超高层住宅的优缺点刚重比要控制到多少合适

哈工大 2014年高层建筑结构设计48道思考题答案_图文_百度文库
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哈工大 2014年高层建筑结构设计48道思考题答案
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&&哈工大 2014年高层建筑结构设计48道复习思考题答案
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高层结构设计需要控制的七个比值及调整方法
高层设计的难点在于竖向承重构件(柱、剪力墙等)的合理布置,设计过程中控制的目标参数主要有如下七个:
一、轴压比:主要为限制结构的轴压比,保证结构的延性要求,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.7和6.4.6,高规
6.4.2和7.2.14及相应的条文说明。轴压比不满足要求,结构的延性要求无法保证;轴压比过小,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少相应墙、柱的截面面积。
&轴压比不满足时的调整方法:
1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
二、剪重比:主要为限制各楼层的最小水平地震剪力,确保周期较长的结构的安全,见抗规5.2.5,高规3.3.13及相应的条文说明。这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的水平地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并按这个最低要求完成后续的计算。
剪重比不满足时的调整方法:
1、程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2、人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:
1)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱截面,提高刚度。
2)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标。
3)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
三、刚度比:主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免结构刚度沿竖向突变,形成薄弱层,见抗规3.4.2,高规4.4.2及相应的条文说明;对于形成的薄弱层则按高规5.1.14予以加强。
刚度比不满足时的调整方法:
1、程序调整:如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求,SATWE自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
2、人工调整:如果还需人工干预,可按以下方法调整:
1)适当降低本层层高,或适当提高上部相关楼层的层高。
2)适当加强本层墙、柱和梁的刚度,或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。
四、位移比:主要为限制结构平面布置的不规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。见抗规3.4.2,高规
4.3.5及相应的条文说明。
位移比不满足时的调整方法:
1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整改变结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距;调整方法如下:
1)由于位移比是在刚性楼板假定下计算的,最大位移比往往出现在结构的四角部位;因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度;同时在设计中,应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
2)利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点,加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度;也可找出位移最小的节点削弱其刚度;直到位移比满足要求。
五、周期比:主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱,使结构具有必要的抗扭刚度,减小扭转对结构产生的不利影响,见高规4.3.5及相应的条文说明。周期比不满足要求,说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小,扭转效应过大,结构抗侧力构件布置不合理。
周期比不满足时的调整方法:
1、程序调整:SATWE程序不能实现。
&&&&&&&2、人工调整:只能通过人工调整改变结构布置,提高结构的抗扭刚度;总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度,适当削弱结构中间墙、柱的刚度;利用结构刚度与周期的反比关系,合理布置抗侧力构件,加强需要减小周期方向(包括平动方向和扭转方向)的刚度,或削弱需要增大周期方向的刚度。当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整:
1)SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的。
&&&&&&&&2)结构的第一、第二振型宜为平动,扭转周期宜出现在第三振型及以后。见抗规3.5.3条3款及条文说明“结构在两个主轴方向的动力特性(周期和振型)宜相近”。
3)当第一振型为扭转时,说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴(第二振型转角方向和第三振型转角方向,一般都靠近X轴和Y轴)的抗侧移刚度过小,此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度,并适当削弱结构内部的刚度。
4)当第二振型为扭转时,说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大,结构的抗扭刚度相对其中一主轴(第一振型转角方向)的抗侧移刚度是合理的;但相对于另一主轴(第三振型转角方向)的抗侧移刚度则过小,此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度,并适当加强结构外围(主要是沿第一振型转角方向)的刚度。
5)在进行上述调整的同时,应注意使周期比满足规范的要求。
6)当第一振型为扭转时,周期比肯定不满足规范的要求;当第二振型为扭转时,周期比较难满足规范的要求。
六、刚重比:主要是控制在风荷载或水平地震作用下,重力荷载产生的二阶效应不致过大,避免结构的失稳倒塌,见高规5.4.1和5.4.4及相应的条文说明。刚重比不满足要求,说明结构的刚度相对于重力荷载过小;但刚重比过分大,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
刚重比不满足时的调整方法:
1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整增强竖向构件,加强墙、柱等竖向构件的刚度。
七、层间受剪承载力比:主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变,形成薄弱层,见抗规3.4.2,高规4.4.3及相应的条文说明;对于形成的薄弱层应按高规5.1.14予以加强。
层间受剪承载力比不满足时的调整方法:
1、程序调整:在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号,将该楼层强制定义为薄弱层,SATWE按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
2、人工调整:如果还需人工干预,可适当提高本层构件强度(如增大柱箍筋和墙水平分布筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。
如果结构竖向较规则,第一次试算时可只建一个结构标准层,待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层;这样可以减少建模过程中的重复修改,加快建模速度。
上述几个参数的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变,在调整过程中可能相互关联,应注意不要顾此失彼。
上述调整方法针对的是一般的高层结构,对于复杂的高层结构还需要更多的经验和专业知识才能解决问题。
什么是周期比?剪重比?位移比?楼层最小剪力系数?
