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高层钢筋混凝土结构设计8篇

时间:2023-07-24 09:23:38

绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇高层钢筋混凝土结构设计,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!

高层钢筋混凝土结构设计

篇1

关键词:高层建筑;钢筋混凝土结构设计

随着人们生活水平的提高,对于住宅建筑的要求也随之提高。人们不止要求建筑在质量上合格,采光、朝向等条件满足,更对建筑形态、环保节能、绿化、文化等方面有了更多的要求。这也推动了建筑加工工艺的创新化、高科技化,同时也要求建筑设计者具备丰富的设计经验、深厚的文化内涵,并要具有创新开拓精神,能够创造出独特的、新颖的、夺人眼球的建筑。与此同时,还必须保证建筑质量过硬,使用性能优异。目前,钢筋混凝土结构以其抗震性好、整体性强、结构灵活、传力明确的优势,在现代建筑中得到了广泛的应用。钢筋砼结构看似简单,但在设计过程中若考虑不周、疏忽大意,则很容易出现各种问题,对建筑工程造成影响,甚至危及结构的安全性。因此,设计人员在进行结构设计时,一定要充分重视以上提出的问题,并逐个解决落实,从而使结构设计质量得到有效保障。

1 结构设计问题分析

在建筑技术的不断发展下,我国城市中的高层建筑如雨后春笋般涌现,并且还呈现明显的增长趋势,随着建筑高度的增加,建筑功能、类型的日益复杂化,使得结构体系也呈现出多样化特点,在这样的情况下,怎样满足工程建设需要,构建一套准确高效、符合实际国情的建筑施工技术体系,成为了施工技术亟待解决的一项课题。目前,钢筋混凝土在建筑结构施工中的应用十分广泛,与其他结构材料相比,它具有显著的优势,故在土木工程、房屋建筑中得到了重大的发展、应用,同时也在施工技术、制作工艺、设计方法等方面得到了突出的表现。对于多样化的钢筋混凝土高层结构设计,尚存在一些问题,下面就钢筋混凝土结构设计中的常见问题,进行深入的剖析。

1.1 超长结构问题

在《混凝土结构设计规范》(下文件简称为《规范》)中,关于钢筋混凝土结构长度,其中一条(第9.1.1条)规定框架结构伸缩缝设置间距要≤55m,而另一条(第7.1.2条)则规定,如果采取后浇带分段的施工方法,可以适当增大伸缩缝的设置间距。在实际设计中,这两条规定的把握较为不易,在工程实例中很难保证结构长度≥55m就设置一条伸缩缝,并且对于后浇带分段施工,对于结构的长度很难控制,从而不易产生裂缝。这类问题的产生原因主要是各地区温度差异、混凝土收缩应力差异造成的。

这类问题的解决必须要在结构设计中调整梁柱配筋的概念。首先,针对长向板钢筋要设置为双层,同时还要对中部的梁板配筋进行适当的增强。这是因为温度应力会对两侧梁柱,尤其是边跨柱配筋产生极大的推力,而中部区域是结构的中点,故其受到的应力较大,所以需要对其加强。另外,超长的结构设计,容易在角部产生扭转效应,所以还需要加强角部结构。如果结构长度≥70m,为了不设置伸缩缝,就必须采用特殊措施,如掺入抗裂剂、预加应力等。在设计长度≥70m的结构时,设计者必须定量分析温度和收缩裂缝,同时施加预应力,该方法的效果在众多的工程实例中都得到了较好的应用效果。若无法分析清楚超长结构的受力情况,还是应当根据《规范》标准,在结构长度≥55m时就设置伸缩缝,其实只要处理恰当,伸缩缝的设置是不会对建筑外观造成太大影响的。

1.2 筏板厚度设置问题

在桩筏基础设计中,筏板厚度值的计算,首先根据建筑层数来对筏板厚度来进行估算的。一般筏板厚度估算值为50mm×建筑层数。以一栋28层的住宅建筑为例,筏板厚度估算值为50×28=1400mm。再根据建筑的排桩情况,对角桩冲切、群桩冲切、墙冲切、边桩冲切分别进行验算。通常情况下,都用角桩冲切控制板厚,但若是短肢剪力墙结构,由于其墙体不封闭,所以要获取群桩冲切的边界值较为困难,另一方面,由于桩群之间会重叠较多,所以群桩冲切取值较为不利。故笔者建议,将几个大层间的取值作为冲切边界,所围区域内的短肢墙体内力作为抗力抵消,该方法尽管无法保证绝对的准确性,但在放大区域后,对削弱边界开口效应,故其可行性还是值得肯定的。

1.3 强柱弱梁设计问题

在钢筋混凝土结构的延性设计中,“强梁弱柱”是基本设计原则。“强梁弱柱”设计理念主要是抗震设防,其抗震设防的目标是“大震不倒、中震可修、小震不坏”。在钢筋混凝土结构中,柱是核心支撑,若柱受到破坏,会导致建筑的整体坍塌,若梁受到破坏,则仅会对某区域造成损毁,所以柱破坏造成的损害明显大于梁破坏,设计人员在进行结构设计时,一定要牢固树立这一设计理念。对于柱轴压比,要严格控制在0.9%以内。在设置配筋、柱断面时,要分部位进行处理,并适当加强边柱和角柱,尤其是角柱,最好采取全柱加密箍筋,同时配筋率要≥1%,除小截面柱以外的所有框架柱的纵筋都要≥20,柱筋采用的种类不要太多。对于矩形截面柱,要采取对称配筋;对于梁,中部筋要配足,支座筋可适当降低,以使其在地震作用下形成梁铰机制,即在地震作用下,首先在梁端产生塑性铰,以保证柱的受弯承载力比梁大,从而防止柱先屈服。

1.4 地下室外墙、底板配筋计算问题

在计算地下室外、底板墙配筋时,常出现实际情况与假设条件不相符的问题。以地下室外墙配筋计算为例,有的设计人员将凡是带扶壁柱的外墙,不论扶壁柱大小,均按双向板进行配筋计算,但按照地下室结构整体电算分析结果,对扶壁柱配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。从扶壁柱与外墙变形协调原理来看,该配筋计算方式下,扶壁柱配筋不足,外墙竖向配筋偏少,外墙横向配筋过多。针对这一问题,笔者建议:将有钢筋混凝土内隔墙相连的且与外墙相垂直的外墙板块、较大尺寸扶壁柱(如外框架柱)间的外墙板块的配筋按照双向板进行计算,其他外墙的配筋均按单向板进行计算。

