摘要:跟隨高層建筑的快速發(fā)展，如何才能提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，文章作者根據(jù)自己多年來(lái)的工作經(jīng)驗(yàn)，就混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的分析，并提出了自己的看法。
　　關(guān)鍵詞:高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，問(wèn)題分析
　　1重點(diǎn)提高結(jié)構(gòu)重要部位的延性
　　為了達(dá)到使高層建筑在遭遇強(qiáng)烈地震時(shí)具有很強(qiáng)的抗倒塌能力,最理想的辦法是使結(jié)構(gòu)中所有的構(gòu)件都具有很高的延性。然而在實(shí)際工程中很難完全做到這一點(diǎn),比較經(jīng)濟(jì)的辦法是有選擇有重點(diǎn)的提高結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件或某些構(gòu)件中關(guān)鍵部位的延性。
　　在結(jié)構(gòu)豎向,對(duì)于剛度沿高度均勻分布的、體形較簡(jiǎn)單的高層建筑,應(yīng)著重提高底層構(gòu)件的延性；對(duì)于大底盤高層建筑,應(yīng)著重提高主樓與裙房頂面相銜接的樓層中構(gòu)件的延性；對(duì)于不規(guī)則立面的高層建筑,應(yīng)著重加強(qiáng)體形突變處樓層構(gòu)件的延性；對(duì)框支結(jié)構(gòu),應(yīng)著重提高底層或底部幾層框架的延性。
　　在結(jié)構(gòu)平面位置上,應(yīng)該著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面突變處以及復(fù)雜平面各翼相接處構(gòu)件的延性；對(duì)偏心結(jié)構(gòu),應(yīng)加大房屋周邊特別是剛度較弱一側(cè)構(gòu)件的延性；對(duì)具有多道抗震防線抗側(cè)力構(gòu)件,應(yīng)著重提高第一道抗震防線構(gòu)件的延性。
　　2關(guān)于框架柱截面大小的選擇
　　2.1對(duì)于框架柱來(lái)講,軸壓比越小,在往復(fù)水平荷載作用下其滯回曲線越豐滿,即其耗能能力越大、延性越好；相反對(duì)于短柱,即柱凈高與截面高度之比小于4的柱,在往復(fù)水平荷載作用下其滯回曲線呈較瘦的反S形,耗能能力降低、延性較差,呈剪切破壞。對(duì)高層建筑的底部柱而言,為了滿足軸壓比限值的要求,故將柱截面取得很大,隨之而來(lái),由于層高的限制,就使得框架柱成為短柱。這就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題,到底是柱截面大好還是柱截面小好?在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,常采用以下幾種措施:
　　（1）框架柱的截面首先要滿足規(guī)范軸壓比的要求,這對(duì)于保證結(jié)構(gòu)的豎向承載力、底板的抗沖切承載力有很大的好處,對(duì)于形成的短柱則通過(guò)增加體積配箍率及沿柱身全高加密箍筋來(lái)提高延性。
　　（2）采用高強(qiáng)混凝土、鋼管混凝土柱或勁鋼混凝土柱。
　　（3）使柱的軸壓比滿足規(guī)范限制要求即可,不能使其過(guò)小。另外,對(duì)于底層框架柱來(lái)講,柱的抗彎剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于梁的抗彎剛度,梁板對(duì)柱的約束程度相對(duì)較小,因此底層柱很有可能是長(zhǎng)柱并非短柱,所以采取上述措施,并符合強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎的原則后,底層框架柱在地震時(shí)是能夠做到不發(fā)生剪切破壞的。
　　2.2同一樓層中各柱要盡量等剛度,即截面差異不要太大。在柱截面選擇時(shí),有的是根據(jù)柱負(fù)荷面積進(jìn)行的,中柱截面最大、邊柱次之,而角柱最小,這樣在同一樓層特別是在建筑底部會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)短柱共存的現(xiàn)象。
　　地震震害表明,長(zhǎng)短柱共存時(shí),很容易因構(gòu)件剛度及受力大小懸殊而各個(gè)擊破,先后依次破壞。就結(jié)構(gòu)平面布置而言,對(duì)板式建筑,盡量避免三排柱結(jié)構(gòu)方案,因?yàn)檫@樣布置的結(jié)果使中柱的軸力大于或等于邊柱軸力的2倍或更多,若處于同一軸壓比水平,中柱截面很大,邊柱截面卻很小,從而剛度不匹配；要使剛度匹配,則要增加邊柱的截面及配筋,從而造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi),另外由于中柱軸力過(guò)大,使得基礎(chǔ)底板厚度增加,造成更大的浪費(fèi)。
　　2.3在框架體系或框筒體系中,角柱的受力要比其它柱差。這是因?yàn)?
