1、刍述高层混凝土建筑结构设计的问题摘 要: 本文围绕高层建筑结构。主要包括: 荷载和地震作用、抗震墙设计、钢和混凝土混合结构以及复杂结构的设计等。一些要在结构设计过程要注意的一些问题, 关键词：高层建筑结构； 结构体系；抗震墙 Abstract: In this paper, according to the high-rise building structure. Mainly include: load and earthquake action, seismic wall design, steel and concrete composite structure and complex
2、 structure of the design. Some want to pay attention to some problems in the structural design process, Key words: high-rise building structure; structure; seismic wall 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 0 前 言 随着高层建筑在我国的迅速发展,建筑高度的不断增加,建筑类型与功能的愈来愈复杂,结构体系的更加多样化,高层建筑结构设计也越来越成为结工程师设计工作的主要重点和难点之所在。 1 荷载和地震作用 ( 1)增
3、加了旋转餐厅、擦窗机、直升机平台的有关竖向荷载的规定。( 2)高层建筑结构的楼面活荷载、风荷载应按建筑结构荷载规2GB50009 的有关规定采用。GB50009 将基本风压的重现期由现行规范的 30 年修改为 50 年, 故本规程规定对一般高层建筑的基本风压应按 GB50009 中全国基本风压分布图的数值采用,不再乘 111 的增大系数；对于 B 级高度高层建筑、特别重要和有特殊要求的高层建筑,应采用 100年重现期的基本风压值。 ( 3)增加了计算高层建筑的风荷载时宜考虑相邻建筑间狭缝效应的影响。 ( 4)规定当房屋高度大于 200m 时宜进行风洞试验确定其风荷载；对房屋高度大于 150m
4、的体型或周围环境复杂的高层建筑宜采用风洞试验确定其风荷载。 ( 5)地震作用的计算按建筑抗震设计规范2GB50011进行,反应谱曲线适用于结构自振周期不大于 610 秒、不同阻尼比的建筑结构(如混凝土结构、钢结构、混凝土和钢的混合结构等),反应谱特征周期按设计地震分组和场地类别给出不同取值。 ( 6)规定计算地震作用时,应考虑偶然偏心的影响,给出简化计算方法。 ( 7)规定了水平地震作用计算时,结构各楼层的水平地震剪力标准值与其上部各层重力荷载代表值的比值(剪重比)的最小要求,使地震力的计算不致过小。 (8) 修改了小震作用下弹性动力时程分析的范围和方法,明确了对所选地震波的要求以及时程分析结
5、果的使用方法。 2 结构选型对于高层结构 2.1 结构的规则性问题 新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案” 。根据“建筑抗震设计规范”(以下简称“建规”)( GB50011-2001),“高层建筑混凝土结构技术规程”(以下简称“高规”)(JGJ3-2002)的要求结合该工程的建筑平面(东西沿轴线方向 L=61.50m,南北沿轴线方向长B=24.40m),高宽比为 3.56 小于 5,满足规范要求(高层建筑高宽比,是对结构刚度、整体稳定、承
6、载能力和经济合理性宏观控制)；因建筑平面布置突出部分的尺寸过大(l/B=0.550.3)属结构平面不规则建筑；因建筑平面 L=6.15m,超过高层建筑结构伸缩缝的最大间距 45m 要求,属超长结构。基于以上特点,因建筑功能要求,建筑平面不能设缝,可采取设后浇带及屋面及屋面以下三层加强板配筋方式解决结构平面超长问题；至于平面不规则问题在及时与抗震审查机构沟通的情况下,因建筑功能的需要,且属一般不规则,可在结构薄弱处采取加强的构造措施来解决平面不规则的问题。 2.2 结构的超高问题 在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制。结合本工程(属 A 级高度建筑),建筑高度 87.0m,大于 80
7、m,故剪力墙抗震等级为二级,且按规范要求,房屋高度大于 60m 的高层建筑应按 100 年一遇的风压值采用。 2.3 嵌固端的设置问题 高层建筑在进行结构计算分析之前,必须首先确定结构嵌固端所在的位置。嵌固端的正确选取是高层建筑结构计算模型中的一个重要假定,它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性,而且还影响结构产生侧移的真实性,以及结构局部的经济性。因选择基础底板作为结构嵌固端,可以充分利用基础的“ 无限刚”的假定,也为首层楼面的灵活选型创造条件:即使是首层楼面留有大孔洞,或选用无梁楼盖结构,都不影响结构计算的准确性。 2.4 电算结果正确性的判断 5.1.16 条及抗规 3.6.5 条均
