高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之我見

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1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之我見高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之我見摘要：隨著高層建筑的增多，結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)已越來(lái)越重要。本文筆者以我國(guó)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等為基礎(chǔ)，對(duì)不規(guī)則的高層建筑的概念、定義進(jìn)行闡述，在不規(guī)則高層建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)如何運(yùn)用規(guī)范措施，此文可供參考?！　　　〗Y(jié)構(gòu)的對(duì)稱性內(nèi)含于建筑之中，它主要指建筑中抗側(cè)力的主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱。對(duì)稱的建筑如平面對(duì)稱的框架結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體框架結(jié)構(gòu)等，一般比較容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。不對(duì)稱的建筑如平面形狀復(fù)雜的L型、T型、ㄅ型等建筑，樓

2、梯間、電梯間偏于平面的一側(cè)或一角的建筑等，內(nèi)含結(jié)構(gòu)的基本對(duì)稱仍是可以實(shí)現(xiàn)的。這主要取決于結(jié)構(gòu)工程師結(jié)合建筑平面的功能和需要進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)布置，如筒體、剪力墻的合理布置，可以設(shè)法調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛心與建筑物的質(zhì)心平面的形心盡量接近，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基本對(duì)稱。結(jié)構(gòu)的較大不對(duì)稱、不規(guī)則，將引起結(jié)構(gòu)在水平側(cè)力(風(fēng)荷載、地震荷載)作用下產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，不利于荷載結(jié)構(gòu)抗側(cè)力，不利于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如填充墻、幕墻的正常工作，同時(shí)要招致結(jié)構(gòu)耗材、成本的較大增加。所以建筑物的主體對(duì)稱性十分重要，要注意在盡可能條件下盡量予以滿足，這點(diǎn)在建筑平面布置中

3、尤需特別加以注意。　　國(guó)內(nèi)、國(guó)外歷次大地震震害表明，平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心和抗扭轉(zhuǎn)剛度太弱的建筑結(jié)構(gòu)，在地震中受到嚴(yán)重的破壞。國(guó)內(nèi)一些振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)結(jié)果表明，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)需從以下兩個(gè)方面加以限制：　　1）限制建筑結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生過(guò)大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)?！　?）限制建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度不能太弱。關(guān)鍵是限制扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tc與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比。當(dāng)兩者接近時(shí)。由于振動(dòng)耦連的影響，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯增大?！　∧壳霸诠こ淘O(shè)計(jì)中應(yīng)用的多

4、數(shù)計(jì)算分析方法和計(jì)算方法，都假定樓板在平面內(nèi)不變形，平面內(nèi)剛度無(wú)限大，這對(duì)于大多數(shù)工程來(lái)說(shuō)是可以接受的。但是當(dāng)樓板有大的凹入，大的開洞時(shí)，樓板在平面內(nèi)消弱過(guò)大、樓板產(chǎn)生顯著的變形，這時(shí)剛性樓板的假定不再適用，要采用考慮樓板變形影響的計(jì)算方法和相應(yīng)的計(jì)算程序。考慮樓板的實(shí)際剛度可以采用將樓板等效為受彎水平梁的簡(jiǎn)化方法，也可以將樓板劃分為單元后采用有限元法進(jìn)行計(jì)算。中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM工程部研制的SATWE軟件(XX年12月版)可以考慮柔性樓板的假定。當(dāng)樓板平面過(guò)于狹長(zhǎng)、有較大的凹入和開洞而使樓板有過(guò)大消弱時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)

5、中考慮樓板變形產(chǎn)生的不利影響。樓板凹入和開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半，樓板開洞總面積不宜超過(guò)樓面面積30%；在扣除凹入和開洞后，樓板在任一方向的最小靜寬度不宜小于5m，且開洞后每一邊的樓板靜寬度不應(yīng)小于2m?！　∑渲?，a1≥2m，a2≥2m，a1+a2≥5m?！　〗遣恐氐图?xì)腰的平面圖形，在中央部位形成狹窄部分，在地震中容易產(chǎn)生震害，尤其在凹角部位，因?yàn)閼?yīng)力集中易使樓板開裂、破壞。這些部位應(yīng)采用加大樓板厚度，增加樓板配筋，設(shè)置集中配筋的邊梁，配筋45度斜向鋼筋等加強(qiáng)措施。　　高層住宅建筑常采用サ字形、井字形平面，以利于

6、通風(fēng)采光，而將樓梯間、電梯間集中布置于中央部位。當(dāng)中央部位樓電梯間使樓板過(guò)分消弱時(shí)，此時(shí)應(yīng)將樓電梯間周邊的剩余樓板加厚，并加強(qiáng)配筋。外伸部分形成的凹槽宜設(shè)置連接梁或連接板，連接梁宜寬扁放置并增多配筋，連接梁和連接板最好每層設(shè)置?！　】拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)建筑平面形狀復(fù)雜而又無(wú)法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置使之成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時(shí)，宜設(shè)置防震縫將其劃分為較簡(jiǎn)單的幾個(gè)結(jié)構(gòu)單元。這一點(diǎn)在結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)時(shí)有非常重要的指導(dǎo)意義?！　】拐鹂p兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時(shí)，抗震縫寬度按不利的體系考慮，并按較低一側(cè)的高度計(jì)算確定縫寬?？拐鹂p應(yīng)沿房屋全高設(shè)置，基礎(chǔ)

7、及地下室可不設(shè)置抗震縫，但抗震縫處應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造和連接，當(dāng)相鄰結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)存在較大沉降時(shí)，宜加大抗震縫的寬度。8、9度框架房屋抗震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大時(shí)，可在縫兩側(cè)房屋的盡端沿全高設(shè)置垂直于抗震縫的抗震墻，每一側(cè)抗震墻的數(shù)量不應(yīng)少于兩道，宜分別對(duì)稱布置，墻肢的長(zhǎng)度可不大于一個(gè)柱距，框架和抗震墻的內(nèi)力應(yīng)按考慮和不考慮抗震墻兩種情況分別進(jìn)行分析，并按不利情況取值?？拐饓υ诳拐饓σ欢说倪呏拷顟?yīng)沿房屋全高加密?！　v次震害表明；結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變、外形外挑內(nèi)收等，都會(huì)產(chǎn)生變形在某些樓層的過(guò)分集中，出現(xiàn)嚴(yán)重震害甚至倒塌。

8、所以設(shè)計(jì)中應(yīng)力要求自下而上剛度逐漸、均勻減少、提型均勻不突變。1995年日本阪神地震中，大阪和神戶市不少建筑物產(chǎn)生中部樓層嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象，其中一個(gè)原因就是結(jié)構(gòu)剛度在中部樓層產(chǎn)生突變。有些是柱截面尺寸和混凝土強(qiáng)度在中部樓層突然減小，有些是由于使用要求而剪力墻在中部突然取消，這些都引發(fā)樓層剛度的突變而產(chǎn)生嚴(yán)重震害。　　由