新的建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充,特别是对抗震及结构的整体性,规则性作出了更高的要求,使结构设计不可能一次完成。如何正确运用设计软件进行结构设计计算,以满足新规范的要求,是每个设计人员都非常关心的问题。以SATWE软件为例,进行结构设计计算步骤的讨论,对一个典型工程而言,使用结构软件进行结构计算分四步较为科学。
1.完成整体参数的正确设定
计算开始以前,设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述,以及工程的实际情况,对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的,必须首先确定其合理取值,才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等,在计算前很难估计,需要经过试算才能得到。
(1)振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量,使计算结果失真;取值太大,不仅浪费时间,还可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定,抗震计算时,宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应,振型数不宜小于15,对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。一般而言,振型数的多少于结构层数及结构自由度有关,当结构层数较多或结构层刚度突变较大时,振型数应当取得多些,如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。振型组合数是否取值合理,可以看软件计算书中的x,y向的有效质量系数是否大于0.9。具体操作是,首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有效质量系数是否大于0.9,若小于0.9,可逐步加大振型个数,直到x,y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。必须指出的是,结构的振型组合数并不是越大越好,其最大值不能超过结构得总自由度数。例如对采用刚性板假定得单塔结构,考虑扭转藕联作用时,其振型不得超过结构层数的3倍。如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍,其有效质量系数仍不能满足要求,也不能再增加振型数,而应认真分析原因,考虑结构方案是否合理。
(2)最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用,结构地震反映的大小也各不相同,那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出,设计人员如发祥该角度绝对值大于15度,应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算,以体现最不利地震作用方向的影响。
(3)结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值,可以保留软件的缺省值,待计算后从计算书中读取其值,填入软件的“结构基本周期”选项,重新计算即可。
上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来,正确设置,否则其后的计算结果与实际差别很大。
2.确定整体结构的合理性
整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。
(1)周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理,使结构不至出现过大的扭转。也就是说,周期比不是要求就构足够结实,而是要求结构承载布局合理。《高规》第4.3.5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范的要求,说明该结构的扭转效应明显,设计人员需要增加结构周边构件的刚度,降低结构中间构件的刚度,以增大结构的整体抗扭刚度。
设计软件通常不直接给出结构的周期比,需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转(平动)周期。以下介绍实用周期比计算方法:1)扭转周期与平动周期的判断:从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期,按周期值从大到小排列。同理,将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列;2)第一周期的判断:从列队中选出数值最大的扭转(平动)周期,查看软件的“结构整体空间振动简图”,看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动,如果其仅仅引起局部振动,则不能作为第一扭转(平动)周期,要从队列中取出下一个周期进行考察,以此类推,直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转(平动)周期;3)周期比计算:将第一扭转周期值除以第一平动周期即可。