1.5 地下室设计问题

在进行高层建筑的地下室设计时,还要考虑地下水位问题,由于人为无法控制地下水位上涨,所以一旦发生地下水位上涨,就会对地下室乃至整栋建筑产生影响。因此,在设计地下室时,要尽量简化地下室轮廓,以利于防水。尤其是柱下承台的地下室,柱下承台会将基槽地模产生较多阴阳角,使其形状复杂化,这就增加了防水施工的难度,延长了施工时间,不仅无法保证防水质量,更会增加工程造价。对于该问题,笔者建议采用反承台法:使承台下皮标高与地下室底板相等,并在地下室内部覆土。该做法会简化基槽地模的形状,减小施工难度,缩短工期,保证施工质量。同时,覆土重量还会对抗消除地下室底板的水浮力。

2 结束语

随着建筑技术的不断提高,城市中涌现出了越来越多的高层建筑。随着建筑高度的增加,建筑功能、类型的日益复杂化,使得结构体系也呈现出多样化特点,这就使得结构设计成为了建筑设计中的一个难点和重点。

参考文献:

[1] 刘双庆.钢筋混凝土结构设计常见问题解析[J].四川建材,2009,(04).

[2] 杨新.浅谈钢筋混凝土高层结构设计常见问题[J].中华民居,2011,(06).

[3] 崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品,2010,(01).

[4] 陆强.浅谈钢筋混凝土结构设计中的一些常见问题[J].山西建筑,2011,(22).

篇2

【关键词】高层;钢筋混凝土;结构设计

随着我国经济的发展,城市化进程的加快,建筑功能与类型越来越多样化、综合化,建筑高度也在不断增加,目前钢筋混凝土高层建筑已然成为城市建设中的主角,在城市规划中占相当大的比重。对于建筑来说,钢筋混凝土的结构设计的好坏直接影响到建筑的质量、安全和使用,高层建筑的结构设计更是工程中的重点和难点,只有将设计中存在的问题深入分析并加以妥善解决,才能尽可能完善结构设计工作,为今后的建筑施工打下良好的基础。

1.概念设计

概念设计是结构设计的一个新理念,是设计人员通过长期的理论研究和实践,逐渐积累起来的经验总结,它不以力学分析和条文规范为依据,是设计人员的一种设计思路,根据建筑周围的环境、建筑功能等因素选取合适的建筑结构,站在宏观的角度整体构思,将各部分有机的联合起来,形成结构的总体系。在设计时主要考虑建筑的整体性、抗震性、抗风性等性能,以承载力、刚度、延性为主要控制目标,特别是对理论无法明确的部分,有一个定性认识。概念设计不仅是设计人员先进设计思想的一种体现,它之所以重要,还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,为了弥补这些缺陷,就需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的,更加客观、准确的理解结构的工作性能。

2.结构选型

2.1结构体系的选择

根据抗侧力构件的不同,钢筋混凝土结构体系主要有框架、剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒这几种形式,应根据工程的实际情况来选择合适的结构体系。

1)框架结构主要适用于层数不多的住宅、办公楼、学校及厂房等对位移要求不是很严格的建筑物。

2)剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒结构适用于高层,这里需要注意的是框架-剪力墙结构。在基本振型地震作用下,如果框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总底部地震倾覆力矩的50%,则框架部分的抗震等级应按框架确定。框架承担的地震剪力应大于结构底部总剪力的20%,以确保第二道防线的安全。墙不宜过多,满足位移限值即可。短肢剪力墙结构应避免全部为短肢墙,筒体或一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。短肢剪力墙的抗震等级应使用比实际更高一级的等级,有的设计者没有注意这个问题,导致抗震等级的错误确定,从而造成设计工作中不必要的大量修改。

无论采用哪种结构体系,都应使结构具有合理的刚度和承载能力,保证结构的稳定和抗倾覆能力,避免产生软弱层或薄弱层,使结构具有多道防线,提高结构和构件的延性,增强其抗震能力。

2.2结构的规则性问题

《高层建筑混凝土结构技术规程》(2010)中规定:高层建筑不应采用严重不规则的结构体系,并应符合下列要求:①应具有必要的承载能力、刚度和变形能力;②应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力;③对可能出现的薄弱部位,应采取有效的加强措施。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,因此设计人员在设计过程中要特别注意新规的规定,以确保后期施工图设计阶段工作的顺利进行。

2.3结构的超高问题

在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制。尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外,增加了B级高度的建筑,因此,必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为B级高度建筑其或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中曾出现过由于结构类型的变更而导致的结构超高问题,致使施工图未能审查通过,进行修改或从新设计,对工程进度等整体工程规划造成不良的影响。

2.4控制柱的轴压比问题

在钢筋混凝土高层建筑结构中,轴压比越大,柱的延性就越差,限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态,防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小,则结构延性就差,当遭遇地震时,耗散和吸收地震能量少,结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计,且梁具有良好延性,则柱子进入屈服的可能性就大大减少,此时可放松轴压比限值。

2.5嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此.在这个问题上设计人员往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致安全隐患或后期设计工作的大量修改。

2.6短肢剪力墙的设置问题

短肢剪力墙是指截面厚度不大于 300mm、各肢截面高度与厚度之比均大于 4 但不大于 8 的剪力墙。在新规范规定抗震设计时,高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙,且根据实验数据和实际经验对高层建筑中短肢剪力墙的应用增加了相当多的限制,因此,在高层建筑设计中设计人员应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

3.地基与基础设计

地基与基础设计是整个工程造价的决定性因素,对后期设计工作能否顺利进行也有很大的影响,所以这方面的设计也是设计人员较为重视的一点,如果出现问题则会给工程带来巨大的损失。我国占地面积较广,地质条件复杂,仅一本《地基基础设计规范》并不能完全涵盖全国各地的情况,这就需要将地方性的标准利用起来,深入学习其中关于地方性地基基础类型和设计处理方法的成熟经验和规定,因地制宜,制定出符合当地实际情况的设计方案。

