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1合理的概念設(shè)計(jì)
高層建筑的平面布置應(yīng)當(dāng)規(guī)則、簡(jiǎn)單,盡量避免凹進(jìn)、突出等比較復(fù)雜的平面。必須注意的是結(jié)構(gòu)平面布置的過程中應(yīng)該盡量使剛度均勻,即結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心盡量接近,減少地震發(fā)生時(shí)的扭轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)的危害非常之大。減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn):①加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抵抗扭轉(zhuǎn)的能力;②降低地震作用引起的扭轉(zhuǎn)。平面剛度布置是否均勻關(guān)系到能否減少地震作用過程中的扭轉(zhuǎn)作用。而影響平面剛度分布的主要因素是剪力墻的布置。不能把剪力墻集中布置在結(jié)構(gòu)平面的一側(cè)或一端。大剛度抗側(cè)力單元偏置的結(jié)構(gòu)在地震過程中會(huì)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn),而對(duì)稱布置井筒、剪力墻有利于降低扭轉(zhuǎn)量。在周邊布置剛度很大的框筒,或在周邊布置剪力墻等,都有利于抵抗扭轉(zhuǎn),能增加結(jié)構(gòu)抗扭剛度。為了降低地震過程中的扭轉(zhuǎn)量,必須考慮平面上質(zhì)量的分布,質(zhì)量集中在周邊會(huì)加大扭轉(zhuǎn),質(zhì)量偏心會(huì)引起扭轉(zhuǎn)。
2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)的延性是重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),與較低矮的樓房相比,高層結(jié)構(gòu)的柔度大一些,當(dāng)發(fā)生地震時(shí)會(huì)發(fā)生較大的變形,為了使結(jié)構(gòu)在塑性階段具有更強(qiáng)的變形能力,不會(huì)倒塌,必須要在結(jié)構(gòu)上采取相應(yīng)的措施,使結(jié)構(gòu)具有較高的延性。側(cè)移已經(jīng)成為控制的指標(biāo),與較低矮的樓房相對(duì)比,結(jié)構(gòu)的側(cè)移已經(jīng)成為影響高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。由于高度的變化,水平荷載使結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移迅速增加,所以結(jié)構(gòu)的側(cè)移必須在控制在一定的范圍之內(nèi)。能忽略軸向變形,在高層建筑設(shè)計(jì)中,豎向荷載非常之大,能夠使受壓柱發(fā)生較大的軸向變形,從而使連續(xù)梁的彎矩發(fā)生不同的變化,使連續(xù)梁中部支座處的受拉彎矩變小,梁端支座處的和跨中的受拉彎矩增大,還會(huì)影響預(yù)制構(gòu)件的下料長度,需要對(duì)下料長度進(jìn)行調(diào)整,還會(huì)對(duì)構(gòu)件的側(cè)移和剪力產(chǎn)生影響,會(huì)產(chǎn)生不安全的結(jié)果。最為重要的因素是水平荷載,樓房因?yàn)樽灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件產(chǎn)生的軸向應(yīng)力和彎矩與高度成正比。水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩和軸向應(yīng)力與高度的二次方成正比。豎向荷載基本上數(shù)值的大小不會(huì)變化,而水平荷載的數(shù)值則變化范圍很大。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
3.1結(jié)構(gòu)選型
(1)嵌固端的設(shè)置問題。因?yàn)楦邔咏ㄖ紟в卸踊蚨右陨系娜朔篮偷叵率遥豆潭送O(shè)置在人防頂板等位置,也有可能設(shè)置在地下室頂板之上,所以在這個(gè)問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常忽略了由嵌固端的設(shè)置引起的一系列值得注意的地方,如:在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置、嵌固端上下層剛度比的限制與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等相關(guān)問題,而忽略任何方面都有導(dǎo)致埋下安全隱患或后期設(shè)計(jì)工作的大量修改的可能。
(2)結(jié)構(gòu)的超高問題。在高規(guī)與抗規(guī)中,關(guān)于結(jié)構(gòu)的總高都做了嚴(yán)格的限定,特別在新規(guī)范中對(duì)于傳統(tǒng)的超高問題,除了將舊規(guī)范的限制高度設(shè)置為A級(jí)的建筑之外外,還加入了B級(jí)的建筑,所以應(yīng)該嚴(yán)格注意對(duì)結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素,如果建筑為B級(jí)建筑或超過了B級(jí),其處理措施和設(shè)計(jì)方法都會(huì)有很大的變化。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,曾經(jīng)出現(xiàn)過因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)類型的變化而導(dǎo)致該問題被忽略,導(dǎo)致施工圖在審查過程中不能通過,需要開專家會(huì)議進(jìn)行論證或必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)等工作的情況,對(duì)工程造價(jià)、工期等的影響非常巨大。
