芻議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)

1、城市建設(shè)2010年總第70期CONSTRUCTION常部位進(jìn)行補(bǔ)充加密處理，0160～0265樁號(hào)范圍新增一排帷幕灌漿孔，灌漿壓力在2.5Mpa～4Mpa，其中心線布置在原有的第一排帷幕灌漿孔下游0.5m，中心線樁號(hào)為壩縱0＋5.25m，孔距1.5m，入基巖50m，保證穿過f136斷層。從灌漿的過程來看，出現(xiàn)局部灌前簡(jiǎn)易壓水透水率較小而耗灰量較大或透水性較大而耗灰量較小的反常情況，分析原因主要有兩點(diǎn)：1做簡(jiǎn)易壓水的壓力為1Mpa，而灌漿

2、壓力都在2.5～4Mpa，這樣就有不少的灌漿段在壓水試驗(yàn)時(shí)透水率很?。ㄉ踔羜=0Lu），而灌漿時(shí)由于有的裂隙被擴(kuò)張，耗灰量比較大；2巖體風(fēng)化程度比較深，為全風(fēng)化帶，壓水試驗(yàn)時(shí)透水率較大，而灌漿時(shí)注入漿液很少，且有局部的吸水不吸漿現(xiàn)象。樁號(hào)0179～0221范圍帷幕灌漿過程中較多出現(xiàn)吸水不吸漿、塌孔、返砂現(xiàn)象，且灌后壓水檢查不合格的主要集中在此范圍，監(jiān)測(cè)成果也顯示該段壩基揚(yáng)壓力偏大。對(duì)此做了普通水泥漿液和超細(xì)水泥漿液灌漿效果對(duì)比，從同一灌

3、漿孔中透水率相近的情況下，普通水泥與特細(xì)水泥的注入量差異不大。灌漿結(jié)束后，分析灌漿成果發(fā)現(xiàn)，在提高灌漿壓力、加排、加密、加深等措施后，仍然存在透水率偏大單耗偏小，涌水空段不吸獎(jiǎng)或吸漿量很小等現(xiàn)象。出現(xiàn)透水率偏大單耗偏小的主要原因是微細(xì)裂隙用普通水泥和特細(xì)水泥漿得不到有效灌注。配合觀后壓水檢查，不合格壩基主要集中在0179～0221段。▽下水庫蓄水后，在增加帷幕孔施工前庫區(qū)水位為192m，排水孔排水總量為54Lmin▽。目前大壩蓄水位21

4、3.7m排水孔排水總量為6Lmin考慮到排水孔在帷幕施工過程中受水泥漿液堵塞，暫未進(jìn)行掃孔，因此該數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映壩基滲水量。通過分析灌漿資料和對(duì)比加強(qiáng)帷幕灌漿前后的檢測(cè)成果，對(duì)0179~0221范圍帷幕進(jìn)行化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)，其中心線布置在原有的第一排帷幕灌漿孔下游0.5m，孔距3m，入巖孔深20m，橫河向偏右岸傾斜角15。采用純壓式的灌漿工藝，每孔分2段。每段段長10m，帷幕灌漿壓力1.5Mpa。5結(jié)束語由于f136斷層風(fēng)化程度比較深，影

5、響帶范圍廣，在初始的帷幕灌漿達(dá)不到效果，后期補(bǔ)充的帷幕灌漿經(jīng)過加密，增壓和加深，且利用了特細(xì)的水泥漿都沒得到有效地關(guān)注，斷層部位出現(xiàn)吸水不吸漿的情況，最終采取化學(xué)灌漿才取得效果。在以后的工程實(shí)例中，遇到這種風(fēng)化程度深，灌漿吸水不吸漿的情況，在水泥灌漿得不到效果，不能保證滲漏量符合要求的話，可直接采取化學(xué)灌漿的方式。參考文獻(xiàn)：[1]廖建強(qiáng)、袁鷹、吳國榮等惠州抽水蓄能電站工程下水庫蓄水安全鑒定設(shè)計(jì)自檢報(bào)告【R】廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院出

6、版6669[2]GB5028799水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范68691概念設(shè)計(jì)的重要性概念設(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。一般認(rèn)為，概念設(shè)計(jì)做得好的結(jié)構(gòu)工程師，其結(jié)構(gòu)概念將隨工程師的年齡與實(shí)踐的增長而越來越豐富，設(shè)計(jì)成果也越來越創(chuàng)新、完善。強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要，主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不

