簡支梁進行近似的估算。而建筑中混凝土樓板的實際受力卻與估算結果不一致,如果混凝土樓板的跨度比較大的時候,在板頂?shù)闹ё帟a生一定的裂縫,有時樓板的邊角以及中央都會出現(xiàn)收縮裂縫。另外,如果在建筑結構設計中忽略了建筑中邊角柱以及構造柱對于建筑的影響,則會增大混凝土可能產生的裂縫。
4混凝土裂縫的有效處理措施
在進行混凝土裂縫的處理時,除了加強設計人員的安全責任意識之外,更重要的是在進行建筑結構設計時,加強設計人員對于混凝土裂縫的重視。另外,設計人員采取的結構形式一定要科學合理,為了保證其合理性,要在建筑結構設計前建立嚴格的審查制度,嚴格防止建筑結構設計中對混凝土裂縫的忽視。首先,在選擇建筑混凝土時,一定要按照建筑的功能與需求進行混凝土的選擇。如果混凝土的強度過低,則會對建筑的質量造成影響,而混凝土強度過高,會為建筑帶來負面的影響,因為混凝土強度越高,混凝土的水化熱就會越大,從而使得混凝土產生有害性裂縫的可能性大大增加。不能為了簡便施工而將樓板的混凝土強度的等級與建筑中梁柱的強度等級取為同一等級,更好的做法應該是對混凝土收縮的量進行減少,此外對于混凝土中水泥的用量以及外加劑的用量都提出具體的要求。如果建筑設計中,對于樓板的周邊約束是有必要的加強,那么與此同時還要加強構造鋼筋,以防止由于樓板所受到的約束應力的增大而導致的混凝土的裂縫的增大,對建筑結構造成影響。為了防止樓板的邊角產生斜裂縫,可以在樓板的邊角外側的上下兩層中都設置一定數(shù)量的鋼筋,需要注意的是增加的鋼筋長度一定要超過混凝土樓板長度的三分之一。另外在建筑結構的設計中,需要合理設置建筑的保溫層以及隔熱層,并且保證保溫層隔熱層使用的材料以及厚度都是科學合理的。在建筑結構中一般都會設置溫度伸縮縫抵消溫度變化會對混凝土產生的影響。因此溫度縫的設置需要足夠的合理,才能避免溫度對混凝土產生裂縫等的影響。
5結束語
除了地基自身的原因外,結構自身對建筑基礎的不均勻沉降也會帶來較大的影響。尤其是當前很多建筑為了滿足建設需要,往往其結構體型的變化較為復雜,加上一些平面的規(guī)則性不強,而這就極有可能導致地基出現(xiàn)較大的不均勻沉降,地基的每一部分受到的基礎荷載量有區(qū)別,也會導致不均勻沉降的出現(xiàn)。當然,除此之前,還有諸多原因對建筑結構基礎的沉降帶來的不利影響,例如施工設計不當、地基處理不到位、處理方法不正確以及其他等方面的原因,在實際施工中,只有切實加強對其的分析,才能做到對癥下藥[2]。
2關于如何防治建筑結構基礎不均勻沉降的幾點策略
通過上述分析,我們對建筑結構基礎不均勻沉降的危害和成因有了一定的認識,那么作為施工企業(yè)應采取哪些措施,切實加強對其的防治呢?具體來說,主要應做好以下幾方面的工作:
2.1加強原材料質量控制,從源頭上防治對于施工過程中所需的各種原材料,必須在開工之前就應加強對其質量的控制,嚴禁不達標的材料流入施工現(xiàn)場,及時的校核和檢測各種計量所需的器具,并嚴格按照建筑工程項目建設的需要,科學的確定各種原材料的種類、型號和強度等多方面的要求。
2.2加強地基處理的力度,從根本上防治地基出現(xiàn)不均勻沉降的較大原因就在于地基處理不到位。因而在地基處理過程中主要就是應想方設法的將土體的含水率和孔隙比降低,確保地基土的承載性能和抗剪切性得到有效的提升。這就需要在處理地基過程中緊密結合實際需要,科學合理的確定地基的處理方法,提高地基的防沉降性能。例如振沖擠密技術、強夯技術等利用外力提高地基強度和降低壓縮性的方法,主要在松散的沙土和粘性土以及濕陷性黃土中應用;而沙井技術、堆載預壓技術等排水固結技術主要在軟弱的粘性土地基處理中適用,主要是因為此類地基的含水量往往較大,利用這些技術才能迅速的將孔隙的水排出,從而提前完成沉降,達到固結地基土的目的;而置換技術主要適用于軟弱性的粘土地基之中,主要是將其挖出后置換強度更高的材料,達到固結地基的目的。當然,處理建筑地基時還能采取灌漿和高壓注漿以及水泥攪拌樁對技術進行地基的處理,在處理過程中科學的選擇處理地基的方法,才能最大限度的從根本上防治地基的不均勻沉降,從而減少和預防其帶來的危害。