4.结构计算与分析

是否能准确高效的对工程进行内力分析并按照规范的要求进行设计和处理是决定工程设计质量好坏的重要环节。随着新规范的陆续颁布和实施,对于结构的计算和分析进行了调整改进,设计人员也应对这一阶段工作常见的问题有一个清晰、准确的认识。①选择合适的整体计算软件根据结构类型和计算软件模型的特点选择合适的整体计算软件,确保对计算结果的合理性、可靠性。②是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数,已列为强制性条文,需特别注意。③振型数目是否足够。在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。④多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算。⑤非结构构件的计算与设计。在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照新规中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。

篇3

关键词:钢筋混凝土;高层结构设计;常见问题

中图分类号:TU757.5文献标识码:A

1高层建筑钢筋混凝土结构设计特点及分类

1.1特点

对于高层建筑钢筋混凝土框架结构进行设计时,第一,必须对高层建筑物的结构整体的内力进行分析,然后根据梁柱各构件的控制内力来对截面进行优化设计,再对满足荷载效应水平要求的各结构构件的配筋量进行计算分析,最终确定设计结果。设计过程中可能会使原结构的荷载特征与几何特征发生变化,在现荷载的作用下,结构内力分布特征会有所改变,而各控制截面的控制内力也会随之发生变化,优化设计需要依据这种变化进行下一步的设计,因此可以说钢筋混凝土结构设计是一个循序渐进的过程。

1.2分类

在我国,高层建筑以钢筋混凝土结构为主,高层钢筋混凝土结构的数量、高度以及结构体系的多样化、复杂性均处于世界前列。在高度较大的高层建筑中,应用较多的是框架――筒体结构、框架结构、筒中筒结构及多筒结构等结构体系。

(1)框架结构体系。框架结构体系采用梁、柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构,并同时承受水平荷载,适用于多层或高度不大的高层建筑。框架结构的布置要注意对称均匀和传力途径直接。传统的结构布置采用主次梁的作法为主,逐步向扁梁或无盖梁发展。框架柱是框架结构的主要竖向承重和抗侧力构件,以受压应力为主。

(2)剪力墙结构体系。剪力墙结构体系是利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构体系。剪力墙的间距受楼板构件跨度的限制,一般为3~8米。因而剪力墙结构适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑。剪力墙一般采用钢筋混凝土材料,可分为全部为现浇的剪力墙,全部用预制墙板装配而成的剪力墙,内墙为现浇、外墙为预制墙板的剪力墙。

(3)框架――剪力墙结构体系。框架――剪力墙结构是将框架和剪力墙结合在一起而形成的结构形式。它既有框架结构平面布局灵活、适用性强的优点,又有较好的承受水平荷载的能力,是高层建筑中应用比较广泛的一种结构形式。

(4)筒体结构。随着建筑物高度的增加,传统的框架结构体系、框架――剪力墙结构体系已不能很好地满足结构在水平荷载作用下强度和刚度的要求。筒体体系因其在抵抗水平力方面具有良好的刚度,并能形成较大的使用空间,筒体是由框架和剪力墙结构发展而成。它是由若干片纵横交接的框架或剪刀墙所围成的筒状封闭骨架。

2高层钢筋混凝土结构设计常见的问题

2.1结构平面设计问题

一般情况下,高层建筑并不适合选择那些不规则的平面设计进行布置。高层建筑的外型应该尽量简单、规则,以便保证其刚度和承载力的均匀分布。根据抗震等级不同的建筑,设计时要考虑到其平面尺寸和突出部位尺寸的比值都在合理范围内,另外,尽量不考虑采用角部重叠的平面图形。

(1)在对结构平面进行布置时,要尽量减少扭转的产生,尤其要考虑到水平地震作用力下的偶然偏心影响问题。对楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移设计时,应该考虑以下原则;对于A级高度的高层建筑,其最大水平位移和层间位移应该小于该楼层平均值的1.2倍,不能超过该楼层平均值的1.5倍;对于B级高度的高层建筑或者超过A级高度混合结构以及复杂高层建筑,应该小于该楼层平均值的1.2倍,不能超过该楼层平均值的1.4倍;

(2)在对高层钢筋混凝土建筑进行抗震设计时,应该尽量调整好高层建筑的平面形状和结构布置,尽量避免设置防震缝。如果必须设置防震缝,那么当框架结构高度不超过15m时,缝宽应该大于100mm,如果高度超过15m时,应该根据烈度和高度的不同,来适当进行加宽。在对防震缝宽度进行确定时,如果缝两侧的建筑高度不同,防震缝的宽度则应该依据较低一侧的高度来确定;

(3)《高规》中,截面厚度不大于300m,各肢截面高度与厚度比的最大值在4~8之间的剪力墙为短肢剪力墙。在实际的高层建筑中短肢剪力墙设置会增加许多限制。所以,工程师在进行高层建筑钢筋混凝土结构设计时,应该尽量减少或者不采用短肢剪力墙。

2.2竖向结构设计问题

高层建筑的竖向结构设计非常重要,它对建筑的整体质量影响极大。高层建筑的竖向结构应该尽量规则、均匀,避免有较大的外挑和内收。高层建筑的竖向结构应该以重心稳定为前提,保持上小下大的形状,并且其变化也应该是循序渐进的。如果竖向结构不垂直或者不均匀,就需要外加单独的构造设计来满足高层建筑的整个平衡和稳定。从抗震的角度来看,竖向内收型楼层的侧向刚度不应该小于相邻上一层的70%,也不应该小于其相邻上三个楼层侧向刚度平均值的80%。A级高度的高层建筑,其楼层抗侧力结构的层问受剪承载力应该大于相邻上一层受剪承载力的80%,一定不能低于相邻上一层受剪承载力的65%;对于B级高度的高层建筑,其楼层抗侧力结构的层间受剪承载力应该大于相邻上一层受剪承载力的75%。楼层的质量沿着高度应该均匀分布,不能出现楼层间质量相差大太的问题。

