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2011-04-20 13:49 【大 中 小】【打印】【我要糾錯(cuò)】
高層建筑目前在我們的城市建設(shè)當(dāng)中所占的比例是越來越大,而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的變化也越來越多,很多新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設(shè)中。建筑類型與功能越來越復(fù)雜,高層建筑的數(shù)量口漸增多,高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來越多樣化,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越成為高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作的難點(diǎn)與重點(diǎn)。面對(duì)如此形勢(shì),應(yīng)該把高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)放在首位加以研究。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的原則
1.1 選用適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖:結(jié)構(gòu)計(jì)算式在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,計(jì)算簡(jiǎn)圖選用不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生,所以選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡(jiǎn)圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鉸結(jié)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn),但與計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。
1.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案:基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件,上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布,相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析,選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案,設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算;A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告,對(duì)一些缺少地質(zhì)報(bào)告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看和參考臨近建筑資料。通常情況下,同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。
1.3 合理選擇構(gòu)方案:一個(gè)合理的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案,也就是要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確,傳力簡(jiǎn)捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系,地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則?偠灾,必須對(duì)工程的設(shè)計(jì)要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析,并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型,確定結(jié)構(gòu)方案,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行多方案比較,擇優(yōu)選用。
1.4 正確分析計(jì)算結(jié)果:在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù),但是由于目前軟件種類繁多,不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)程序的適用范圍、條件等進(jìn)行全面了解。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí),由于結(jié)構(gòu)實(shí)際情況與程序不相符合,或人工輸入有誤,或軟件本身有缺陷均會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果,因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析,慎重校核,做出合理判斷。
1.5 采取相應(yīng)的構(gòu)造措施:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓若拉原則”,注意構(gòu)件的延性性能;加強(qiáng)薄弱部位;注意鋼筋的錨固長度,尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度;考慮溫度應(yīng)力的影響力。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
2.1 軸向變形不容忽視:高層建筑中,豎向載荷很大,能在柱中引起較大的軸向變形,對(duì)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)彎矩減小,跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大;此外還會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值,對(duì)下料長度進(jìn)行調(diào)整;另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。
2.2 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo):相對(duì)于底層建筑而言,高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力,避免倒塌,特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧,來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2.3 水平荷載成為決定因素:一方面,因?yàn)楦邔咏ㄖ䴓欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對(duì)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;另一方面,對(duì)某一定高度樓房來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度變化。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析
3.1 結(jié)構(gòu)的超高問題:在抗震規(guī)范和高規(guī)范中,對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對(duì)以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度以為,增加了B級(jí)高度,處理措施與設(shè)計(jì)方法都有較大改變。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)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(shí)未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或需要開專家會(huì)議進(jìn)行論證等工作的情況,對(duì)工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
3.2 短肢剪力墻的設(shè)置問題:在新規(guī)范中,對(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)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(jì)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(jì)工作增加不必要的麻煩。
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(gè)問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題,而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。
3.4 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(dòng),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(jì)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(jì)階段工作的被動(dòng)。
4 結(jié)語
近些年來,我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來看,并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實(shí)際情況,應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析掌握的知識(shí)處理實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中遇到了各種問題。
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