所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2017-09-30 11:30 熱度:
高層建筑采用框架結構形式,可形成內部大空間,同時也能進行靈活的建筑平面布置。本文對高層建筑框架結構設計中所存在的若干問題進行探討,并提出一些建議。
《建筑》雜志創刊于1954年,朱德元帥題寫刊名。 住房和城鄉建設部主管,建筑雜志社主辦,面向國內外公開發行。新聞出版總署雙效期刊,中國建筑行業權威刊物,住房和城鄉建設部優秀期刊一等獎。 大16開本,國內統一刊號:CN11—1405/TU;郵發刊代號:2—83。
隨著經濟的高速發展,我國高層建筑發展迅速,其設計思想在不斷更新,建筑平面布置與豎向體形也越來越復雜,給高層結構設計提出更高的要求。高層建筑結構設計是不容忽視的問題,設計工作者只有按相應的規范的構造要求來嚴格執行,才能從根本上消除設計質量的隱患。
1高層建筑框架結構設計中應注意的問題
1.1結構的超高問題
在抗震規范與高層建筑設計規范中,對高層建筑結構的總高度都有嚴格的限制,尤其是新規范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外,增加了B級高度的建筑。因此,結構工程師必須對結構的該項控制因素嚴格注意,一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度,其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中,出現過由于結構類型的變更而忽略該問題,導致施工圖審查時未予通過,必須重新進行設計或需要召開專家會議進行論證等工作的情況,這種現象應該引起結構工程師的高度重視。
1.2計算模型問題
目前常用的框架結構空間分析計算軟件都是以整幢樓的梁、柱整體參加工作進行計算分析的。對部分梁而言,盡管相交梁截面尺寸不同,相互之間卻不存在主、次梁關系,設計人員在繪制施工圖時,應注意配筋形式與受力分析相匹配。框架結構經空間分析程序電算,所有按主梁輸入模型的梁是整體工作的,部分梁將產生扭轉問題。一些三維空間分析軟件,雖已調整梁的抗扭剛度,但計算出來框架邊梁扭矩筋仍很大,因程序不計樓板對梁的約束作用(即實際扭矩計算值那么大),實際受力與計算模型不符,可把次梁支座改為鉸支座,并配以構造處理。
1.3嵌固端的設置問題
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。因此,嵌固端既有可能設置在地下室頂板,也有可能設置在人防頂板等位置。但是在這個問題上,結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置所帶來的一系列需要注意的問題.而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
1.4短肢剪力墻的設置問題
在新規范中,對墻肢截面高厚比為5~8的墻定義為短肢剪力墻,且根據實驗數據和實際經驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制。因此,在高層建筑結構設計中,結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。
2高層建筑框架結構設計要點
高層建筑框架結構設計過程中要特別注重對基礎、柱、梁、板等部分的設計。
2.1基礎部分的設計要點
柱下擴展基礎寬度較寬或地基不均勻及地基較軟時,宜采用柱下條基,并應考慮節點處基礎底面積雙向重復使用的不利因素,適當加寬基礎。建筑地段較好,基礎埋深大于3m時,結構工程師應建議甲方做地下室。當地基承載力滿足設計要求時,地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔30~40m設一后澆帶,兩個月后再用微膨脹混凝土澆注。設置地下室可降低地基的附加應力,提高地基的承載力,減少地震作用對上部結構的影響。在設計過程中不應設局部地下室,且地下室應有相同的埋深。抗震縫、伸縮縫在地面以下可不設,連接處應加強,但沉降縫兩側墻體基礎一定要分開。新建建筑物基礎不宜深于周嗣已有基礎,如深于原有基礎,其基礎間的凈距應不少于基礎高差的2倍,否則應打抗滑移樁,防止原有建筑的破壞。