　　（1）在雙向剛接框架中,角柱沿縱橫兩個(gè)方向都是單邊有梁,即在重力荷載作用下,角柱已處于雙向受彎狀態(tài)；
　　（2）在高層建筑中,水平荷載引起較大的傾覆力矩,框架整體彎曲時(shí),使角柱所受的附加軸力最大；
　　（3）地震動(dòng)的斜向或雙向輸入,使角柱雙向受彎或雙向受剪,由此引起的雙向偏心將與重力荷載作用下的雙向偏心疊加,使其雙向偏心值很大,角柱處于更加危險(xiǎn)狀態(tài)；
　　（4）結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心不可能完全重合,在結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)過(guò)程中,角柱的相對(duì)側(cè)移最大,即扭轉(zhuǎn)也使角柱處于不利狀態(tài),因此為了防止角柱的斜向壓彎及扭轉(zhuǎn)破壞,不能使柱截面太小,同時(shí)要特別注意箍筋的加密,增加箍筋對(duì)受壓區(qū)混凝土的約束作用。
　　3剪力墻設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題
　　3.1鋼筋混凝土抗震墻的延性和破壞形態(tài)與墻體的高寬比和超靜定次數(shù)密切相關(guān)。
　　3.1.1為了提高抗震墻的變形能力,避免發(fā)生剪切破壞,對(duì)于一道截面較長(zhǎng)的抗震墻,應(yīng)該利用洞口設(shè)置弱連梁,使墻體分為小開口墻、多肢墻或單肢墻,并使每個(gè)墻段的高寬比不小于2。所謂弱連梁,是指在地震作用下各層連梁的總約束彎矩不大于該墻段總地震彎矩的20%；連梁不能太強(qiáng),以免水平地震作用下某個(gè)墻肢出現(xiàn)全截面受拉,這是比較危險(xiǎn)的。但是,考慮到耗能,連梁又不能太弱,連梁弱到成為一般小梁時(shí),墻肢就變成單肢墻,而單肢墻的延性很差,僅為多肢墻的一半,且單肢墻僅具有一道抗震防線,超靜定次數(shù)少,在地震作用下是很不利的。目前,有許多設(shè)計(jì)人員將結(jié)構(gòu)中門洞連梁、窗洞連梁都改為截面高度極小的二力桿件,這對(duì)結(jié)構(gòu)抗震是很不好的。
　　3.1.2在實(shí)際設(shè)計(jì)中,對(duì)連梁的剛度都要進(jìn)行折減,這是因?yàn)榧袅�墻的剛度一般都很�?在水平力作用下,剪力墻中的連梁會(huì)因?yàn)楹艽蟮膬?nèi)力而超過(guò)截面允許值,可靠的辦法是讓這些連梁先屈服,要使連梁能形成塑性鉸而不發(fā)生脆性破壞,連梁首先就必須滿足強(qiáng)剪弱彎的要求,對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減實(shí)際上就是降低其抗彎能力。
　　3.2規(guī)范規(guī)定,剪力墻在端部應(yīng)設(shè)置暗柱、端柱等邊緣構(gòu)件。這些邊緣構(gòu)件的作用相當(dāng)于磚混結(jié)構(gòu)的約束柱,當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度較小,地震作用下層間位移和頂點(diǎn)位移較大時(shí),邊緣構(gòu)件所起的作用也就越大,此時(shí)暗柱的截面和配筋就應(yīng)加大。如果剪力墻的總截面面積與樓層面積之比值較大時(shí),且房屋高度較小、樓座面積較大時(shí),墻端部的暗柱面積和配筋量就不需按規(guī)范要求設(shè)置那么多。1985年智利大地震時(shí),有300多棟鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的破壞較輕,但它們的墻端并無(wú)較好的約束。這就是最好的證明。
　　4屋面高大女兒墻的設(shè)計(jì)方法
　　對(duì)于高層建筑,為了照顧立面效果,屋頂女兒墻往往做的很高,其荷載效應(yīng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響越來(lái)越明顯,這一點(diǎn)常常被設(shè)計(jì)者所忽略。
　　在設(shè)計(jì)上,女兒墻無(wú)法直接參與主體結(jié)構(gòu)的分析,所以在計(jì)算時(shí)往往僅考慮女兒墻的自重,當(dāng)女兒墻較低時(shí),這種方法是符合精度要求的,不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全；但是,隨著女兒墻高度的增加,其地震荷載和風(fēng)荷載效應(yīng)也在增加,對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響越來(lái)越大。因此,當(dāng)女兒墻較高時(shí),要仔細(xì)計(jì)算女兒墻所受水平荷載的情況。由于其側(cè)向剛度較小,女兒墻一般采用鋼筋混凝土材料,配筋計(jì)算可按支承于屋頂?shù)膽冶郯鍋?lái)考慮,且應(yīng)配雙層鋼筋。

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