2.3梁柱受力主筋设计问题

当框架梁的截面宽度与框架柱的边长相等,或者框架梁的一边与框架柱重合时,框架柱受力主筋和框架梁的受力主筋位置便会产生矛盾。设计时应该遵循强剪弱弯与强柱弱梁的原则,应该首先对框架柱受力主筋的位置加以保证。可以考虑将框架梁主筋从框架柱内侧通过,考虑在框架梁靠近柱一侧的四角增加4根钢筋来作为架立钢筋的方法,来保证框架梁截面的尺寸。这样的设计方法不但可以保证框架结构受力构件的受力主筋位置,也方便了工程施工。

2.4墙梁节点钢筋设计问题

在框架一剪力墙结构中,框架梁或者次梁如果直接设置在核心简墙体暗梁或者过梁上,当框架梁的截面和暗梁或过梁的截面高度相同时,框架梁主筋和核心筒暗梁或者过梁主筋的位置就会产生矛盾。此时的节点设计应该尽量保证暗梁或者过梁箍筋的完整性。设计时,过梁下铁设置分两排布置,框架梁下铁可布置在过梁下铁第一与第二排钢筋之间,框架梁接头位置应该设置在支座附近,并安一定比例错开。框架梁上铁可直接搁置在过梁上铁上,同时框架梁主筋锚固的长度必须符合规范。另外,在框架剪力墙结构设计中,主梁与次梁的节点设计非常重要,所以,主次梁钢筋位置的设计也就成为重点。通常情况下,次梁上铁钢筋应该在主梁钢筋之上,次梁主筋在板筋之下,如果主次梁节点的钢筋设计不好,就会使板筋或次梁上铁钢筋保护层厚度过小,对于结构的抗震能力会有一定影响。

2.5抗震等级设计问题

高层建筑钢筋混凝土设计必须注意其抗震等级设计的问题,在对高层建筑进行抗震设计时,其结构构件应该根据抗震设防分类、烈度、结构类型以及建筑高度等不同需要来设计不同的抗震等级,设计时应该符合相应计算和构造要求。

3结构计算与分析

随着房屋建筑结构方面新规范的陆续颁布实施,各种计算软件也都更新版本,但在计算时经常会出现各种各样的问题,这其中既有软件自身不完善的因素,也有使用人对规范理解不正确的原因。因此,如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理,是决定工程设计质量好坏的关键。

3.1计算模型的选取

对于常规结构,可采用楼板整体平面内无限刚假定模型;对于多塔或错层结构,可采用楼板分块平面内无限刚模型;对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等可采用楼板分块平面内无限刚,并带弹性连接板带模型;而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则可采用弹性楼板模型。

3.2抗震等级的确定

对常规高层建筑,与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级;对于地下室部分,当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同,地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。

3.3振型数目是否足够

振型数的多少与结构的层数有关,文献中对阵型的取值都有较为明确的规定。因此,在计算分析阶段根据规范要求对计算结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。

3.4非结构构件的计算与设计

在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑地震作用和风荷载较大,必须严格按照新规范中增加的非结构构件的处理措施进行设计。

4结语

钢筋混凝土结构与钢结构相比,具有整体性强、刚度大、位移小和舒适度好的优点。在我国的高层建筑中大多采用了钢筋混凝土结构,所以钢筋混凝土的结构设计问题也就非常重要。高层建筑的钢筋混凝土结构设计是一个比较复杂的过程,每个小失误都有可能导致建筑出现各种质量问题。结构设计师在设计过程中,应该严格按照国家相关规定,认真分析、科学计算,确保高层建筑的整体质量和结构安全。

参考文献:

[1]黄宁峰.结合实践对高层建筑结构设计若干问题的分析[J].四川建材,2009.

篇4

关键词:高层建筑;钢筋混凝土;结构设计;问题分析

中图分类号:TU208文献标识码: A

高层建筑结构形式趋于多样化,高层建筑的表现形式也多种多样,但随之所带来的弊端也越来越多的表现出来。由于目前没有钢筋混凝土结构钢筋细部节点的统一做法,造成设计单位或施工单位在节点钢筋设计的容易出现钢筋配筋率过大或者钢筋锚固不足等现象的出现,设计单位应该考虑在某些节点钢筋实际操作的困难及由此产生的对结构的影响。

1.关于强柱弱梁的设计理念

强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏,中震可修,大震不倒的抗震设防目标而提出的。柱破坏了建筑物整个都会倾覆,而梁破坏则仅是某个区域失效,因此,柱较之梁破坏的损害更大,当前我们的经济已高速发展,我们结构设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。必须严格控制柱轴压比,轴压比在任何情况下均不宜超过0.9%,且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理,建议边柱,角柱应适当加强,特别是角柱,建议应全柱加密箍筋,且配筋率不宜小于1%,所有框架柱,不包括小截面柱,建议纵筋均应大于20,且柱筋品种不宜过多,矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋则建议应配足梁中部筋,而支座筋则可通过调幅让其适当降低,以使地震作用下能形成梁铰机制,防止柱先于梁屈服,使梁端能首先产生塑性铰,保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。

2.钢筋混凝土结构设计常见的问题及解决方案

2.1关于超长结构的问题

混凝土结构设计规范第9.1.1条中规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为55m,而7.1.2条则规定当采取后浇带分段施工,专门的预加应力措施或采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施且有充分依据的,伸缩缝间距可适当增大。这两条使我们在实际设计过程中较难把握。工程实例中超过55m就设置伸缩缝,这显然是很难保证的,而且在采取后浇带分段施工后很难控制房屋的长度而不至于产生裂缝等不良现象。

出现此类状况这取决于各地区的温差及混凝土不同的收缩应力。在结构设计中必须对梁柱配筋进行概念上的调整。首先是长向板钢筋应双层设置,并适当加强中部区域的梁板配筋,中部区域作为一个中点必然受较大应力,而两侧梁柱,特别是边跨的柱配筋必须加强以抵抗温度应力带来的推力,而超长结构在角部容易产生的扭转效应也须我们在设计中对角部结构进行加强。当框架结构超过70m时,应采取特殊的措施才能不设置伸缩缝,如采用预加应力,掺入抗裂外加剂等等,而且作为超过70m的结构,必须对温度及收缩裂缝采取定量的分析,并相应施加预应力,这在许多工程实例中应用的效果也是众目共睹的。如果对超长结构,不能有效的分析清楚受力情况,建议还是应按规范要求设置伸缩缝,毕竟建筑上缝只要处理得当还是不影响观瞻的。