(3)結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新規(guī)范對(duì)這里的內(nèi)容做出了較大的變動(dòng),新規(guī)范在這里增加了非常多的限定條件,譬如:嵌固端上下層剛度比信息、平面規(guī)則性信息等,另外新規(guī)范使用強(qiáng)制性條文,明確指出“建筑不適合采用非常不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”所以結(jié)構(gòu)工程師在查閱新規(guī)范的限定條件時(shí)必須密切關(guān)注,以使后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的不會(huì)被動(dòng)。
3.2地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)識(shí)到地方性規(guī)范的重要。因?yàn)槲覈鴩练浅V大,地質(zhì)條件也相當(dāng)相對(duì)較為復(fù)雜,作為國家標(biāo)準(zhǔn),一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》是沒有辦法適用于全國各地的地基基礎(chǔ),所以作為建立在部門規(guī)章之下的地方性規(guī)章。地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”能夠把不同地區(qū)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)處理方法等一些成功的經(jīng)驗(yàn)規(guī)定和描述得更加準(zhǔn)確和詳細(xì),因此,在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的工程中,必須深入地學(xué)習(xí)地方規(guī)范,以免對(duì)后期設(shè)計(jì)工作或整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成較大的影響。結(jié)構(gòu)工程師一直是比較重視地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì),不只是因?yàn)榇穗A段設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響后期工作,與此同時(shí)也是由于地基基礎(chǔ)也是所有工程造價(jià)的關(guān)鍵性因素,所以,在這一階段出現(xiàn)的問題,可能會(huì)是非常嚴(yán)重的甚至?xí)斐蔁o法估計(jì)的損失。
3.3結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析
在結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算過程中,如何高效、準(zhǔn)確地對(duì)工程按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理并內(nèi)力,關(guān)系到工程設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞。因?yàn)樾乱?guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)整體分析和計(jì)算的部分內(nèi)容做出了相當(dāng)多的改進(jìn)和調(diào)整,所以,對(duì)這一階段中的比較常見的問題必須有清晰的了解。(1)振型數(shù)目是不是充足。新規(guī)范增添了一個(gè)振型參與系數(shù),而且明確指出了這個(gè)參數(shù)的限值。因?yàn)樵谂f設(shè)計(jì)規(guī)范里面,并沒有提到振型參與系數(shù)的,或就算有這個(gè)概念,這個(gè)參數(shù)的限值也不一定與新規(guī)范的要求符合,所以,在這個(gè)階段必須分析計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果,并且決定是不是要調(diào)整振型數(shù)目的取值。(2)地震力是否需要放大,分析建筑隔墻對(duì)自振周期的作用。實(shí)際上這部分內(nèi)容在新老規(guī)范中都提到過,不過,新規(guī)范中根據(jù)大量實(shí)測(cè)周期明確指出了不同結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期折減系數(shù)的取值。(3)選擇結(jié)構(gòu)整體的計(jì)算軟件。當(dāng)前比較常用的計(jì)算軟件的種類有很多,但是,由于各軟件采用的計(jì)算模型有很大的差異,所以導(dǎo)致了各種軟件的計(jì)算結(jié)果都有或小或大的差異。因此,在對(duì)工程整體結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算時(shí)一定要根據(jù)計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型選擇適合的計(jì)算軟件,并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中,判斷哪個(gè)是意義不大的、哪個(gè)是可以作為參考的、哪個(gè)是合理的,這是在設(shè)計(jì)工作中結(jié)構(gòu)工程師首要的工作。不然,如果選擇了不合適的計(jì)算軟件,不但有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在,而且會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力。
4結(jié)束語
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)復(fù)雜的課題。掌握結(jié)構(gòu)的受力原理和材料的性能,是進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提條件。了解規(guī)范條文的宗旨,在設(shè)計(jì)中不斷學(xué)習(xí),就可在設(shè)計(jì)中不斷進(jìn)步。
本文作者:潘偉軍單位:浙江美源建筑設(shè)計(jì)有限公司