7、可計(jì)算性，比如對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法，而截面設(shè)計(jì)卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這一矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)這類計(jì)算理論的缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。概念設(shè)計(jì)之所以重要，還在于在方案設(shè)計(jì)階段，初步設(shè)計(jì)過程是不能借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好、造價(jià)最低的

8、結(jié)構(gòu)方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，深入、深刻了解各類結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識(shí)地、靈活地運(yùn)用它們。2選擇合理的結(jié)構(gòu)方案高層建筑的受力特點(diǎn)不同于低層建筑，對(duì)于同時(shí)承受垂直荷載和水平荷載的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)內(nèi)力看，在低層建筑中，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力較小，結(jié)構(gòu)以抵抗垂直荷載產(chǎn)生的軸力為主，彎矩和剪力的影響較小。隨著高度的增加，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移迅速增加。而高層建筑從本質(zhì)上講是一個(gè)豎向懸臂結(jié)構(gòu)，垂直荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力與建筑物高

9、度大體為線性關(guān)系水平荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩。從受力特性看，垂直荷載方向不變，隨建筑物的增高僅引起量的增加而水平荷載可來自任何方向，當(dāng)為均布荷載時(shí)，彎矩與建筑物高度呈二次方變化。從側(cè)移特性看，豎向荷載引起的側(cè)移很小，而水平荷載當(dāng)為均布荷載時(shí)，側(cè)移與高度成四次方變化。在低層結(jié)構(gòu)中，往往是垂直荷載為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素，一般通過建筑材料本身的特性即可滿足設(shè)計(jì)要求。在高層結(jié)構(gòu)中，水平荷載的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直荷載的影響，水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素，結(jié)

10、構(gòu)抵抗水平荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力以及拉應(yīng)力和壓應(yīng)力應(yīng)有較大的強(qiáng)度外，同時(shí)要求結(jié)構(gòu)要有足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。由于高層建筑具有上述的受力特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)過程中，在滿足建筑功能要求和抗震性能的前提下，選擇切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)類型，使之在特定的物資和技術(shù)條件下，具有良好的結(jié)構(gòu)性能、經(jīng)濟(jì)效果和建筑速度是非常必要的。高層建筑上常用的結(jié)構(gòu)類型主要有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋砼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)具有整體自重輕，強(qiáng)度高、抗震性能好、施工工期短

11、等優(yōu)點(diǎn)，并且鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面相對(duì)較小，具有很好的延性，適合采用柔性方案的結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是造價(jià)相對(duì)較高，當(dāng)場(chǎng)地土特征周期較長時(shí)，易發(fā)生共振。與鋼結(jié)構(gòu)相比，現(xiàn)澆鋼芻議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)王志勇福建省七建設(shè)計(jì)院摘要：本文筆者結(jié)合多年的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)概念設(shè)計(jì)的重要性、結(jié)構(gòu)方案以及結(jié)構(gòu)抗震性能等進(jìn)行一些探討，以供業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員參考。關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；概念設(shè)計(jì)建筑設(shè)計(jì)195城市建設(shè)2010年總第70期CONSTRUCT

12、ION筋砼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)剛度大，空間整體性好，造價(jià)低及材料來源豐富等優(yōu)點(diǎn)，可以組成多種結(jié)構(gòu)體系，以適應(yīng)各類建筑的要求，在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用，比較適用于提供承載力，控制塑性變形的剛性方案結(jié)構(gòu)。其突出缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自重大，抵抗塑性變形能力差，施工工期長，當(dāng)場(chǎng)地土特征周期較短時(shí)，易發(fā)生共振。因此，高層建筑采用何種結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)取決于所有結(jié)構(gòu)體系和材料特性，同時(shí)取決于場(chǎng)地土的類型，避免場(chǎng)地土和建筑物發(fā)生共振，而使震害更加嚴(yán)重。3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1結(jié)構(gòu)平