2.2关于桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值问题

桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值,一般是先按建筑层数估算筏板厚度,常规是按层数×50mm来估算。例如一幢十八层的小高层住宅,我们则先按18×50=900mm设定筏板厚,然后再根据排桩情况,分别验算角桩冲切,边桩冲切及墙冲切,群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚,但这里主要强调一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切,短肢剪力墙结构由于墙体不封闭,故取值群桩冲切边界时有相当大的困难,而群桩冲切由于桩群重叠面积较大,应是一种不利状态。因此,一般建议是取值几个大层间近似作为冲切边界,所围区域内短肢墙体内力则作为抗力抵消,虽不完全准确,但区域放大后,边界的开口效应有所削弱,是可行的。

2.3关于箱、筏基础底板的挑板问题

从结构角度来讲,如果能出挑板,能调匀边跨底板钢筋,特别是当底板钢筋通长布置时,不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋,较节约。出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,加挑板就可能采用天然地基。必要时可加较大跨度的周圈窗井。窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对,当有数层地下室,窗井横隔墙较密,且横隔墙能与内部墙体连通时,可灵活考虑。当地下水位很高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题。此外,从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法。当为多层建筑时,结构也可谦让一下建筑。

2.4关于板面设置温度应力筋的问题

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.1.8条规定在温度收缩应力较大的现浇板区域内,钢筋间距不宜大于200mm,,板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%。对于规则较短的建筑物我们可以在各楼面边跨及屋面层设置相应的温度应力钢筋,而对于超长结构,则建议在超长结构的长向均应设置双层钢筋。其余部位则可因人而异,功能重要的区域设置,有条件的建设子项设置,而不必过于强调。另外值得注意的问题是: 当地下室筏板厚度大于1200mm时,可在筏板中间配置温度收缩应力钢筋以抵抗大体积混凝土所产生的收缩及温度应力,配筋量建议取1/2筏板厚的0.1%,且不小于Φ12@200。

2.5关于对梁筏基础板筋位置的设置问题

弹性梁筏基础,由于考虑水浮力下底板所受向上的反向力,设计人员会要求筏板面筋能置于地梁主筋以下,而地梁配筋有时较多甚至配置双排筋,再加上梁箍筋则施工中引起板筋的弯折相当困难,遇到人防工程则更难施工。从受力传递过程来说,板筋设置必须准确,但考虑施工困难及相应板保护层的损失,建议可以作适当放松。

2.6关于短肢剪力墙结构设计中的重点问题

短肢剪力墙结构设计中有两个重点问题值得我们防范,处理不当经常会成为薄弱环节,这也是抗震审查中经常发现的问题。

2.6.1对普通长墙的界定,高规JGJ3-2010第7.1.8条中规定一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙,短肢剪力墙是指截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙。这明显出现了一些难度,高厚比为7.9 倍及8.1倍的两种墙受力特性截然不同,由此而引起的配筋亦相差甚远(对四级剪力墙而言,短肢剪力墙在一般部位的配筋率要求大于1.0%,而普通墙则仅要求边缘构件配筋率0.4%,墙身部分配筋率仅为0.2%。)因此在布置长墙时建议控制高厚比大于9,这样就与短肢剪力墙有所区分而不会混淆。

2.7关于地基与基础设计的问题

地基与基础设计一直也是值得结构工程师非常重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素,因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

3.结语

钢筋混凝土框架结构虽然相对简单,但设计中仍有很多需要注意的问题,只有熟练地掌握规范,并具有良好的结构概念,才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。

参考文献

[1]张丽.浅谈建筑结构混凝土设计[J];黑龙江科技信息;2011年13期

[2]杜立.苏州尼盛广场超限高层设计[J];山西建筑;2012年17期

篇5

【关键词】:高层建筑;钢筋混凝土;结构设计

[ Abstract ] : High-rise building load, influence factors, and once have serious consequences due to quality problems caused by will design, in this paper the following will analyze and discuss matters needing attention in design of reinforced concrete structure in high-rise buildings, for reference only.

[ keyword ] : high-rise building; reinforced concrete; structural design

中图分类号:TU2

1、前言

近年来,随着科技水平的发展,我国的高层建筑混凝土结构设计水平得到了很大的提高,特别是多种设计软件的出现,不仅使得设计人员能够根据工程实际情况选择合理的设计软件,也便于在设计中采用两种设计软件对一种工程进行计算,以确保设计的合理性。而且,随着对高层建筑混凝土结构设计理论研究的不断深入,促进了设计规范的不断更新,也提出了一些新的设计理念,更是为提高设计水平打下了坚实的理论基础。但是由于种种原因,在实际的设计中,仍存在一些问题,不仅增加了成本,甚至给整个建筑埋下质量隐患,故应引起足够的注意。本文以下内容将对高层建筑混凝土结构设计应注意的事项进行分析和探讨,仅供参考。

2、高层建筑钢筋混凝土结构设计应注意的事项分析

2.1、应避免短柱的出现

在多高层结构设计时,应尽可能避免短柱,其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时,能同时达到最大承载能力,但随着建筑物的高度与层数的加大,巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大,从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱,在地震荷载作用下,短柱的破坏是相当严重的,如下图所示。为了避免这种现象的出现,对于大截面柱,可以通过对柱截面开竖槽,使矩形柱成为田形柱,从而增大长细比,避免短柱的出现,这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下,达到最大的水平承载力。

2.2、应合理利用后浇带

根据作者多年的实践经验,认为后浇带的合理设置要注意如下两个方面的问题:第一,沉降后浇带。应注意的是,如果基础的压缩模量较大,则需要在整体沉降基本完成并稳定,这时利用后浇带来代替沉降缝是可取的。如果基础的压缩模量较小,后期沉降就会占有相当大的比例,也就是后浇带浇注后,还会出现较大的沉降落差,这时要只靠后浇带来解决问题是不可行的,需要设计其他方式。第二,伸缩后浇带。需要注意浇注的环境,应把温度引起的变形考虑到设计的范围内。在工程设计中使用后浇带应当充分考虑工程的具体条件,合理的使用,不能一概而论,而且应当根据材料的差异进行适当的调整,做到合理使用。