同時獨立基礎偏心不能過大,必要時可與相近的基礎做成柱下條基。柱下條形基礎的底板偏心不能過大,必要時可做成三面支承一面自由板(類似筏基中間開洞)。兩根柱的柱下條基的荷載重心和基礎底版的形心宜重合,基礎底板可做成梯形或臺階形,或調整挑梁兩端的出挑長度。獨立基礎的拉梁宜通長配筋,其下應墊焦碴。底層內隔墻一般不用做基礎,可將地面的混凝土墊層局部加厚。此外考慮到一般建筑沉降為鍋底形,結構的整體彎曲和上部結構與基礎的協同作用,頂、底板鋼筋應拉通,且縱向基礎梁的底筋也應該拉通。
2.2柱部分的設計要點
地上為圓柱時,地下部分應改為方柱,以方便施工。圓柱縱筋根數最少為8根,箍筋用螺旋箍,并注明端部應有一圈半的水平段。方柱箍筋應使用井字箍,并按規范加密。角柱、樓梯間柱應增大縱筋、并全柱高、加密箍筋。原則上柱的縱筋宜大直徑、大間距,但間距不宜大于200。柱內埋管,管截面面積占柱截面4%以下時,可不必驗算。柱斷面不宜小于450×450,混凝土不宜小于C25,否則梁縱筋錨入柱內的水平段不容易滿足0.45La的要求,不滿足時應加橫筋;否則在梁柱節點處鋼筋太密,會導致混凝土澆筑困難。異型柱結構,梁縱筋一排根數不宜過多,柱端部縱筋不宜過密,否則節點混凝土澆筑困難。柱應盡量采用高強度混凝土來滿足軸壓比的限制,以減小斷面尺寸。此外考慮到豎向地震作用,柱子的軸壓比及配筋宜留有余地。
2.3梁部分的設計要點
梁上有次梁處應附加箍筋和吊筋,采用附加箍筋。附加筋一般要有,但不應絕對。當主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時,應加附加筋。當主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。當主次梁截面均很大,工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對不大,主梁也可不加附加筋。當外部梁跨度相差不大時,梁高宜等高,尤其是外部的框架梁。當梁底距外窗頂尺寸較小時,宜加大梁高做至窗頂。外部框架梁盡量做成外皮與柱外皮平齊。梁也可偏出柱邊一較小尺寸。梁與柱的偏心可大于1/4柱寬,并宜小于1/3柱寬。梁上有次梁時,避免次梁搭接在主梁的支座附近,否則應考慮由次梁引起的主梁抗扭,或增加構造抗扭縱筋和箍筋。此外扁梁寬度不必過大,只要鋼筋能正常擺下及受剪滿足即可。因為在撓度計算時,梁寬對剛度影響不大,加寬一倍,撓度減小20%左右。相對來講,增大鋼筋更經濟,鋼筋加大一倍,撓度減小60%左右,同時梁的上筋應大部分通長布置,以減小混凝土徐變對撓度的增大,如果上筋不小于下筋,撓度減小20%。當一寬框架梁托兩排間距較小的柱時,可加一剛性挑梁,兩個柱支承在剛性挑梁的端頭。梁寬大于350時,應采用四肢箍。
2.4板部分的設計要點
板的鋼筋宜采用大直徑大間距,但間距不大于200,間距盡量用200。板上下鋼筋間距宜相等,直徑可不同,但鋼筋直徑類型也不宜過多。相連幾個房間的同型號同間距板底鋼筋宜連通。配筋計算時,可考慮塑性內力重分布,將板上筋乘以0.8~0.9的折減系數,將板下筋乘以1.1~1.2的放大系數。支承在外圈框架梁上的板負筋不宜過大,否則將對梁產生過大的附加扭距。一般:板厚>150時采用φ10@200;否則用φ8@200。當厚板與薄板相接時,薄板支座按固定端考慮是適當的,但厚板就不合適,宜減小厚板支座配筋,增大跨中配筋。非矩形板宜減小支座配筋,增大跨中配筋。室內輕隔墻下一般不應加粗鋼筋:①輕隔墻有可能移位;②板整體受力,應整體提高板的配筋。
3結語
高層建筑框架結構的設計,有關規范雖已有詳細規定。但仍有若干問題沒有明確具體做法,通過以上這些設計要點的歸納和總結,有利于高層建筑框架結構設計工作的開展。
文章標題:高層建筑框架結構設計中的問題
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