(2)位移比(层间位移比)是控制结构平面不规则性的重要指标。其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定,不再赘述。需要指出的是,新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的,如果在结构模型中设定了弹性板,则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”,以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后,再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择,以弹性楼板设定进行后续配筋计算。
此外,位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据,对选择偶然偏心,单向地震,双向地震下的位移比,设计人员应正确选用。
(3)刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。根据《抗震规范》和《高规》的要求,软件提供了三种刚度比的计算方式,分别是剪切刚度,剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键:1)剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定;2)剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构;3)地震力与层间位移比是执行《抗震规范》第3.4.2条和《高规》4.3.5条的相关规定,通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比,这也是软件的缺省方式。
(4)层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。其限值可参考《抗震规范》和《高规》的有关规定。
(5)刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素,也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求,则可能引起结构失稳倒塌,应当引起设计人员的足够重视。
(6)剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比,主要是因为长期作用下,地震影响系数下降较快,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用,但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此,出于安全考虑,规范规定了各楼层水平地震力的最小值,该值如果不满足要求,则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位,必须进行调整。
除以上计算分析以外,设计软件还会按照规范的要求对整体结构地震作用进行调整,如最小地震剪力调整、特殊结构地震作用下内力调整、0.2Q0调整、强柱弱梁与强剪弱弯调整等等,因程序可以完成这些调整,就不再详述了。
3 对单构件作优化设计
前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整,这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算,包括梁,柱,剪力墙轴压比计算,构件截面优化设计等。
(1)软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况:1)当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时,提示超筋;2)规范对混凝土受压区高度限制:
四级及非抗震:ξ≤ξb
二、三级:ξ≤0.35( 计算时取AS ’=0.3 AS )
一级: ξ≤0.25( 计算时取AS ’=0.5 AS )
当ξ不满足以上要求时,程序提示超筋;3)《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5%,当大于此值时,提示超筋;4)混凝土梁斜截面计算要满足最小截面的要求,如不满足则提示超筋。
