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      建筑結(jié)構(gòu)設計要點及計算模型調(diào)整

      2011-08-15 00:52:53張景禎
      科技傳播 2011年17期
      關(guān)鍵詞:框架結(jié)構(gòu)抗剪剪力墻

      林 濤,張景禎

      1.河北省唐山市規(guī)劃建筑設計研究院,河北 唐山 063000 2.九源(北京)國際建筑顧問有限公司,陜西 榆林 750001

      1 結(jié)構(gòu)破壞機制分析

      1)對于框架結(jié)構(gòu)來說,地震作用下首先在梁端產(chǎn)生朔性鉸,消耗地震能量。隨著強震作用,底層柱底彎矩增大,導致底層柱底最終出現(xiàn)朔性鉸,結(jié)構(gòu)進入失穩(wěn)狀態(tài)成為幾何可變體系。在設計高層結(jié)構(gòu)時,應保證底層柱的抗彎和抗剪強度,以有效地延遲底層柱朔性鉸的出現(xiàn),提高底層柱的延性??刹扇〉拇胧┦牵簩α汗潭藦澗剡M行適當調(diào)幅;框架梁的下部鋼筋如不是計算需要和構(gòu)造要求,以不伸入柱中或不完全錨固在柱中為好。通過人為方式對不同構(gòu)件設置不同的安全等級;

      2)對于剪力墻結(jié)構(gòu)來說,鑒于剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度較大,重點設計其抗彎和抗剪強度。在設計剪力墻結(jié)構(gòu)時,為了有效確保剪力墻結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)樓層破壞,剪力墻內(nèi)豎向鋼筋的配筋率不宜過小,避免在大震作用下產(chǎn)生脆性破壞。水平分布筋直徑不宜過小間距不宜過大,否則對混凝土起不到約束作用;豎向鋼筋直徑更不能太細間距不宜過大;對于墻厚大于160mm時,采取雙層鋼筋,而且水平筋應放在豎向筋的外側(cè)。在剪力墻的端部以及墻與墻交叉處應該設置暗柱;同時尤其注意剪力墻的與樓板的連接;

      3)對于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)來說,鑒于框架結(jié)構(gòu)剛度比較小,為了有效確保結(jié)構(gòu)有良好的延性和變形能力,即框架結(jié)構(gòu)設計的重點在于延性,而剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度較大,設計中首先遇到的問題是強度設計,包括抗彎和抗剪強度設計,同時也要保證剪力墻有良好的延性。在設計中可采取的措施:剪力墻的數(shù)量應比所謂的合理數(shù)量要求高一些;平面布置剪力墻時,應采取相對集中和分散布置相結(jié)合的原則,要盡量使橫向與縱向剪力墻連成整體構(gòu)成十字形,T字形或L字形。這樣既可省材料,又可增大結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性,同時還有利于抗扭。

      2 建筑結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置分析

      2.1 結(jié)構(gòu)體系選取

      對于建筑結(jié)構(gòu)設計時,可選擇的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)等。設計中選取何種結(jié)構(gòu),需經(jīng)過方案比較,這主要比較建筑物的高度、用途、施工、條件以及經(jīng)濟等。如果擬建建筑物為宿舍,而且高度有比較高,則適宜選取剪力墻結(jié)構(gòu),這樣便充分結(jié)合居住建筑要求足夠多隔墻的要求。當建筑物的底部需要設商店和大開間的門廳時,則適宜采用框支-剪力墻結(jié)構(gòu)。

      2.2 結(jié)構(gòu)布置

      在建筑體型和結(jié)構(gòu)體系選定后,結(jié)構(gòu)布置時結(jié)構(gòu)設計的重要一環(huán)。結(jié)構(gòu)布置應充分考慮到以下要求:結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的結(jié)構(gòu)平面布置盡量做到均勻?qū)ΨQ;各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度中心應力求靠近水平作用合力的作用線,以減少扭轉(zhuǎn)影響;抗震結(jié)構(gòu)體系宜為多道防地震的體系??拐鸾Y(jié)構(gòu)設計時宜少采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。筆者結(jié)合工程實踐經(jīng)驗,總結(jié)了一些關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)布置的設計經(jīng)驗:

      1)在建筑體型構(gòu)思,平面布置和豎向設計階段,建筑和結(jié)構(gòu)設計人員一定要密切配合,相互取長補短,既要充分考慮到建筑物使用合理,造型美觀,又要考慮到結(jié)構(gòu)受力明確,結(jié)構(gòu)設計經(jīng)濟合理,有利于抵抗水平作用和方便施工等。建筑物的體型對建筑結(jié)構(gòu)的受力和材料消耗又極其重要的作用,在相同的基本風壓作用下,采用圓形平面比采用正方形平面,風荷載可減小40%以上;