8、有要求: 对结构分析软件的计算结果,应进行分析判断,确认其合理,有效后方可作为工程设计依据。如何判断? 当然只能依靠概念设计来判断: 概念设计是一种设计的思路,可以认为是定性的设计,概念设计不以精确的力学分析生搬硬套的规范条文为依据,而是由我们对工程进行概括的分析,制定设计目标,采取相应措施,概念设计概念包括安全度的概念、力学的概念、材料的概念、荷载的概念、地震的概念、施工的概念、使用的概念等等。根据计算结果从以下方面检查: ( 1)检查原始数据是否有误,特别是是否遗漏荷载； ( 2)计算简图是否与实际相符,计算程序是否选得正确； ( 3)对计算结果分析,检查设计参数是否选择合适,检查“七种比
9、值”即:柱及剪力墙轴压比是否满足要求,主要为控制结构延性；剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性；刚度比:主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突形,形成薄弱层；.位移比:主要为控制结构竖向规则性,以免形成扭转, 对结构产生不利影响；周期:主要为控制结构的扭转效应,减少扭转对结构带来不利影响(此时要注意:第一、二震型在高层建筑中不能发生以扭转为主); 刚重比:主要为控制结构的稳定性,以免结构产生滑移和倾覆；有效质量比: 主要为控制结构的地震力是否全计算出来。 ( 4)另外大家也要注意超配筋信息文件, 对超配筋的处理。 3 抗震墙设计中遇到的问题 3.1 墙体配筋 墙的水平分布筋起
10、抗剪作用,以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏, 同时起到抵抗温度应力防止混凝土出现裂缝的作用。设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加,特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。 3.2 短肢抗震墙设计中应注意的问题 ( 1) 短肢墙的布置应合理、对称、均匀、力求质量中心与刚度中心重合。短肢墙布置应以 T 形、L 形为主,这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定。 ( 2) 短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢, 当有扭转效应时,会加剧已有的翘曲变形,使其墙肢首先开裂,因此应加强其抗震构造措施,如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。 ( 3) 短肢墙受力
11、以承担竖向荷载为主,承担水平荷载为辅。其截面尺寸要适当, 墙肢截面高度与厚度之比宜在 58 左右为好,且墙厚不小于 200mm。当墙肢截面高度与厚度比小于等于 3 时,应按柱的要求进行设计,短肢墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比,抗震等级为一、二、三时分别不宜大于 0.5、0.6、0.7。对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙, 因其延性更为不利, 因此轴压比限值要相应降低 0.1。 ( 4) 短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级采用,主要目的是从构造上改善短肢剪力墙的延性。 ( 5) 对于短肢剪力墙的剪力设计值,不仅底部加强部位应按规范调整,其他各层也要调整, 一、
12、二级抗震等级应分别乘以增大系数 1.4 和1.2,主要目的是避免短肢剪力墙过早剪坏。 ( 6) 抗震设计时,短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率,底部加强部位不宜小于 1.2%,其它部位不宜小于 1.0%。 ( 7) 各短肢墙应尽量对齐、拉直,使之与连梁一起构成较规则且连续均匀的抗侧力片。并且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接。 ( 8) 短肢墙的数量可多可少,肢长可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可以通过不同尺寸和布置调整刚度和刚度中心位置。 3 结 语 根据新规程，抗震墙结构应用十分广泛, 如何合理的布置墙体至关重要, 具体的结构受力特点均有所不同, 设计人员必须在满足规范的前提下不断探索、优化调整设计, 以使结构设计更为合理、经济 参考文献 1 JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程 S. 北京：中国建筑工业出版社, 2011. 2 徐培福,黄吉锋,韦承基. 高层建筑结构在地震作用下的扭转振动效应 J.建筑科学, 2010.
