淺談高層住宅上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題

1、<p>　　淺談高層住宅上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題</p><p>　　摘要：本文根據(jù)本人幾年來結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐，并結(jié)合工程實(shí)例，對高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常遇問題，解決方法及措施進(jìn)行了探討分析。關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　當(dāng)今，高層建筑尤如雨后春筍。在設(shè)計(jì)過程中，使結(jié)構(gòu)既合理，又經(jīng)濟(jì)節(jié)省已越來越得到關(guān)注。從目前的設(shè)計(jì)中，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員在電算過程中，往往僅對個別超

2、限構(gòu)件、超限信息進(jìn)行調(diào)整。而對整個結(jié)構(gòu)方案是否完善，是否充分利用構(gòu)件，是否會產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，則沒有太多詳細(xì)考慮。現(xiàn)以公共建筑樓作為例子，對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題及措施進(jìn)行探討。 </p><p><b>　　一、 工程概況： </b></p><p>　　某公共建筑樓位于廣東省佛山市三水區(qū)。地下一層為人防地下室，地上部分為15層辦公樓。主體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，

3、無轉(zhuǎn)換，抗震設(shè)防烈度為六度，基本風(fēng)壓為0.50KN/m2，體型系數(shù)取1.4。建筑總高度58.4m，框架、剪力墻抗震等級為三級。場地類別為II類，地面粗糙度為C類。 </p><p><b>　　二、 概念設(shè)計(jì)： </b></p><p>　　所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難從作出精確力學(xué)分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置

4、和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。 </p><p>　　概念設(shè)計(jì)具體到工程設(shè)計(jì)中的主要措施有如下方面。（1）布置剪力墻時，在結(jié)構(gòu)平面上盡量使X向和Y向抗側(cè)剛度接近，整體結(jié)構(gòu)的形心和剛心盡可能重合，使結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜接近。（2）剪力墻不宜過多過長以免剛度過大，以滿足軸壓比并盡可能接近最小軸壓比要求為標(biāo)準(zhǔn)。（3）在梁系布置上，應(yīng)力求受力明確，傳力路徑簡捷，避免梁系為多重搭接傳力。（4）在豎向布置上也要力求均勻

5、，避免少數(shù)樓層出現(xiàn)薄弱部位，應(yīng)使結(jié)構(gòu)整體形成均勻的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。 </p><p><b>　　三、總體指標(biāo)控制 </b></p><p><b>　　1、 位移比 </b></p><p>　　位移比，即樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移與平均水平位移的比值。對于位移比超限，首先應(yīng)參考其他整體指標(biāo)如層間位移角、周期等，以及參看

6、結(jié)構(gòu)整體空間振動簡圖、各層配筋構(gòu)件編號簡圖。如果抗側(cè)剛度很大，可考慮減小相應(yīng)部位的剛度；如果抗側(cè)剛度較小，可考慮增加相應(yīng)部位的剛度。增加剛度可采取的方法有：調(diào)整最大位移發(fā)生處的梁尺寸，或最大位移發(fā)生處的墻肢長度或厚度，以增加該處的剛度，減小位移。本工程為廣東項(xiàng)目，當(dāng)層間位移很小時，位移比可適當(dāng)放寬。 </p><p><b>　　2.周期比： </b></p><p>

7、;　　周期比即結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期（也稱第一扭振周期）Tt與平動為主的第一自振周期（也稱第一側(cè)振周期）T1的比值。周期比主要控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱。 </p><p>　?。?）人工按如下步驟驗(yàn)算周期比： </p><p>　　a）根據(jù)各振型的兩個平動系數(shù)和一個扭轉(zhuǎn)系數(shù)（三者之和等于1）判別各振型分別是扭轉(zhuǎn)為主的振型（也稱扭振振型）還

8、是平動為主的振型（也稱側(cè)振振型）； </p><p>　　b）周期最長的扭振振型對應(yīng)的就是第一扭振周期Tt，周期最長的側(cè)振振型對應(yīng)的就是第一側(cè)振周期T1； </p><p>　　c）計(jì)算Tt / T1，看是否超過0.9（0.85）。 </p><p>　　對于多塔結(jié)構(gòu)周期比，不能直接按上面的方法驗(yàn)算，這時應(yīng)該將多塔結(jié)構(gòu)分成多個單塔，按多個結(jié)構(gòu)分別計(jì)算、分別驗(yàn)算（注意

9、不是在同一結(jié)構(gòu)中定義多塔，而是按塔分成多個結(jié)構(gòu)）。 </p><p>　　（2）對于剛度均勻的結(jié)構(gòu)，在考慮扭轉(zhuǎn)耦連計(jì)算時，一般來說前兩個或幾個振型為其主振型，但對于剛度不均勻的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，上述規(guī)律不一定存在。 </p><p>　?。?）振型分解反應(yīng)譜法分析計(jì)算周期，地震力時，還應(yīng)注意兩個問題，即計(jì)算模型的選擇與振型數(shù)的確定。 </p><p>　?。?）一旦出現(xiàn)周期