(2)剪力墙超筋分三种情况:1)剪力墙暗柱超筋:软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的,而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出,没有最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息,设计人员可以酌情考虑;2)剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够,应予以调整;3)剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减,折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形,即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时,还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。
(3)柱轴压比计算:
柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样,《抗震规范》第6.3.7条规定,计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合,也包括非地震组合,而《高规》第6.4.2条规定,计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时,当工程考虑地震作用,程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算;当该工程不考虑地震作用时,程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现,对于同一个工程,计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。
(4)剪力墙轴压比计算:为了控制在地震力作用下结构的延性,新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。需要指出的是,软件在计算断指剪力墙轴压比时,是按单向计算的,这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按双向计算有所不同,设计人员可以酌情考虑。
(5)构件截面优化设计:计算结构不超筋,并不表示构件初始设置的截面和形状合理,设计人员还应进行构件优化设计,使构件在保证受力要求的德条件下截面的大小和形状合理,并节省材料。但需要注意的是,在进行截面优化设计时,应以保证整体结构合理性为前提,因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度,从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系列参数产生影响,不可盲目减小构件截面尺寸,使结构整体安全性降低。
4. 满足规范抗震措施的要求
在施工图设计阶段,还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定,这些措施是很多震害调查和抗震设计经验的总结,也是保证结构安全的最后一道防线,设计人员不可麻痹大意。
(1)设计软件进行施工图配筋计算时,要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等,如一次计算结果不满意,要进行多次试算和调整。
(2)生成施工图以前,要认真输入出图参数,如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式,箍筋形式,钢筋放大系数等,以便生成符合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋,还可以考虑支座宽度对裂缝宽度的影响。
(3)施工图生成以后,设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出,属于强制执行条文,万万不可以掉以轻心。
(4)最后设计人员还应根据工程的实际情况,对计算机生成的配筋结果作合理性审核,如钢筋排数、直径、架构等,如不符合工程需要或不便于施工,还要做最后的调整计算。
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高层住宅建筑结构设计的几个问题___转载自郭天祥的博客
「前面的话」近几年来,随着我司业务量的增加,为满足不同客户的需求和市场的需要,我司的高层建筑设计方案陆续呈现出建筑形体、功能多样化的特点,主要表现在以下几个方面:
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&
建筑的高宽比很大(达到12)
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
底层层高很高(达到9米),二层及以上各层层高均较小。(3.0米左右)