2.3、应特别注意角柱的设计

在扭转发生时,各柱节点水平位移不等,距扭转中心较远的角柱剪力很大,而中柱剪力较小,破坏由外向里,先外后里。为防止扭转,抗侧力结构应对称布置,宜设在结构两端,紧靠四周设置,以增大抗扭惯性矩。因此,高层或超高层建筑中,尽管角柱轴压比较小,但其在抗扭过程中作用却很大(若角柱先坏,整个结构的扭转刚度或强度下降,中柱必定依次破坏),同时,在水平力的作用下,角柱轴力的变化幅度也会很大,这样势必要求角柱有较大的变形能力。由于角柱的上述作用,角柱设计时在承载力和变形能力上都应有较多考虑,如加大配箍,采用密排箍筋柱、钢管混凝土柱。

2.4、地震力的振型组合数

地震力的振型组合数,对高层建筑,当不考扭转耦联计算时,至少应取3;当振型数多于3时,宜取3 的倍数,但不应多于层数;当房屋层数≤2时,振型数可取层数。对于不规则的结构,当考虑扭转耦联时,对高层建筑,振型数应取≥9;结构层数较多或结构刚度突变较大,振型数应多取,如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等,振型数应取≥12或更多,但不能多于房屋层数的3倍;只有当定义弹性楼板,且采用总刚分析,必要时,振型数才可以取的更多。《抗震规范》指出,合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。SATWE等电算程序已有这种功能,可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用,选取振型数时比较随意,这是应当改进。此外,由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算,仅当结构存在明显扭转时才采用耦联计算,但在必要时应补充非耦联计算。

2.5、高层建筑钢筋混凝土结构平面设计应注意的事项

根据作者多年的实践经验,认为在高层建筑钢筋混凝土结构平面设计中应特别注意以下几种事项:

第一,抗震设计时,高层建筑应尽量调整平面形状和结构的布置.避免设置防震缝。当无法避免而必须设置防震缝时,对于框架结构来说,高度不超过15 m时,缝宽不应小于100 mm,当超过15 m时,应根据不同的烈度每增加不同的高度,宜加宽20 mm。在确定防震缝的宽度时,如果缝两侧的房屋高度不同,那么防震缝的宽度应该按照较低的房屋高度确定。

第二,在高规中,短肢剪力墙是指截面厚度不大于300 mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。根据实验数据以及经验数据.对短肢剪力墙在高层建筑中应用增加了相当多的限制。所以在高层建筑钢筋混凝土设计中,结构工程师需要尽可能少采用或者不采用短肢剪力墙。

第三,结构平面布置应减少扭转的影响,其中最重要的是在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移,应符合如下规定:A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍。

2.6、高层建筑钢筋混凝土基础挑板设计应注意的问题

从建筑结构来看,如果能出挑板,能调匀边跨底板钢筋,特别是当底板钢筋通长布置时,不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋,较节约;出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其它人工地基上时,加挑板就可能采用天然地基;能降低整体沉降,当荷载偏心时,在特定部位设挑板,还可调整沉降差和整体倾斜;窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板,虽然在计算时此处板并不应按挑板计算,当然此问题并不绝对,当有数层地下室,窗井横隔墙较密,且横隔墙能与内部墙体连通时,可灵活考虑;当地下水位很高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题。

3、结尾

以上内容分析和探讨了高层建筑钢筋混凝土结构设计应注意的事项,提出了自己的观点和见解,但是作者深知,高层建筑钢筋混凝土结构的类型很多,有筒体结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构等,这些不同的结构类型均有各自的适用范围,在设计的过程中一定要根据实际情况进行优化选择,以确保设计方案合理、经济。

【参考文献】

[1] 《高层建筑结构设计》王祖华等,华南理工大学出版社

篇6

关键词:高层建筑 钢筋混凝土结构 设计

建筑工程质量的优劣直接关系到人们的生命安全。建筑设计是一项繁重而又责任重大的工作,直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性,但在实际设计工作中,常常发生建筑结构设计的种种概念和方法上的差错,这些差错的产生,有的是由于设计人员没有对一般建筑尤其是多层建筑设计引起高度重视,盲目参照或套用其他的设计的结果;有的则是由于设计对设计规范和设计方法缺乏理解;还有的是由于设计者的力学概念模糊,不能建立正确的计算模式,对结构验算结果也缺乏判断正确与否的经验,为了避免或减少类似的情况发生,确保建筑设计质量能上一个台阶,应从以下几个方面对结构设计中的常见问题加以改进:

一、结构设计人员应该及早介入建筑的概念设计

建筑的概念设计在整个设计过程了起着举足轻重的作用,一幢建筑物的设计,如果没有事先经过全盘正确的概念设计,以后的计算模式再准确、计算再精确、配筋再合理,也不可能是一个经济、合理的优秀设计工程。所谓的概念设计一般指不经数值计算,尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。所得方案往往概念清晰、定性正确,避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算,具有较好的的经济可靠性能。同时,也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

二、地基与基础设计

预防或减少不均匀沉降的危害,可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。诸如:避免采用建筑平面形状复杂、阴角多的平面布置;避免立面体形变化过大;将体形复杂、荷载和高低差异大的建筑物分成若干个单元;加强上部结构和基础的刚度;同一建筑物尽量采用同一类型基础并埋置于同一土层中等一系列措施。常用的软土地基处理方式类型较多,但在选择地基处理方案前,必须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况,并根据工程设计要求,确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标,以及各种处理方面的适用性,同时综合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验,进行多方案比较,最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后,还必须满足规范所规定的强度和变形要求。

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素,因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。

在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,作为国家标准,仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定,因此,作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确,所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

三、结构计算与分析

1.结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有:SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等,但是,由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异,因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以,在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件,并从不同软件相差较大的计算结果中,判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的,哪个又是意义不大的,这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则,如果选择了不合适的计算软件,不但会浪费大量的时间和精力,而且有可能使结构有不安全的隐患存在。

2.是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及,只是,在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。

3.振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念,并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的限值也未必一定符合新规范的要求,因此,在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。

篇7

关键词:钢筋混凝土高层建筑;抗震;结构设计;探讨

中图分类号:TU973+.31 文献标识码:A文章编号:

钢筋混凝土高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的,我们在设计时要选用适合的抗震结构,注重建筑结构材料的选择,减小地震的作用力,增强地震的抵抗力,从而达到高层建筑抗震的目的。

