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      芻議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

      2010-01-01 02:53:53趙岑
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2010年9期
      關(guān)鍵詞:固端振型彎矩

      趙岑

      (云南省設(shè)計院,云南 昆明 650000)

      1 前言

      筆者經(jīng)過這些年來的設(shè)計實踐,發(fā)現(xiàn)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些遺漏或錯誤。為了避免在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中少犯或不犯這些錯誤,現(xiàn)將這些常常出現(xiàn)的問題總結(jié)如下:

      2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

      2.1 水平荷載成為決定因素

      一方面,因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩,以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比。

      2.2 軸向變形不容忽視

      高層建筑中,豎向荷載數(shù)值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大。

      2.3 側(cè)移成為控制指標(biāo)

      隨著樓房高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅逐增大,因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

      3 根據(jù)不同類型高層建筑,選擇合理的結(jié)構(gòu)體系

      3.1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題

      新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動,新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,例如:平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案”。因此,結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。

      3.2 結(jié)構(gòu)的超高問題

      在抗震規(guī)范與高規(guī)中,對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為A 級高度的建筑外,增加了B 級高度的建筑,因此,必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴(yán)格注意,一旦結(jié)構(gòu)為B 級高度建筑甚或超過了B 級高度,其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設(shè)計中,出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題,導(dǎo)致施工圖審查時未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。

      3.3 嵌固端的設(shè)置問題

      由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。

      3.4 短肢剪力墻的設(shè)置問題

      在新規(guī)范中,對墻肢截面高厚比為5~8的墻定義為短肢剪力墻,且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制,因此,在高層建筑設(shè)計中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。

      4 高層建筑結(jié)構(gòu)分析和計算中應(yīng)注意以下問題

      在結(jié)構(gòu)計算與分析階段,如何準(zhǔn)確,高效地對工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計和處理,是決定工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對結(jié)構(gòu)整體計算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn),因此,結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相當(dāng)?shù)貙@一階段比較常見的問題有一個清晰的認(rèn)識。

      4.1 結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。

      目前比較通用的計算軟件有:SATWE、TAT、TBSA 或 ETABS、SAP 等,但是,由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異,因此導(dǎo)致了各軟件的計算結(jié)果有或大或小的不同。所以,在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計算和分析時必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件,并從不同軟件相差較大的計算結(jié)果中,判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的,哪個又是意義不大的,這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計工作中首要的工作。否則,如果選擇了不合適的計算軟件,不但會浪費大量的時間和精力,而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。

      4.2 是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。

      該部分內(nèi)容實際上在新老規(guī)范中都有提及,只是,在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)。

      4.3 振型數(shù)目是否足夠

      在新規(guī)范中增加一個振型參與系數(shù)的概念,并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計中,并未提出振型參與系數(shù)的概念,或即使有該概念,該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求,因此,在計算分析階段必須對計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷,并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。

      4.4 多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算

      一段時間以來,大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn),而在計算分析該類型高層建筑時,是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進(jìn)行計算,還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計算,是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大,就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求,但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大,從而使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。

      4.5 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設(shè)計

      在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對這部分內(nèi)容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計時,由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大,因此,必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算處理措施進(jìn)行設(shè)計。

      5 結(jié)語

      總之,鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜、甚至循環(huán)往復(fù)的過程,在這過程中的任何遺漏或錯誤都有可能使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計結(jié)果存在不安全因素。

      [1]孫國棟.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題的探討.建筑科學(xué).1988-12-26

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