論述某高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)原則

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1、論述某高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)原則論述某高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)原則　摘要:概念設(shè)計(jì)是展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵,一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì),并能有正確意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。下面對(duì)近幾年設(shè)計(jì)的高層建筑的適宜剛度、破壞機(jī)制、抗震、抗風(fēng)四個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了簡要的分析。　　　　樓層破壞機(jī)制,整體破壞機(jī)制是建筑結(jié)構(gòu)的兩種破壞機(jī)制(如圖)?！　≡O(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生樓層破壞機(jī)制,這種破壞出現(xiàn)說明柱中存在簿弱環(huán)節(jié)(尤其是核芯區(qū)),在其它構(gòu)件未充分發(fā)揮作用之前,結(jié)構(gòu)已提前破壞。設(shè)計(jì)人員就是要盡量使建筑物達(dá)到

2、整體破壞機(jī)制,但要使設(shè)計(jì)的建筑達(dá)到整體破壞是不容易的。首先地震作用是隨機(jī)的,其次建筑施工質(zhì)量好壞、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋替代、配筋大小都會(huì)影響設(shè)計(jì)意圖。盡管如此,我們的責(zé)任和目的還是努力使結(jié)構(gòu)達(dá)到理想的破壞機(jī)制。上圖是框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的理想破壞機(jī)制。下面分別對(duì)框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)　　構(gòu)三種結(jié)構(gòu)整體破壞機(jī)制介紹如下:　　1．1框架結(jié)構(gòu)　　理想破壞機(jī)制如上圖1?？蚣茉诘卣鹆ψ饔孟率紫仍诹憾顺霈F(xiàn)塑性鉸,塑性鉸出現(xiàn)后,剛度明顯下降,自震周期加長,地震作用減小,受力狀態(tài)得以改善。如強(qiáng)震繼續(xù)作用,那么底層柱彎距增大,導(dǎo)致下部出現(xiàn)塑性鉸,結(jié)構(gòu)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

3、,很可能房屋會(huì)倒塌。為避免這種情況的發(fā)生,提高柱底的結(jié)構(gòu)可靠性,提高延性,推遲這一部位塑性鉸出現(xiàn),在市綜合技術(shù)大樓設(shè)計(jì)中,底層柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35,配筋基本按計(jì)算配置,柱底部在構(gòu)造措施上加強(qiáng),配筋率有所提高?！　?．2剪力墻結(jié)構(gòu)　　剪力墻分為剪力墻、聯(lián)肢剪力墻兩種。剪力墻剛度很大,抗彎和抗剪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的主要目的。剪力墻塑化過程是在底部出現(xiàn)塑性鉸,因此設(shè)計(jì)應(yīng)盡量提高這一部位的延性,對(duì)其抗彎、抗剪可靠性予以提高。為了不使塑性鉸在剪力墻底部發(fā)生,規(guī)范規(guī)定了提高彎距來計(jì)算抗彎和抗剪鋼筋。市綜合技術(shù)大樓剪力墻根據(jù)計(jì)算配筋只需Φ14@200,但為了加強(qiáng)底部我們按規(guī)范的構(gòu)造要求加

4、到了Φ16@200。聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu),塑化歷程是在連肢梁上出現(xiàn)塑性鉸,吸收地震能量,改變建筑物整體剛度,減小建筑物承受的地震作用,有強(qiáng)震繼續(xù)作用,會(huì)導(dǎo)致底部出現(xiàn)塑性鉸,建筑物的變形急劇增大并喪失穩(wěn)定。從剪力墻、聯(lián)肢剪力墻理想破壞機(jī)制看,設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是底部的抗彎、抗剪強(qiáng)度,在設(shè)計(jì)中提高這一部位的可靠性,注意延性設(shè)計(jì),就可以保證建筑物在地震中的安全性?！　?．3框架一剪力墻結(jié)構(gòu)　　其塑化歷程先在連肢梁中出現(xiàn)塑性鉸,后在剪力墻底部出現(xiàn)塑性鉸,再向后發(fā)展才是框架梁上,最后是柱底部出現(xiàn)塑性鉸?？蚣軇偠容^小,重點(diǎn)在延性設(shè)計(jì);剪力墻剛度大,首先是強(qiáng)度設(shè)計(jì),其次是延性設(shè)計(jì)。由上述可得出框架一

5、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)首先是強(qiáng)度設(shè)計(jì),其次是延性設(shè)計(jì)。市綜合技術(shù)大樓的設(shè)計(jì)就是按這一順序來進(jìn)行的,首先滿足結(jié)構(gòu)斷面尺寸,其次按計(jì)算配置鋼筋?！　?．1等強(qiáng)度與耗能設(shè)計(jì)原則　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要避免設(shè)計(jì)不當(dāng),造成在地震力作用下部分主要構(gòu)件破壞,或是整幢建筑物連續(xù)破壞的局面,故結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)要注意加強(qiáng)薄弱部位,盡量做到等強(qiáng)度。如角柱的配筋適當(dāng)加強(qiáng),防止角柱先破壞,以免引起其它部位的破壞。中心大樓合樓在設(shè)計(jì)中所有角柱都按計(jì)算的配筋增加了%鋼筋,以避免在地震力作用下受扭而首先破壞。另一方面,還要考慮結(jié)構(gòu)好的耗能系統(tǒng),耗能系統(tǒng)的作用主要是在強(qiáng)震下,使建筑物產(chǎn)生塑性變形,設(shè)計(jì)中在某些部位要人為地制造

6、若干薄弱環(huán)節(jié),以便比較容易產(chǎn)生一些塑性鉸消耗大量的能量,增大結(jié)構(gòu)的整體延性?！　?．2結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)原則　　地震區(qū)搞設(shè)計(jì)必須對(duì)結(jié)構(gòu)延性有清晰的概念。結(jié)構(gòu)延性一般用延性系數(shù)來表示,它表示的是結(jié)構(gòu)破壞變形△(位移、轉(zhuǎn)角、曲率)與屈服變形△Y的比值。即:u=△u/△y延性越大,則結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下可忍受大的塑性變形而不致倒塌、破壞,即結(jié)構(gòu)延性好。通常,為保證結(jié)構(gòu)有良好的抗震性能,一般要求>4?；炷裂有韵禂?shù)一般是1～2,提高混凝土強(qiáng)度等級(jí),延性系數(shù)稍有增加,影響不大。鋼筋則不同,延性很好,級(jí)別低則延性好,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性主要靠鋼筋延性來實(shí)現(xiàn),因此在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意鋼筋級(jí)別、配筋

7、率大小、構(gòu)造措施等?！　?．3強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)原則　　這個(gè)原則在框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中是很重要的原則,其目的是為了保證在強(qiáng)震下,框架結(jié)構(gòu)的塑性鉸在梁上產(chǎn)生,而不發(fā)生在柱上。使結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震時(shí)能降低地震對(duì)結(jié)構(gòu)的作用。增大結(jié)構(gòu)延性,使框架產(chǎn)生塑性變形。假如不按這一原則設(shè)計(jì),柱子會(huì)先產(chǎn)生塑性鉸,結(jié)構(gòu)樓層破壞,導(dǎo)致建筑物倒塌。因此,應(yīng)按規(guī)范要求采取必要的結(jié)構(gòu)措施,使粱先于柱產(chǎn)生塑性鉸。市綜合技術(shù)大樓考慮到這一原則,柱子軸壓比控制在～之間,梁配筋率不大于%。　　2．4充分考慮地震耦合作用　　地震是非平穩(wěn)隨機(jī)過程,它對(duì)建筑物作