1.钢筋混凝土高层建筑抗震设计存在的问题

1.1 工程地质勘查资料不全

在设计初期,设计人员应该及时掌握施工场地的地质情况,但是往往在设计过程中,却没有建筑场地岩土工程的勘察资料,就不能很好的进行地基设计,给建筑物的结构带来安全隐患。

1.2 建筑材料不满足要求

对于材料而言,我们要明确这样一个道理:地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下,质量大,地震作用就大,震害程度就大,质量小,地震作用就小,震害就小。所以,在建筑物的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中,广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材等轻质材料,将能显著改善建筑物的抗震性能。

1.3 建筑物本身的建筑结构设计

建筑物如果平面布置复杂,致使质心与刚心不重合,在地震作用下产生扭转效应,加剧了地震的破坏作用,海城地震和唐山地震中有不少类似震害实例。台湾 9.21 地震中,一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则,在水平地震作用下,结构产生严重扭转效应而破坏倒塌,同时撞坏相邻建筑上部的阳台。

1.4 平面布局的刚度不均

抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称,建筑的质量分布和刚度变化宜均匀,否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称:一边进深大,一边进深小;一边设计大开间,一边为小房间;一边墙落地承重,一边又为柱承重。 平面形状采用 L、π 形不规则平面等,造成了纵向刚度不均,而底层作为汽车库的住宅,一侧为进出车需要,取消全部外纵墙,另一侧不需进出车辆,因而墙直接落地,造成横向刚度不均。 这些都对抗震极为不利。

1.5 防震缝设置不规范

对于高层建筑存在下列三种情况时,宜设防震缝:平面各项尺寸超过《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)中表 2.2.3 的限值而无加强措施;房屋有较大错层;各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施;但有的竟未采取任何抗震措施又未设防震缝。

1.6 结构抗震等级掌握不准

结构抗震等级有的提高了,而有的又降低了,主要是对场地土类型、结构类型、建筑高度、设防烈度等因素综合评定不准造成。

上述这些问题的存在,倘若不能得到改正,势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的,这就需要设计人员从设计的角度避免这些问题的出现,防止将这种问题带入施工中,从而保证高层建筑的抗震性。

2.高层建筑抗震设计对策

2.1 结构规则性

建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求,对建筑进行合理的布置,大量地震灾害表明,平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能,因为该种结构建筑容易估计出其地震反映,易于采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理。建筑结构的规则性是指建筑物在平立面外形尺寸、抗侧力构件布置、承载力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面对称均匀,体型简单,结构刚度,质量沿建筑物竖向变化均匀,同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响,并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀,以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。

2.2 层间位移限制

高层建筑都具有较大的高宽比,其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移, 甚至会超过结构的位移限值。而国内普遍认为该位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关,其中钢筋混凝土结构的位移限值(一般在 1/400-1/700 范围内)则比钢结构(1/200-1/500 范围内)要求严格 ,风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格。 因此在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况以及所处的地理位置进行设计,既要满足其具有足够的刚度又要避免结构在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性以及正常使用功能等。

2.3 控制地震扭转效应

大量事实表明,当建筑结构的平面布置等不规则、不对称导致建筑层间水平荷载合力中心与建筑结构刚度中心不重合,在地震发生时建筑结构除发生水平位移外还易发生扭转性破坏甚至会导致结构整体倒塌,因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。由于建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的层间变形不同,其中距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元的层间侧移最大;同时在上下刚度不均匀变化的结构中,各层的刚度中心未能在同一轴线上,甚至会产生较大差距,以上情况都会使各层结构的偏心距和扭矩发生改变,因此,在设计过程中应对各层的扭转修正系数分别计算。 计算时应主要控制周期比、位移比两个重要指标,即当两个控制参数的计算结果不能满足要求时则必须对其进行调整。当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面或增加抗侧力构件数量的方法,并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周,以减小刚度中心与质量中心的相对偏心,若调整构件刚度不能满足效果时则应调整抗侧力构件布置,以增大结构抗扭刚度。

2.4 减小地震能量输入

具有良好抗震性能的高层建筑结构要求结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求,因此在设计过程中除了控制构件的承载力外还应控制结构在地震作用下的层间位移极限值或位移延性比,然后根据构件变形与结构位移的关系来确定构件的变形值,同时根据截面达到的应变大小及分布来确定构件的构造要求,选择坚硬的场地土来建造高层建筑等方法来减小地震能量的输入。

2.5 减轻结构自重

对于同样的地基条件下进行建筑结构设计若减轻结构自重则可相应增加层数或减少地基处理造价,尤其是在软土基础上进行结构设计这一作用更为明显,同时由于地震效应

与建筑质量成正比,而高层建筑由于其高度大重心高等特点,在地震作用时其倾覆力矩也随之增加,因此,为了尽量减小其倾覆力矩应对高层建筑物的填充墙及隔墙尽量采用轻质材料以减轻结构自重。

2.6 选择合理结构类型

高层建筑的竖向荷载主要使结构产生轴向力,水平荷载主要产生弯矩。其竖向荷载方向不变,但随着建筑高度增加而增加,水平荷载则来自任何方向,因此竖向荷载引起建筑物的侧移量非常小,而水平荷载产生的侧移则与高度成四次方变化,即在高层结构中水平荷载的影响远远大于竖向荷载的影响,因此水平荷载应为设计的主要控制因素,在设计过程中应需在满足建筑功能及抗震性能的前提下选择切实可行的结构类型,使其具有良好的结构性能。

2.7 尽可能设置多道抗震防线

当发生强烈地震之后往往伴随多次余震,如只有一道防线,则在第一次破坏后再遭余震,将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度,有意识地建立一系列分布的屈服区,主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度,以使结构能吸收和耗散大量的地震能量,提高结构抗震性能,避免大震时倒塌。

3.结束语

随着我国经济的快速发展,高层建筑也越来越多,在这种情况下必须做好抗震设计。设计人员在高层建筑抗震设计中,都是按照抗震结构设计规范进行的,他们希望设计的结构能够达到强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳,为此从结构总体方案设计一开始,就运用人们对建筑结构抗震己有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布,构件延性等问题,从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理,再辅以必要的计算和构造措施,从而消除建筑物抗震的薄弱环节,以达到合理抗震设计的目的。