      2)在建筑物豎向設計上,如能將頂部削成斜面,對抗風和抗震都有利的。另外,為了有效地減小結(jié)構(gòu)自重,優(yōu)先采用輕質(zhì)隔墻。當建筑物需進行抗震設計時,其體型應盡量簡單和規(guī)則。設計中應優(yōu)先考慮通過調(diào)整平面形狀和尺寸達到盡量采用不設防震縫的方案。當建筑物有較大的錯層,應用防震縫將各部分分成規(guī)則,均勻的獨立結(jié)構(gòu)單元。

      2.3 多道抗震防線設計原則

      絕大多數(shù)地震都有前震和余震,這就要求設計時一定要考慮多道防線的問題。在結(jié)構(gòu)平面設計時應有意識地加強某些豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。例如,在剪力墻結(jié)構(gòu)中,將某幾片剪力墻特別加強其抗剪抗彎能力。強震下,其它剪力墻雖已出現(xiàn)朔性鉸,但加強了的這幾片剪力墻仍然處于彈性階段。又如在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中,讓框架承受更多較多的水平作用。另外,在每榀框架抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中也有所側(cè)重,設計時也應該有意識的對不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件給予不同的可靠度,而且在構(gòu)件的抗彎抗剪設計中,不同的部位也應適當不同的安全度。例如,在剪力墻結(jié)構(gòu)設計中,應讓地震能量首先在彎曲變形中耗散掉,從而有效地避免了剪切破壞先于彎曲破壞,即鋼筋混凝土剪力墻的底部抗剪可靠度一定要給夠,應超過一般構(gòu)件抗剪驗算的可靠度。充分認識各種結(jié)構(gòu)的破壞機制和其朔性鉸出現(xiàn)的順序,對考慮多道防線設計的原則是很有幫助的。

      3 結(jié)構(gòu)計算及模型調(diào)整

      設計參數(shù)已經(jīng)選定的情況下接下來的工作就是結(jié)構(gòu)建模計算和調(diào)整修改的工作,這項工作大多數(shù)要往返多次才能取得合理的結(jié)構(gòu)模型。

      1)初次建模時,結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及技術(shù)條件都是以設計經(jīng)驗和規(guī)范確定的,建模完成后便進行結(jié)構(gòu)計算,在結(jié)構(gòu)計算前處理部分,特別要注意計算程序所要求輸入的各項軟件所需的參數(shù),一類是技術(shù)參數(shù),一類是條件參數(shù)。條件參數(shù)是工程本身在特定條件下所具有的;技術(shù)參數(shù),主要是軟件內(nèi)部根據(jù)規(guī)范或設計常規(guī)所需要確定的,例如是否考慮P-Δ效應,選CQC法,選取振型個數(shù)等;

      2)在計算完成后,要檢查層間位移是否滿足規(guī)范要求,如不滿足表明梁柱剛度過小,應加大梁柱尺寸或提高砼強度等級。另外建筑物的高寬比不得超過規(guī)范,如框架結(jié)構(gòu)要求小于4。對于第一自振周期T1應是在將結(jié)構(gòu)模型調(diào)整合理的情況,在返回重填重算,以求得接近實際的計算結(jié)果?!陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比,A級高度建筑不應大于0.9,這也是調(diào)整樓面剛度梁柱尺寸的依據(jù);

      3)其次要檢查軸壓比是否超規(guī)范,如超需調(diào)整柱尺寸以及混凝土等級。如柱縱向筋,是否超筋,有沒有辦法配筋,規(guī)范要求縱筋凈距不大于200,同時又不得小于50,對角柱中柱最小配筋率如不滿足同樣要調(diào)整柱。再次,檢查梁的計算結(jié)果信息:縱筋的超筋情況、配箍超筋情況,雖未超筋,但實際是否可配,梁縱向鋼筋要放幾排,每排根數(shù),此兩項是梁尺寸、砼強度等級調(diào)整的依據(jù)。

      4 結(jié)論

      本文結(jié)合筆者從事工程設計實踐經(jīng)驗,提出建筑結(jié)構(gòu)設計應從概念設計出發(fā)來合理選取結(jié)構(gòu)布置,同時對計算模型采取合理的調(diào)整,以使得結(jié)構(gòu)更加合理。

      [1]王順卿.當前建筑結(jié)構(gòu)設計中概念設計的應用[J].山西建筑,2006(6).

      [2]賴運強.地下結(jié)構(gòu)設計的荷載模型、方法的確定[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2010(5).

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