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&
楼板不连续。(隔层挑空或隔两层挑空)
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
纵横两个方向刚度差异较大
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
单栋建筑的长度超长(达94米)
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
呈T字型或Y字型不规则平面且连接处(腰部)楼板有效宽度很小。
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&
楼层局部托柱转换
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
顶层楼中楼剪力墙部分取消
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
跃层楼板开洞率较大
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
局部地下室出露地面
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
地下室顶板开大洞
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
地下室顶板存在较大高差
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&
局部楼层挑空无楼板,剪力墙的计算高度即稳定性问题。
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&&
地下室周边道路高差较大,地下室抗浮计算时抗浮水位的取值。
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&
局部外阳台、露台隔三层布置,柱高度大,达9.0米
<font STYLE="Line-HeiGHT: 28 BACKGroUnD-CoLor: rgb(255,0,0)" COLOR="#&&
剪力墙平面外搭梁
所以有必要针对这些问题提出一些我司内部的处理措施和概念性的意见,供设计人员参考。
「总则」提出以下原则:
<font COLOR="#、倡导建筑形体多样化和结构受力合理性统一的原则。
<font COLOR="#、倡导结构抗震的概念设计和计算分析并重的原则。
<font COLOR="#、倡导对特殊构件、重要构件采取针对性加强措施的原则。
<font COLOR="#、倡导对电算模型与实际受力模型不符的构件,采取手工计算复核的原则。
<font COLOR="#、在结构安全与建筑美观、建筑功能出现矛盾时,倡导以结构为主、以结构安全为重的原则。
「措施」在总则概念设计的前提下,针对建筑平面、立面等由于建筑形体的多样化带来的结构受力不直接、不明确、不合理等问题,提出以下具体的指导措施:
1、建筑的高宽比很大(达到12):&
混凝土高规对高层建筑的高宽比提出一个“不宜”超过的限值,应当注意到,该限值是一个综合限值,是基于结构刚度、整体稳定、承载能力和经济性要求的一个宏观要求。也就是说,在某些条件下可以突破。一般来说,在“刚重比”满足要求的条件下,如果其它“层间位移”、“剪重比”等整体指标满足高规要求的条件下,“高宽比”不再作为必须满足的指标。但是应当注意到,由于高宽比较大,必然可能造成结构在其横向增加较多的抗侧力构件(剪力墙或支撑),必然可能造成结构在两个方向的抗侧力刚度不协调,必然可能造成结构造价增加,必然要求较大的基础刚度和整体性,需要引起结构设计人员的足够注意。对于高烈度区(八度)和风荷载较大(大于0.7)的较高的高层建筑,更应有可靠的应对措施,避免二阶效应的不利影响,保证结构的整体稳定。
2、底层层高很高(达到9米),二层及以上各层层高均较小(3.0米左右):该种情况多出现在结构底层层高较大而二层及以上层高较小的住宅楼或商住楼,其直接的后果就是在底层出现“软弱层”,对结构抗震不利,应予避免。一般采取的措施就是加大底层结构的刚度,使得刚度比满足规范“底层刚度不小于上部一层刚度70%”的要求。应当注意到,该刚度比的控制是基于抗震概念设计中“保证结构竖向刚度变化和顺”对刚度的基本要求,应予尽可能的遵守,一般情况下可以办到。当底层计算高度是上部一层计算高度的2倍以上时,通过增加底层抗侧力构件的刚度来调整层间刚度比变得非常困难,建议建筑方案调整。特别是有些项目如“当代天境”底层计算高度为
9米,二层计算层高只有3米,调整难度很大。这种情况下,如果非做不可,可以考虑一个综合的措施:&#9312;加大底层抗侧力构件的尺寸(长度和厚度)&#9313;加大二层楼板的刚度,包括加大较软弱方向框架梁的刚度,加厚楼板厚度,适当设置一定体量、一定刚度的裙房。&#9314;在适当位置另外加设抗侧力构件。&#9315;适当加大二层的层高。