参考文献:

篇8

关键词 :钢筋混凝土高层建筑 抗震 结构设计 探讨

钢筋混凝土高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的,我们在设计时要选用适合的抗震结构,注重建筑结构材料的选择,减小地震的作用力,增强地震的抵抗力,从而达到高层建筑抗震的目的。

1.钢筋混凝土高层建筑抗震设计存在的问题

1.1 工程地质勘查资料不全

在设计初期,设计人员应该及时掌握施工场地的地质情况,但是往往在设计过程中,却没有建筑场地岩土工程的勘察资料,就不能很好的进行地基设计,给建筑物的结构带来安全隐患。

1.2 建筑材料不满足要求

对于材料而言,我们要明确这样一个道理:地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下,质量大,地震作用就大,震害程度就大,质量小,地震作用就小,震害就小。所以,在建筑物的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中,广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材等轻质材料,将能显著改善建筑物的抗震性能。

1.3 建筑物本身的建筑结构设计

建筑物如果平面布置复杂,致使质心与刚心不重合,在地震作用下产生扭转效应,加剧了地震的破坏作用,海城地震和唐山地震中有不少类似震害实例。台湾 9.21 地震中,一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则,在水平地震作用下,结构产生严重扭转效应而破坏倒塌,同时撞坏相邻建筑上部的阳台。

1.4 平面布局的刚度不均

抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称,建筑的质量分布和刚度变化宜均匀,否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称:一边进深大,一边进深小;一边设计大开间,一边为小房间;一边墙落地承重,一边又为柱承重。 平面形状采用 L、π 形不规则平面等,造成了纵向刚度不均,而底层作为汽车库的住宅,一侧为进出车需要,取消全部外纵墙,另一侧不需进出车辆,因而墙直接落地,造成横向刚度不均。 这些都对抗震极为不利。

1.5 防震缝设置不规范

对于高层建筑存在下列三种情况时,宜设防震缝:平面各项尺寸超过《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)中表 2.2.3 的限值而无加强措施;房屋有较大错层;各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施;但有的竟未采取任何抗震措施又未设防震缝。

1.6 结构抗震等级掌握不准

结构抗震等级有的提高了,而有的又降低了,主要是对场地土类型、结构类型、建筑高度、设防烈度等因素综合评定不准造成。

上述这些问题的存在,倘若不能得到改正,势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的,这就需要设计人员从设计的角度避免这些问题的出现,防止将这种问题带入施工中,从而保证高层建筑的抗震性。

2.高层建筑抗震设计对策

2.1 结构规则性

建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求,对建筑进行合理的布置,大量地震灾害表明,平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能,因为该种结构建筑容易估计出其地震反映,易于采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理。建筑结构的规则性是指建筑物在平立面外形尺寸、抗侧力构件布置、承载力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面对称均匀,体型简单,结构刚度,质量沿建筑物竖向变化均匀,同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响,并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀,以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。

2.2 层间位移限制

高层建筑都具有较大的高宽比,其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移, 甚至会超过结构的位移限值。而国内普遍认为该位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关,其中钢筋混凝土结构的位移限值(一般在 1/400-1/700 范围内)则比钢结构(1/200-1/500 范围内)要求严格 ,风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格。 因此在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况以及所处的地理位置进行设计,既要满足其具有足够的刚度又要避免结构在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性以及正常使用功能等。

2.3 控制地震扭转效应

大量事实表明,当建筑结构的平面布置等不规则、不对称导致建筑层间水平荷载合力中心与建筑结构刚度中心不重合,在地震发生时建筑结构除发生水平位移外还易发生扭转性破坏甚至会导致结构整体倒塌,因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。计算时应主要控制周期比、位移比两个重要指标,即当两个控制参数的计算结果不能满足要求时则必须对其进行调整。当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面或增加抗侧力构件数量的方法,并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周,以减小刚度中心与质量中心的相对偏心,若调整构件刚度不能满足效果时则应调整抗侧力构件布置,以增大结构抗扭刚度。

2.4 减小地震能量输入

具有良好抗震性能的高层建筑结构要求结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求,因此在设计过程中除了控制构件的承载力外还应控制结构在地震作用下的层间位移极限值或位移延性比,然后根据构件变形与结构位移的关系来确定构件的变形值,同时根据截面达到的应变大小及分布来确定构件的构造要求,选择坚硬的场地土来建造高层建筑等方法来减小地震能量的输入。

2.5 减轻结构自重

对于同样的地基条件下进行建筑结构设计若减轻结构自重则可相应增加层数或减少地基处理造价,尤其是在软土基础上进行结构设计这一作用更为明显,同时由于地震效应

与建筑质量成正比,而高层建筑由于其高度大重心高等特点,在地震作用时其倾覆力矩也随之增加,因此,为了尽量减小其倾覆力矩应对高层建筑物的填充墙及隔墙尽量采用轻质材料以减轻结构自重。

2.6 选择合理结构类型

高层建筑的竖向荷载主要使结构产生轴向力,水平荷载主要产生弯矩。其竖向荷载方向不变,但随着建筑高度增加而增加,水平荷载则来自任何方向,因此竖向荷载引起建筑物的侧移量非常小,而水平荷载产生的侧移则与高度成四次方变化,即在高层结构中水平荷载的影响远远大于竖向荷载的影响,因此水平荷载应为设计的主要控制因素,在设计过程中应需在满足建筑功能及抗震性能的前提下选择切实可行的结构类型,使其具有良好的结构性能。

2.7 尽可能设置多道抗震防线

当发生强烈地震之后往往伴随多次余震,如只有一道防线,则在第一次破坏后再遭余震,将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度,有意识地建立一系列分布的屈服区,主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度,以使结构能吸收和耗散大量的地震能量,提高结构抗震性能,避免大震时倒塌。

3.结束语

随着我国经济的快速发展,高层建筑也越来越多,在这种情况下必须做好抗震设计。设计人员在高层建筑抗震设计中,都是按照抗震结构设计规范进行的,他们希望设计的结构能够达到强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳,为此从结构总体方案设计一开始,就运用人们对建筑结构抗震己有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布,构件延性等问题,从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理,再辅以必要的计算和构造措施,从而消除建筑物抗震的薄弱环节,以达到合理抗震设计的目的。

参考文献:

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