建筑設(shè)計(jì)論文發(fā)表鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)淺析

　　摘要：隨著改革開放以來我國國民經(jīng)濟(jì)整體的發(fā)展與繁榮，國內(nèi)建筑行業(yè)水平也迅猛提升，鋼筋混凝土高層建筑隨處可見。建筑類型與功能的愈來愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系多樣化，就給高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文就高層建筑中普遍涉及的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題、平面不規(guī)則問題、帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題等進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

　　關(guān)鍵詞：高層,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),問題,分析

　　1地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1.1地下室嵌固端問題

　　高層建筑是一個(gè)完整承載力體系，主要由上部結(jié)構(gòu)和地下室兩部分組成，兩者在同一個(gè)位移場(chǎng)之間互相協(xié)調(diào)變形。結(jié)構(gòu)一定程度受到地下室外的回填土的約束作用，僅受到水平位移約束，并沒有對(duì)豎向位移和豎向轉(zhuǎn)動(dòng)限制。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，地下室的頂板是否做為上部結(jié)構(gòu)的嵌固成為一個(gè)重要問題。有些高層建筑存在不滿足條件的情況下就將地下室作為嵌固端進(jìn)行設(shè)計(jì)的問題。事實(shí)上滿足下列條件才適宜將地下室作為嵌固端：

　　1.1.1地下室頂板避免開設(shè)大洞口，地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍的頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，確保嵌固層的整體性;其樓板厚度不宜小于180mm，混凝土不宜低于C30,雙層雙向配筋，每個(gè)方向每層配筋率不小于0.25%，目的采取結(jié)構(gòu)措施，加強(qiáng)樓層的平面內(nèi)和平面外剛度并確保樓層整體性的實(shí)現(xiàn)。

　　1.1.2地下室的樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。 樓層側(cè)向剛度比的計(jì)算中不考慮土對(duì)地下室外墻的約束作用;實(shí)際上，回填土對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的約束作用很大。按照地下室結(jié)構(gòu)自身與回填土約束的地下室總側(cè)向剛度考慮，不會(huì)小于上部結(jié)構(gòu)的3倍，因此設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮地下室頂板實(shí)際存在的嵌固作用，采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

　　1.1.3地下室結(jié)構(gòu)布置應(yīng)該保證地下室頂板及地下室各層樓板有足夠的平面內(nèi)整體剛度與承載力，能夠?qū)⑸喜拷Y(jié)構(gòu)的地震作用傳遞到全部地下室抗側(cè)力構(gòu)件。

　　1.1.4各類框架柱在地下室頂板部位的嵌固彎距有地下室頂板與基礎(chǔ)之間構(gòu)成的力偶及柱端兩側(cè)的框架梁所承擔(dān)，其中前者占主要部分。為了避免柱塑性鉸下移，地下室頂板柱兩端框架梁的約束彎距設(shè)計(jì)值之和，不宜小于該部位的上柱下端實(shí)際嵌固彎距設(shè)計(jì)值。

　　1.1.5地下室內(nèi)結(jié)構(gòu)的底部剪力易按各抗側(cè)力構(gòu)件的剪切剛度進(jìn)行分配，求的各抗側(cè)力構(gòu)件的底部剪力。地下室內(nèi)的墻、柱截面，強(qiáng)度等級(jí)及配筋面積不宜小于上部構(gòu)件相應(yīng)要求。地下室各層柱端面每側(cè)實(shí)配筋不宜小于對(duì)應(yīng)上部柱每側(cè)實(shí)配縱向鋼筋面積的1.1倍。

　　1.2地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問題

　　現(xiàn)代高層建筑由于層數(shù)高、要求地基深，因此一般都設(shè)有大底盤地下室，通常為1～2層，地下室面積約占整個(gè)建筑面積的10%左右。高層建筑地下室設(shè)計(jì)中往往存在結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的問題。

　　由于建筑布局的要求，地下室結(jié)構(gòu)多數(shù)情況下都超過了40～60m。地下結(jié)構(gòu)雖然受溫度變化的影響較地上結(jié)構(gòu)小，但周邊約束作用較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問題的重要性仍然不容忽視。目前比較成熟的做法有以下幾種：

　　1.2.1設(shè)置伸縮后澆帶。地下結(jié)構(gòu)一般在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度大于40～60m時(shí)宜設(shè)置一道伸縮后澆帶，普通的伸縮后澆帶寬度約為800～1000mm，鋼筋貫通不切斷。對(duì)于平面尺寸特別長(zhǎng)的地下結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)置鋼筋斷開的伸縮后澆帶，后澆帶的寬度按鋼筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空間確定。

　　1.2.2不設(shè)置伸縮后澆帶，采取其它相應(yīng)措施。主要有：采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土;混凝土中添加微膨脹劑;采用粉煤灰混凝土技術(shù);適當(dāng)加大分布鋼筋配筋量;施工縫處設(shè)置膨脹止水條;設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。

　　2 結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則

　　當(dāng)代的建筑設(shè)計(jì)為了追求各種新異造型，往往忽視了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平面規(guī)則性。建筑設(shè)計(jì)和建筑結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則性是建筑抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要控制指標(biāo)，對(duì)建筑抗震性能具有重要影響。結(jié)構(gòu)平面不對(duì)稱、不規(guī)則、不連續(xù)容易誘發(fā)造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)脆性破壞，嚴(yán)重者導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)破壞倒塌。平面不規(guī)則類型包括：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)。

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中盡量做到三心合一,即建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心，避免在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。在水平荷載作用下,高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻,減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、 矩形、 圓形、 正多邊形等簡(jiǎn)單平面形式。在某些情況下,由于城市規(guī)劃對(duì)街道景觀的要求以及建筑場(chǎng)地的限制,高層建筑不可能全部采用簡(jiǎn)單平面形式,當(dāng)需要采用不規(guī)則l形、t 形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí),應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi),同時(shí),在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí),應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對(duì)稱狀態(tài)。