对于剪力墙结构的住宅来说,由于填充墙多,结构自重较大,地震响应必然很大,底部软弱层的震害后果严重。对于60米以上的高层建筑,底层刚度比的控制必须引起足够的重视,应考虑采取措施避免出现“软弱层”。若出现底层计算高度大于二层高度较多时(2倍以上),应建议建筑方案予以调整。
3、底层局部设置夹层。如当代天境,七星公馆等项目,在结构底层设置夹层,6.0+3.1,仅夹层位置设梁,夹层梁不整层拉通。由此造成的问题就是底层竖向构件的计算高度差别很大、夹层标高处仅局部有楼板,不连续、夹层位置集中偏置在一侧。在风和地震荷载作用下,显然底层是薄弱部位,这种情况从概念设计的角度应予避免,建议建筑调整方案。如果非这样做不可,应采取以下加强措施和补充计算:&#9312;把夹层去掉进行结构补充计算,控制底层刚度比,底层构件按两个模型包络设计。&#9313;二层楼板厚度可考虑不小于150mm,双层双向配筋,配筋率不小于0.30%。&#9314;底层抗侧力构件及柱和剪力墙的配筋应适当加大,应特别注意剪力墙作为主要的抗侧力构件,墙身和约束边缘构件的配筋应加强,如有必要,可考虑对剪力墙进行中震弹性的计算分析并按照中震弹性的分析结果设计,也可考虑提高构件的抗震等级&#9315;应注意夹层偏置可能造成的扭转效应,应有专门的应对措施,加大另一侧构件的抗侧刚度和强度。&#9316;适当极大未设置夹层的范围内竖向构件的断面尺寸,确保其稳定性满足要求。
4、纵横两个方向刚度差异较大:对于“一字型”的建筑平面,往往由于长宽比较大,造成两个主轴方向的侧向刚度差异较大。另外,对风荷载较大的高层建筑,由于横向的风荷载较大,为满足位移角的要求,沿该方向增加了较多剪力强,两个主轴方向的刚度大小差别较大。这种情况下,结构在两个主轴方向的动力特性相差较大,动荷载作用下,两个主轴方向的基本振型的周期相差较大,扭转振型发展为主要振型,动力响应复杂。为此,结构计算时,应控制两个主轴方向基本振型的周期比不小于0.8为宜。(另外,应避免第二振型就出现扭转振型。)
5、单栋建筑的长度超长:比较典型的就是七星公馆2#楼,剪力墙结构,楼面长度达94米,是规范伸缩缝间距要求的2倍多。目前工程上超长结构成功实施的实例已很多,可考虑的措施有:&#9312;屋面保温隔热层适当加厚,保温隔热材料要求性能好、质量稳定,便于施工。&#9313;屋面板适当加厚,设置温度钢筋;屋面周面梁内适当设置加强钢筋以抵抗温度应力在梁内产生的拉力。&#9314;每层楼面沿长度方向通长设置温度钢筋,在边跨1~2跨范围内,沿短向也宜设置温度钢筋。&#9315;每层楼面边梁应考虑设置加强钢筋,一般设置腰筋作为温度筋。&#9316;两端山墙特别是顶部两层墙体分布钢筋适当提高配筋率。&#9317;混凝土采用补偿收缩混凝土,各20米设置膨胀加强带,解决施工期间的收缩应力&#9318;每层楼板特别是屋面板应加强养护,必要时要求对混凝土的养护采取专门的措施。
6、呈T字型或Y字型不规则平面且连接处(腰部)楼板有效宽度很小:我司设计的T字型或Y字型住宅平面,突出的问题就是连接处(腰部)楼板有效宽度很小,有的100米高层住宅也只有6米(观音山住宅),非常不规则。由于连接部位楼板宽度削弱较多,水平传力不直接且应力严重集中,动力荷载作用下抗侧力构件受力不均,协同变形的能力不足,造成T字型或Y字型的外端扭转变形较大出现开裂,连接板楼板拉裂、梁柱节点破坏等。对应的措施就是:&#9312;加大连接部位处楼板的厚度和配筋,厚度不小于120mm,必要时可加厚至150mm以上;单面配筋率不小于0.3﹪,必要时可考虑设置一些暗梁。&#9313;加大连接处梁、柱等构件的配筋(配箍)率,全长、全高加密箍筋。&#9314;适当对外端框架、剪力墙等构件采取加强措施。
7、楼层局部梁上起柱:这里指我司设计的多层别墅以及顶层楼中楼经常会出现局部需要采用梁上起柱的托柱转换问题。应当注意到,托柱转换实际上属于竖向构件的不连续问题,因此数量和范围不能大,而且应分散、均匀、对称。梁上起柱处的楼板应适当加厚,起柱处根部两个方向均考虑布梁以保证一定刚度的底部约束;托柱层数不多于二层为宜。注意不得由于梁上起柱产生软弱层。
8、顶层楼中楼剪力墙部分取消:我司设计的高层楼中楼,由于跃层使用功能的调整,需要取消部分剪力墙。应注意取消部分剪力墙后,避免结构刚度沿竖向削弱过多形成软弱层;避免结构产生大的扭转;(宜适当加大相邻上下楼板的刚度。)宜加强取消剪力墙位置处相邻柱墙的配筋。
9、跃层楼板开洞率较大:我司设计的复式住宅楼中,跃层楼板在客厅顶部开大洞挑空,加上楼梯的开洞面积,跃层楼板的开洞面积一般都会超过30%,有的会超过50%。对于只在高层建筑的顶部楼层设置楼中楼的情况,我们一般按照普通的楼板不连续问题采取构造加强措施即可,比如洞口周边楼板加厚不少于20mm,一般情况下板厚不小于120mm(连接板带宽度小于5米的,可考虑加厚至150mm),通长配筋并适当加大楼板配筋率;加大洞口周边梁的断面和配筋;加大洞口周边柱墙的配筋率。应当注意到,我司七星公馆项目,每隔三层有一个楼层挑空,虽然开洞率不是很大(约32%),但集中在楼面宽度一侧,有效连接楼板宽度很小,只有4.1米,相当于每隔三层会出现一个楼板刚度的突变,动力荷载作用下在该楼层会出现水平荷载不能可靠的通过楼板均匀分散的传递给抗侧力构件、抗侧力构件受力不均衡,连接板带处楼板出现较大拉应力,必须采取可靠措施。