2.3精心設計建筑的結構和體形首先,建筑的體形應盡可能地簡單,盡可能地不要選擇立面高差懸殊較大和平面形狀復雜的設計方案,科學合理的確定建筑的長度和高度,通常建筑的長高比應不得大于2.5,同時還應在商戶結構和基礎中采取相應的措施提高其剛強度,以預防其出現(xiàn)不均勻的沉降,因此必須科學合理的設計和布置縱橫墻,使二者之間進行有效的連接,確保建筑的整體性剛度得到有效的提升。因此,在實際設計時,應選取輕質的材料和構建,盡可能地將其給建筑基礎的荷載降低,達到降低其不均勻的沉降的目的。其次,對于長度較大的建筑物,可合理設置沉降縫,以便將其分割成若干體型簡單、長高比小、整體剛度大的獨立的沉降單元,它們自成沉降體系,并且荷載變化小、地基相對均勻,可有效地避免不均勻沉降帶來的危害。通常可將沉降縫設在以下位置:建筑物高度或荷載差異處,建筑平面轉折處,建筑結構或基礎類型不同處,過長的鋼筋混凝土框架結構的適當部位,分期建造房屋交界處,地基土的壓縮性有顯著差異等地方。最后,設計中還應科學的選擇相鄰建筑物基礎間凈距。為減少相鄰建筑物的影響,后建的建筑物最好把埋深置在與原相鄰建筑物大致相同的位置,如果必須埋置不同深度,相鄰基礎的間距應不低于基底高差的兩倍。
3結束語
關鍵詞:嵌固端首層地面剛度比地下室基礎埋深
1.引言
高層高層建筑在進行結構分析計算之前必須首先確定結構嵌固端的所在位置,而嵌固端的選取卻面臨著各種不同情況,如不設地下室但基礎埋深較大;沒有地下室但其層數(shù)或多或少,且基礎形式不同等。根據(jù)以上情況正確選取其結構嵌固端,是高層建筑結構計算模式中的一個重要假定,它不僅關系到結構中某些構件內力分配的準確性,而且還影響結構產生側移的真實性,以及結構局部的經濟性,因此有必要對結構嵌固端的選取作進一步探討,并由此引伸出若干相關的技術問題。
2.結構嵌固端的條件
高層高層建筑的結構嵌固端通常是選擇在地面標高處,但地面標高處要真正成為結構嵌固端是有條件的,而且在輸入首層計算高度時還有許多講究。
2.1設有地下室時的條件
(1)地下室頂板標高與室外地坪的高差不能太大,極端的情況如半地下室則首層樓面一般不能成為結構嵌固端,除非其高差僅為1—3級臺階高度時才可能考慮;
(2)地下室頂板結構應為梁板體系(即不可設計成元梁樓蓋),且該層樓面不得留有大孔洞,樓面框架梁的抗彎剛度要足夠大,樓板也要有相當厚度;
(3)地下室側壁要有良好的側限,即必須與“地球”有良好的接壤,上述半地下室頂板不能成為結構嵌固端的原因就是不滿足此條件。
對于上述條件中對首層樓面框架梁的要求,假設滿足《抗震規(guī)范》第6.1.14條“位于地下室的梁柱節(jié)點左右梁端截面實際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實際受彎承載力之和”的要求,對于高層建筑來說,由于首層處的柱截面往往遠大于框架梁截面,故即使有意增大框架梁截面并增加抗彎鋼筋用量,上述要求仍很難滿足。就此要求而言,則只有多層或小高層建筑才有可能以首層頂板作為結構的嵌固端,而真正意義的高層建筑則完全排除了這種可能性。
2.2不設地下室時的條件
高層建筑不設地下室通常是針對層數(shù)有限的小高層,或其基礎持力層較淺的情況,但從抗震角度考慮是不宜提倡的。
(1)不管是采用天然地基基礎或樁基礎,都是以基礎(承臺)面作為結構嵌固端,且必須在該標高處的縱橫方向設置剛度較大的基礎梁加以連結,故首層層高應從基礎面算起;
(2)若基礎(承臺)面標高與首層標高有一定距離而不設基礎梁連結或其剛度過小,則地面標高處應設有剛性地面來作為結構嵌固端,首層層高可從地面層算起。若不設剛性地面,則上部結構無從形成嵌固端,也即結構計算簡圖不成立,設計上顯然是不允許的。
以上列舉的條件無非是說明要成為上部結構的嵌固端,其下部結構必須具有足夠的剛度以保證柱根之間不產生相對位移,且能承受或平衡柱根彎矩。規(guī)范中規(guī)定“當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構嵌固部位時,地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的二倍”正是基于這一考慮。
3與嵌固端相關的技術問題
結構嵌固端的形成或者說上部結構對嵌固端的要求,在工程設計中還可引伸出若干相關的技術問題及其正確的設計方法,以下將分別探討。
(1)單層地下室