13、面設(shè)計(jì)原則在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵控制因素，如何在滿足相關(guān)要求的前提下選擇更好的抗側(cè)力體系成了結(jié)構(gòu)工程師追求的重大目標(biāo)。建筑平面的形狀宜選用風(fēng)壓較小的形式，并應(yīng)考慮鄰近高層建筑對(duì)其風(fēng)壓分布的影響，還必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載。在地震作用下，建筑平面要力求簡(jiǎn)單規(guī)則，風(fēng)荷載作用下則可適當(dāng)放寬。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)整體彎曲變形所引起的側(cè)移與結(jié)構(gòu)體系抵抗傾覆力矩的有效寬度的三次方成反比例關(guān)系，所以不宜建造寬度很小的建筑物。一

14、般應(yīng)將結(jié)構(gòu)的高寬比HB控制在5～6以下，當(dāng)設(shè)防烈度在8度以上時(shí)，HB限制應(yīng)更嚴(yán)格一些。另外，建筑平面的長寬比也不宜過大，一般宜小于6，以避免兩端相距太遠(yuǎn)，振動(dòng)不同步，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜的振動(dòng)，而使結(jié)構(gòu)受到損害。在規(guī)則平面中，如果結(jié)構(gòu)平面剛度不對(duì)稱，仍然會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。所以，對(duì)任何平面形式的高層建筑來說，其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置原則都是盡量使平面的質(zhì)量中心接近于抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度中心。因此，簡(jiǎn)潔、規(guī)整、均勻?qū)ΨQ的平面設(shè)計(jì)，對(duì)于合理布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是有利的。

15、3.2結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)高層建筑對(duì)內(nèi)部空間的要求，因其使用性質(zhì)和功能不同，建筑平面布置也就隨之變化。小空間平面布置方案僅適用于住宅及旅館辦公室要求大小空間兼有餐廳、商場(chǎng)、展覽廳等，則要求有能靈活分隔的大空間舞廳，宴會(huì)廳和報(bào)告廳等，又要求內(nèi)部為無柱大空間。隨著結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，一些較新穎結(jié)構(gòu)體系的運(yùn)用，如懸掛、巨型、懸挑等結(jié)構(gòu)，為滿足各種使用功能要求創(chuàng)造了有利的條件。懸掛結(jié)構(gòu):是指采用吊桿將高樓各層樓蓋分段懸掛在主構(gòu)架上所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。主框架

16、與矩形框架相類似，承擔(dān)全部側(cè)向和豎向荷載，并將它直接傳至基礎(chǔ)。除主框架落地外，其余部分均從上面吊掛，可以不落地。矩型結(jié)構(gòu):一般有矩形框架結(jié)構(gòu)和矩形桁架結(jié)構(gòu)。矩形框架結(jié)構(gòu)由樓、電梯井組成大尺寸箱形截面矩形柱，有時(shí)也可以是大截面實(shí)體柱，每隔若干層設(shè)置一道1層～2層樓高的矩形梁。它們組成剛度極大的矩形框架，是承受主要的水平力和豎向荷載的一級(jí)結(jié)構(gòu)上下層矩形框架梁之間的樓層梁柱組成二級(jí)結(jié)構(gòu)，其荷載直接傳遞到一級(jí)結(jié)構(gòu)上，其自身承受的荷載較小，構(gòu)件截

17、面較小，增加了建筑結(jié)構(gòu)布置的靈活性和有效使用面積。緊靠上層矩形梁的樓層，甚至可以不設(shè)柱，形成較大空間，以滿足建筑需要。矩形桁架結(jié)構(gòu)以大截面的豎桿和斜桿組成懸臂桁架，主要承受水平和豎向荷載。懸挑結(jié)構(gòu):體型獨(dú)特，外觀新穎，在建筑藝術(shù)上有特色，加之外柱截面很小、四周開敞，很受建筑師的歡迎。其特點(diǎn)是圍繞核心筒在各個(gè)方面作出懸挑，由核心承受所有的荷載，圍繞核心筒可以創(chuàng)造出沒有任何垂直支撐的平面形式，這使室內(nèi)空間的使用更加方便、靈活。3.3選擇合理