10、比不滿足要求的情況，調(diào)整原則是要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圈，或者削弱內(nèi)筒。 </p><p>　?。?）扭轉(zhuǎn)周期控制及調(diào)整難度較大，要查出問題關(guān)鍵所在，采取相應(yīng)措施，才能有效解決問題。 </p><p>　　a）扭轉(zhuǎn)周期大小只與樓層抗扭剛度有關(guān)； </p><p>　　b）剪力墻全部按照同一主軸兩向正交布置時，較易滿足；周邊墻與核心筒墻成斜交布置時要注意檢查是否滿足； </

11、p><p>　　c）當(dāng)不滿足周期限制時，若層位移角控制潛力較大，宜減小結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件剛度，增大平動周期； </p><p>　　d）當(dāng)不滿足周期限制時，且層位移角控制潛力不大，應(yīng)檢查是否存在扭轉(zhuǎn)剛度特別小的層，若存在應(yīng)加強(qiáng)該層的抗扭剛度； </p><p>　　e）當(dāng)不滿足扭轉(zhuǎn)周期限制，且層位移角控制潛力不大，各層抗扭剛度無突變，說明核心筒平面尺度與結(jié)構(gòu)總高度之比偏小，應(yīng)

12、加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墻厚，增大核心筒的抗扭剛度。 </p><p><b>　　3 剛度比 </b></p><p>　　剛度比指結(jié)構(gòu)豎向不同樓層的側(cè)向剛度的比值，對于地下室結(jié)構(gòu)頂板能否作為嵌固端，轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)剛度能否滿足要求，及薄弱層的判斷，均以層剛度比作為依據(jù)。 </p><p>　　調(diào)整要點(diǎn)： （1）要求在剛性樓板假定條件

13、下計(jì)算。對于有彈性板或板厚為零的工程，應(yīng)計(jì)算兩次，在剛性樓板假定條件下計(jì)算層剛度比并找出薄弱層，然后在真實(shí)條件下完成其它結(jié)構(gòu)計(jì)算。 </p><p>　　（2）根據(jù)剛度比的計(jì)算結(jié)果或?qū)娱g剪力的大小判定薄弱層，并乘以放大系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)安全。 </p><p><b>　　4.剛重比 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度與重力荷載設(shè)計(jì)值之

14、比稱為剛重比。它是影響重力二階效應(yīng)的主要參數(shù)，且重力二階效應(yīng)隨著結(jié)構(gòu)剛重比的降低呈雙曲線關(guān)系增加。高層建筑在風(fēng)荷載或水平地震作用下，若重力二階效應(yīng)過大則會引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)倒塌，故控制好結(jié)構(gòu)的剛重比，則可以控制結(jié)構(gòu)不失去穩(wěn)定。 </p><p><b>　　5、剪重比： </b></p><p>　　剪重比即最小地震剪力系數(shù)λ，主要是控制各樓層最小地震剪力，尤其是對于基本

15、周期大于3.5S的結(jié)構(gòu)，以及存在薄弱層的結(jié)構(gòu)，出于對結(jié)構(gòu)安全的考慮。 </p><p>　　對于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層的水平地震剪力應(yīng)增大1.15倍；對于一般高層建筑而言，結(jié)構(gòu)剪重比底層為最小，頂層最大，故實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)剪重比由底層控制，由下到上，哪層的地震剪力不夠，就放大哪層的設(shè)計(jì)地震內(nèi)力；若剪重比過小，均為構(gòu)造配筋，說明底部剪力過小，要對構(gòu)件截面大小、周期折減等進(jìn)行檢查；若剪重比過大，說明底部剪力很大，也應(yīng)

16、檢查結(jié)構(gòu)模型，參數(shù)設(shè)置是否正確或結(jié)構(gòu)布置是否太剛。 </p><p><b>　　6、軸壓比 </b></p><p>　　軸壓比指考慮地震作用組合的框架柱和框支柱軸向力設(shè)計(jì)值N與柱全截面積A和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc乘積之比。它是影響墻柱抗震性能的主要因素之一，為了使柱墻具有很好的延性和耗能能力，規(guī)范采取的措施之一就是限制軸壓比。 </p><

17、;p>　　總之，高層住宅的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持概念設(shè)計(jì)，以承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標(biāo)，實(shí)施多道防線、剛?cè)峤Y(jié)合的基本理念。只有這樣才能真正設(shè)計(jì)出安全合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3―2002》，中國建筑工業(yè)出版社2002年出版 </p><p

18、>　　[2] 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》中國建筑工業(yè)出版社出版 </p><p>　　[3] 《廣東省實(shí)施（JGJ 3―2002）補(bǔ)充規(guī)定》 </p><p>　　[4] 《高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)》高立人、方鄂華、錢稼如 著，中國計(jì)劃出版社2005年出版 </p><p>　　[5] 《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見及疑難問題解析》徐建 著，中國建筑工業(yè)出版