當高層建筑僅設單層地下室且底板采用天然地基筏板基礎或樁一筏基礎時,通常選擇基礎底板而非首層作為結構嵌固端,這有利于充分利用其基礎的“無限”剛度,為首層樓面的靈活結構選型創(chuàng)造條件,即使是首層樓面留有大孔洞,或選用無梁樓蓋結構,都不影響結構計算的準確性。此外,規(guī)范規(guī)定地下室負一層的抗震等級與上部結構必須一致,以基礎底板作為嵌固端不會造成地下室結構造價的提高,反而可能取得較好的經濟效益。即使單層地下室底板是以樁為基礎的普通梁板結構,一般情況下仍然取底板處為結構嵌固端,唯一例外的是地下室作為抗爆級別較高的防空地下室時,其頂板通常具有作為結構嵌固端的剛度,因此可取其作為上部結構的嵌固端。
(2)投影面積比例
高層塔樓在地下室頂板上的投影面積比例大小對首層作為嵌固端的結構有著不同的影響。當該比例*1時,若首層樓面符合作為嵌固端的其它條件,則該首層作為結構嵌固端就毫無疑問了,但當上述投影面積比例<<1時,說明地下室側限遠離塔樓,塔樓發(fā)生的側向位移將波及首層樓面并使其發(fā)生變形,即使變形量很小,但嚴格說來首層作為嵌固端的剛度必然小于前一種情況,且變形又增大了上部結構側移的計算值,同時首層骨架構件也會由于自身的變形而產生附加內力。作為有經驗的結構工程師,在實際設計中都會根據(jù)工程實際情況予以鑒別并作出相應的結構處理。
(3)大底盤多塔樓
大底盤多塔樓大多為商住樓,而且由于商用及居住性質不同,對柱網的要求也不同,故通常需設置結構轉換層。當大底盤的商用部分層數(shù)不多(如僅1—2層),且結構轉換層設于大底盤的屋頂標高處時,塔樓的嵌固端就可考慮取在大底盤的屋頂處,至少在塔樓初算時可以如此假定,如圖3所示。這一考慮基于以下兩點:①既然屬大底盤,其樓層面積肯定大于塔樓的投影面積,加上大底盤屋頂設置轉換層,故大底盤的樓層平面剛度遠大于塔樓的樓層剛度;②轉換層之上通常為剪力墻、部分短肢剪力墻或異形柱一短肢剪力墻結構,為使轉換層上下部的側向剛度相近,大底盤部分肯定要將原位剪力墻增厚或增加新的剪力墻,從而使塔樓下的大底盤部分具有足夠的側向剛度。目前高層建筑結構計算軟件的功能已較為完善,因此大底盤多塔樓建筑均以整體結構進行計算,其嵌固端也不像結構初算階段選擇在大底盤屋頂標高處。
(4)高層建筑的基礎埋深
在研究探討高層建筑的結構嵌固端時,必然牽涉到其基礎埋深問題,高層建筑基礎要具有一定的埋置深度,首先是為了保證結構的整體穩(wěn)定(包括抗滑),其次有利于減弱地震反應。規(guī)范對高層建筑的基礎埋深有一量化規(guī)定,即“天然地基或復合地基基礎,可取階15,樁基礎可取階18”,但這一規(guī)定僅與建筑物的總高月有關,而與其它因素無關。
但我們在認真思考后發(fā)現(xiàn)基礎埋深除了與建筑物總高月有關外,還應與控制高層建筑體型重要指標的高寬比風心有關。如兩棟建筑物的高度量相同,但其高寬比階B分別為5,0和2,5,顯然風/B值較小者整體穩(wěn)定性更高,若采用相同的基礎形式,則階B值較大者其基礎埋深應更大。換言之,基礎埋深對月/B較大者應偏于嚴格,而對月/B較小者則可略為放松,不宜作相同處理甚至反其道而行之,否則就違背了基礎需一定埋深的原則。除了高寬比風/6外,基礎埋深還應與高層建筑的裙房底座寬度、地下室底盤寬度等因素有關,對地下室面積僅為塔樓投影面積者應偏于嚴格,相反對沒有裙房或地下室面積大于塔樓投影面積者則可略為放松。
(5)首層樓面的活載作為結構嵌固端的首層樓面(地下室頂板),其正常使用時的活載一般不太大,即使作為商業(yè)用途,其活載也僅為3.5kN/m2,但設計中要考慮施工過程中可能產生的施工荷載,對于首層梁板構件取活載8.0—10.0kN/m2則往往是必要的。
當高層建筑主體結構建至2層樓面時,首層地面自然而然就成為理想的施工場所,或用于堆放材料(袋裝水泥、砌塊、搭架鋼腳手架等),或用于鋼筋加工,甚至作為載重汽車的行駛停放場等,即使是臨時荷載,其樓面活載也就有必要取較高值(該活載值僅作用于該層梁板,并不需傳給豎向構件的墻柱)。
此外,該層樓板配置通長面筋,不僅是出于增大剛度的考慮,而且是抵抗混凝土收縮和溫度應力的需要,特別是由于開發(fā)商的原因可能導致地下室頂板完成后要一段時間(從幾個月到幾年不等),為了防止或減少由于暴曬或暴露時間過長而產生的裂縫,配置足夠的樓板面筋尤為必要。首層樓面考慮較大的施工荷載,其梁板截面就需較大,有利于滿足首層樓面作為結構嵌固端剛度要較大的要求。