18、結(jié)構(gòu)布置，協(xié)調(diào)建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系高層建筑結(jié)構(gòu)體系確定之后，結(jié)構(gòu)布置的合理與否很大程度影響著建筑的使用，結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和施工的合理性，特別是地震區(qū)會(huì)影響結(jié)構(gòu)的抗震性能，結(jié)構(gòu)布置不當(dāng)，常常造成薄弱環(huán)節(jié)，引起震害。在高層建筑的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)布置一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):①應(yīng)滿足建筑功能要求，做到經(jīng)濟(jì)合理，便于施工。建筑物的開間、進(jìn)深、層高、層數(shù)等平面關(guān)系和體型除滿足使用要求外，還應(yīng)盡量減少類型，盡可能統(tǒng)一柱網(wǎng)布置和層高，重復(fù)使用標(biāo)準(zhǔn)層。②高層建筑控制位移

19、是主要矛盾，除應(yīng)從平面體型和立面變化等方面考慮提高結(jié)構(gòu)的總體剛度以減少結(jié)構(gòu)的位移。在結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性及剛度，加強(qiáng)構(gòu)件的連接，使結(jié)構(gòu)各部分以最有效的方式共同作用加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性，以減少由于基礎(chǔ)平移或扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)移影響，同時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的薄弱部位和應(yīng)力復(fù)雜部位的強(qiáng)度。③在地震區(qū)為了減少地震作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體和局部的不利影響，如扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力集中效應(yīng)，建筑平面形狀宜規(guī)正，避免過大的外伸或內(nèi)收，沿高度的層間剛度和層間屈服強(qiáng)度的分

20、部要均勻，主要抗側(cè)力豎向構(gòu)件，其截面尺寸、砼強(qiáng)度等級(jí)和配筋量的改變不宜集中在同一樓層內(nèi)，應(yīng)糾正“增加構(gòu)件強(qiáng)度總是有利無害”的非抗震設(shè)計(jì)概念，在設(shè)計(jì)和施工中不宜盲目改變砼強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋等級(jí)以及配筋量。簡(jiǎn)單地說就是使結(jié)構(gòu)各部分剛度對(duì)稱均勻，各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單規(guī)則，立面體型應(yīng)避免伸出和收進(jìn)，避免結(jié)構(gòu)垂直方向剛度突變等。4提高結(jié)構(gòu)的抗震性能由于高層建筑的受力特點(diǎn)不同于低層建筑，因此在地震區(qū)進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除應(yīng)保證結(jié)構(gòu)具有足夠

21、的強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)具有良好的抗震性能。通過合理的抗震設(shè)計(jì)，使建筑物達(dá)到小震不壞，中震可修，大震不倒。為了達(dá)到這一要求，結(jié)構(gòu)必須具有一定的塑性變形能力來吸收地震所產(chǎn)生的能量，減弱地震破壞的影響。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，梁柱節(jié)點(diǎn)是保證框架有效地抗御地震作用的關(guān)鍵部件，它的破壞是剪切脆性破壞，變形能力差，且同時(shí)使交于節(jié)點(diǎn)的梁、柱失效，所以應(yīng)保證其不發(fā)生太重的剪切裂縫。彎壓剪作用的柱變形能力一般遠(yuǎn)比彎剪作用的梁差，且柱的破壞直接導(dǎo)致本層結(jié)構(gòu)的失效。因此

22、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使節(jié)點(diǎn)基本不破壞，梁比柱的屈服易早發(fā)生，同一層中各柱兩端的屈服歷程越長越好，底層柱底的塑性鉸宜晚形成，應(yīng)使梁、柱端的塑性鉸出現(xiàn)得盡可能分散，充分發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。為了保證鋼筋砼結(jié)構(gòu)在地震作用下具有足夠的延性和承載力，應(yīng)按照“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理地選擇柱截面尺寸，控制柱的軸壓比，注意構(gòu)造配筋要求，特別是要加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施。對(duì)于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)中各段剪力墻高寬比不宜

23、小于2，使其在地震作用下呈彎剪破壞，且塑性屈服盡量產(chǎn)生在墻的底部。連梁宜在梁端塑性屈服，且有足夠的變形能力，在墻段充分發(fā)揮抗震作用前不失效，按照“強(qiáng)墻弱梁”的原則加強(qiáng)墻肢的承載力，避免墻肢的剪切破壞，提高其抗震能力。5結(jié)束語總之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，它既要求結(jié)構(gòu)工程師有扎實(shí)的理論功底，又要求有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，并且結(jié)合概念設(shè)計(jì)，這樣才能設(shè)計(jì)出既安全、可靠，又經(jīng)濟(jì)、合理的優(yōu)秀建筑物。參考文獻(xiàn)[1]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》.G