　　為了盡量滿足扭轉(zhuǎn)規(guī)則的要求，在調(diào)整結(jié)構(gòu)布置時(shí)主要方法有：(1)可能情況下，將較長(zhǎng)的建筑物(主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度大于60米)通過伸縮縫兼抗震縫將其切割成若干個(gè)規(guī)則子結(jié)構(gòu)，既有利于減少水平溫差收縮影響，又可又有利于避免結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)，減少結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形;

　　(2)可能情況想，盡量加強(qiáng)周邊主體結(jié)構(gòu)，或可充分利用消防要求均勻布置樓電梯間筒體，同時(shí)適當(dāng)弱化內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度，有利于縮短扭轉(zhuǎn)周期，減少扭轉(zhuǎn)變形。

　　3 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　高層建筑采用帶轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)形式，可形成內(nèi)部底下大空間，同時(shí)能進(jìn)行靈活的建筑平面布置，優(yōu)勢(shì)明顯、突出，因此該體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用甚廣。

　　在帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)的概念尤其重要。

　　(1)帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)由于上、下層豎向構(gòu)件不連續(xù)，結(jié)構(gòu)豎向剛度發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換層上下樓層構(gòu)件內(nèi)力、位移容易發(fā)生突變，對(duì)抗震不利。對(duì)于轉(zhuǎn)換層位置較低的結(jié)構(gòu)，控制側(cè)向剛度比可以控制轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角及內(nèi)力突變;對(duì)轉(zhuǎn)換層位置較高的結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該控制轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)的等效剛度比。

　　(2)轉(zhuǎn)換構(gòu)件除要滿足剛度、強(qiáng)度、延性的要求外，還要注意保證轉(zhuǎn)換層樓蓋的剛度。

　　(3)落地剪力墻與框支柱的布置宜均勻、對(duì)稱，結(jié)構(gòu)剛度偏心不宜過大，以免地震中由于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)使框支柱嚴(yán)重破壞。

　　(4)抗震設(shè)計(jì)中需要加強(qiáng)部分應(yīng)包括底部及轉(zhuǎn)換層以上1~2層的樓板、剪力墻和柱。結(jié)構(gòu)的延性耗能機(jī)制宜呈現(xiàn)在加強(qiáng)部位以上的結(jié)構(gòu)中。

　　同時(shí)，在實(shí)際工程中，對(duì)于帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)需要注意一些細(xì)節(jié)問題。帶轉(zhuǎn)換層的高層結(jié)構(gòu)的下部轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)的薄弱部位，為確保安全，規(guī)范規(guī)定對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)力進(jìn)行諸多調(diào)整。計(jì)算過程中，一般情況下轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力調(diào)整能夠利用SATWE自動(dòng)調(diào)整，但對(duì)于框支柱的剪力調(diào)整則需要人工干預(yù)： SATWE是根據(jù)高規(guī)8.1.4(框剪結(jié)構(gòu)0.2Q0調(diào)整)進(jìn)行，即框架總剪力不小于min(0.2Q及1.5Vfmax),而高規(guī)10.2.7則規(guī)定對(duì)于一層框支柱布多于10根的場(chǎng)合，當(dāng)框支層為1～2層時(shí)，每根柱所受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的2%;當(dāng)框支層為3層及3層以上時(shí)，每根柱所受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的3%;對(duì)于每層框支柱的數(shù)目多于10根的場(chǎng)合，當(dāng)框支層為1～2層時(shí)，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取基底剪力的20%;當(dāng)框支層為3層及3層以上時(shí)，則每層框支柱的剪力應(yīng)至少取基底剪力的30%。這樣，當(dāng)0.2Q>1.5Vfmax時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)調(diào)整的系數(shù)偏小。此時(shí)可以通過SATWE提供的接口進(jìn)行人為修改調(diào)整系數(shù)?？蛑е袅φ{(diào)整后，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整框支柱的彎矩及柱端梁(不包括轉(zhuǎn)換梁)的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調(diào)整。規(guī)范特別注明，轉(zhuǎn)換梁的剪力和彎矩不做調(diào)整，是因?yàn)楦咭?guī)10.2.6規(guī)定帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其薄弱層的地震剪力應(yīng)按本規(guī)程第5.1.14條的規(guī)定乘以1.15的增大系數(shù)。特一、一、二級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用計(jì)算內(nèi)力應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.8、1.5、1.25;8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件尚應(yīng)考慮豎向地震的影響，而且轉(zhuǎn)換梁截面都很大，足以保證高規(guī)10.2.7.的意圖實(shí)現(xiàn)，即保證框架有足夠的抗側(cè)能力作為第二道防線，因此轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力無需再次放大。但在SATWE中，在調(diào)整過框支柱剪力、彎矩后，同時(shí)也調(diào)整了轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力，造成轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力偏大，造成浪費(fèi)，在實(shí)際工程中，為了實(shí)現(xiàn)此過程，我們需要計(jì)算兩遍，第一次，不考慮框支柱的內(nèi)力調(diào)整，從而來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁;第二次考慮框支柱內(nèi)力調(diào)整，從而來設(shè)計(jì)一般框架梁。

　　結(jié)束語

　　鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，任何在這過程中的遺漏或錯(cuò)誤都有可能使整個(gè)設(shè)計(jì)過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計(jì)結(jié)果存在不安全因素。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工過程中，設(shè)計(jì)、技術(shù)人員只有概念清晰，措施得當(dāng)，才能不斷地完善和發(fā)展高層建筑。

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