10、&&&&&&&&&&&
地下室局部出露地面:我司设计的安溪北石商住小区、永联达办公楼和半山御景就存在这样的情况,两边或三边不同程度出露地面外,应注意以下几个问题:&#9312;适用高度应计算至出露地面处标高,不能简单计算到地下室顶板处地面标高。&#9313;嵌固端取基础顶面,不宜计算至地下室顶板;但约束边缘构件仍然从顶板起算,并向下延伸至基础。&#9314;地下室顶板仍然按照不小于180mm考虑。&#9315;适当加大地下室的刚度,特别是地下室周边1~2跨的刚度,以利于抗倾覆。&#9316;基础埋置深度视具体情况而定,必须注意到,由于地下室局部出露地面,应有可靠措施保证高层建筑基础的稳定性。&#9317;对于主楼靠近地下室外侧边,而该外侧边出露地下室地面,除采取以上各条措施外,须注意加大出露边构件的抗扭刚度和强度,减小不完全约束产生的扭转效应。
11、&&&&&&&&&&&
地下室顶板开大洞:地下室出于采光和通风等要求,往往会在地下室顶板开结构洞,比如四季康城、御景湾等工程。一般情况下,开洞位置应尽可能离主体结构范围远一些,特别是当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,在主楼周边一跨(10米)范围内避免开结构洞。应当注意到,地下室顶板开大洞,削弱了顶板的水平刚度,影响水平力的传递,应适当控制开洞面积,洞口尽可能均匀分散布置,并应考虑适当的加强措施。
12、&&&&&&&&&&&
地下室顶板存在较大高差:一般有两种情况:一、建筑设计通过在主楼与纯地下室交接处的顶板设置600~1200的高差,解决室内地面覆土厚度问题。二、地下室长度较长(达200米),地面高差较大,需要通过顶板设置高差与地面高差协调。&#9312;对于第一类问题,需要考虑地下室顶板处水平力可靠传递的问题。高差不大于600mm时,可以认为该高差对水平力传递不会产生大的影响,适当对高差处的梁采取加强措施即可。当高差大于600mm时,可考虑在高差处楼板加掖处理,也可以将框架梁端部加掖。&#9313;对于第二种情况,可按照常规处理。应注意到一种特例,高差设置在主楼顶板范围内,且高差较大,则需要考虑底层抗侧力构件由于约束高度不同产生的的刚度不均匀问题,注意扭转效应的不利影响。对局部构件有必要采取加强措施。
13、&&&&&&&&&&&
局部楼层挑空无楼板,剪力墙的计算高度即稳定性问题:我司设计的七星公馆以及其它跃层住宅就存在这种问题,相当的普遍。由于中间层无楼板,剪力墙的高度为两层高,必然带来约束条件的改变,剪力墙的厚度按照构造要求取值时应考虑这个因素,否则可能造成剪力墙稳定性不满足高规要求。
14、&&&&&&&&&&&&&
地下室周边道路高差较大,地下室抗浮计算时抗浮水位的取值:我司设计的永联达办公楼和七星公馆就存在这种情况。一般来说,抗浮设计水位系有地质勘探部门提供。地下水水位受降雨影响很大,从设计角度来看,地下室的抗浮与其周边环境即排、泄水的条件有很大关系。如果地下室周边的排泄水条件,可以保证雨、洪水不会在地下室周边聚积、地下室室外的水快速有效的排到相邻不远的道路,抗浮设计水位可以按照周边道路的标高设计(至于按照道路标高的哪一点取值计算,应视具体情况而定);否则,抗浮设计水位应取地下室外围室外地面标高下0.5m。当地下室外侧边离可供排、泄水的道路较远,或者距离虽近,但该道路根本不具有排水功能或排水不畅时,抗浮设计水位也应取地下室外围室外地面标高下0.5m。
15、&&&&&&&&&&&
局部外阳台、露台隔三层布置,外端框架柱高度较高,达9.5米:典型工程实例为当代天境、中峻天峰和七星公馆,纯剪力墙结构,外围阳台和露台端部为框架柱,隔层才有楼板,柱子高度较高。应该注意到,由于是超高层住宅,该柱承担的荷载不小,如中峻天峰约为8000kN(断面为800x800,为型钢混凝土柱),柱高9.45米。所以应当注意到,底部加强区或者更高的部位,水平动力荷载作用下该细长柱的承载力问题,特别注意柱周边约束单薄的情况,如横向与剪力墙连接而纵向为单跨框架连接。应采取措施加强柱的延性,提高水平抗剪能力。可考虑提高纵向钢筋的配筋率,在柱中设置型钢或芯柱,全高加密箍筋。
16、&&&&&&&&&&&
剪力墙平面外搭梁:一般情况下,梁垂直于剪力墙搭置时,其端部可按照铰接处理,支座钢筋可按照构造要求配置,端部钢筋水平端长度不满足规范要求时,可考虑在支座处剪力墙内设置机械约束的措施,如加焊短钢筋、小角钢、钢板等方法,加大连接强度,防止拉托效应。对于一些有特殊要求的梁,如托柱的梁、荷载较大、跨度大于六米的梁、对梁端节点的扭转刚度要求较高的梁,则可以通过在梁端部与剪力墙交接处设置壁柱,当剪力墙厚度不小于300时,可在主梁作用处墙内设暗柱,抵抗平面外弯矩。
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