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高層建筑結構設計中幾個限值的意義

2008-09-18 10:04    【  【打印】【我要糾錯】

  1、軸壓比:

  軸壓比是指有地震作用組合的柱組合軸壓力設計值與柱的全截面面積和砼軸心受壓抗壓強度設計值乘積的比值,是影響柱子破壞形態(tài)和延性的主要因素之一。

  為控制結構的延性,規(guī)范對墻肢和柱均有相應限值要求,見抗規(guī)6.3.7和6.4.6,在剪力墻的軸壓比計算中,軸力取重力荷載代表設計值,與柱子的不一樣。

  2、剪重比:

  主要為控制各樓層最小地震剪力,確保結構安全性,見抗規(guī)5.2.5.

  3、剛重比:

  主要為控制結構的穩(wěn)定性,以免結構產(chǎn)生滑移和傾覆,要求見高規(guī)。

  4、側向剛度比:

  主要為控制結構豎向規(guī)則性。

  位移比:主要為控制結構平面規(guī)則性,以免形成扭轉(zhuǎn),對結構產(chǎn)生不利影響?刂票壤秊1.5.見抗規(guī)3.4.2、3.4.3.

  5、周期比:

  主要為控制結構扭轉(zhuǎn)效應,減小扭轉(zhuǎn)對結構產(chǎn)生的不利影響,要求見高規(guī)4.3.5.

  6、剪跨比:

  梁的剪跨比,剪力的位置a與h0的比值。剪跨比影響了剪應力和正應力之間的相對關系,因此也決定了主應力的大小和方向,也影響著梁的斜截面受剪承載力和破壞的方式;同時 也反映在受剪承載力的公式上。

  柱的剪跨比:(剪跨比λ=M/Vh) ,若反彎點在柱子層高范圍內(nèi),可取 柱子的剪跨比小于2時,需要全長加密,見混凝土規(guī)范11.4.12、11.4.17.

  7、剪壓比

  (梁柱截面上的名義剪應力V/bh0與混凝土軸心抗壓強度設計值的比值):梁塑性鉸區(qū)的截面剪壓比對梁的延性、耗能能力及保持梁的強度、剛度有明顯的影響,當剪壓比大于0.15的時候,梁的強度和剛度有明顯的退化現(xiàn)象,此時再增加箍筋用量,也不能發(fā)揮作用,因此對梁柱的截面尺寸有所要求。

  8、跨高比:

  梁的跨高比(梁的凈跨與梁截面高度的比值)對梁的抗震性能有明顯的影響。梁(非剪力墻的連梁)的跨高比小于5和深梁都按照深受彎構件進行計算。

  9、延性比:

  延性比即為彈塑性位移增大系數(shù)。延性是指材料、構件、結構在初始強度沒有明顯退化的情況下的非彈性變形能力。延性比主要分為三個層面,即截面的延性比、構件的延性比和結構的延性比。結構的延性比多指框架或者剪力墻等結構的水平荷載-頂層水平位移(P-delta)、水平荷載-層間位移等曲線。

  高層抗震

  1.應當注意防震縫的設計,必須留有足夠的寬度。

  2.平面形狀或剛度不對稱,會使建筑物產(chǎn)生顯著的扭轉(zhuǎn),震害嚴重。

  3.凸出屋面的塔樓受高振型的影響,產(chǎn)生顯著的鞭梢效應,破壞嚴重。

  4.高層部分和低層部分之間的連接構造不合理。

  5.框架柱截面太少,箍筋不足,柱子的延性和抗震能力不夠而發(fā)生剪切破壞或柱頭壓碎。

  6.由于沿豎向樓層質(zhì)量與剛度變化太大,是樓層變形過分集中而產(chǎn)生破壞。

  7.地基的穩(wěn)定性問題要特別注意。

  8.伸縮縫和沉降縫寬度過小,碰撞破壞很多。

  9.不應在建筑物端部設置樓梯間,樓板有大洞口,因剛度不均勻而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。

  10.外縱墻門窗洞口過大,連梁尺寸太小,容易產(chǎn)生破壞。

  11.中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消了部分剪力墻,產(chǎn)生剛度或承載力突變,形成結構薄弱層。

  高層抗震設計的基本原則:小震不壞,中震可修,大震不倒。

  高層建筑結構應根據(jù)房屋高度和高寬比、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地類別、結構材料和施工技術條件等因素考慮其適宜的結構體系。

  高層建筑的高寬比是對結構剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟合理性的宏觀控制。

  沉降縫、伸縮縫和抗震縫要注意的問題:

  高層建筑應當調(diào)整平面尺寸和結構不止,采取構造措施和施工措施,能不設縫就不設縫,能少設縫就少設縫,如果沒有采取措施或必須設縫時,則必須保證必要的縫寬以防止震害。

  鋼筋混凝土高層建筑結構的溫度-收縮問題,一般由構造措施來解決。

  后澆帶可選擇在對結構受力影響較小的部位曲折通過,不要在一個平面內(nèi),以免全部鋼筋都在同一平面內(nèi)搭接。一般可設置在梁和樓板的1/3處。

  目前許多工程是采用調(diào)整個部分沉降差,在施工過程中留后澆段作為臨時沉降縫,等到沉降基本穩(wěn)定后再連為整體,不設永久性的沉降縫。

  高層建筑的主樓和裙房的層數(shù)相差很遠,在下列條件時可不留永久沉降縫:

  1.采用端承樁,樁支承在基巖上。2.地基條件好,沉降差小。3.有較多的沉降觀測資料,沉降計算比較可靠。

  后兩種情況下,可調(diào)壓力差,主樓和裙房部分才用不同的基礎,使其沉降接近。

  調(diào)時間差,先施工主樓,待主樓基本建成,沉降基本穩(wěn)定,再建裙房。

  抗震設計的高層建筑在下列情況下宜設防震縫:

  1.平面長度和外伸長度尺寸超出了規(guī)程限值而又沒有采取加強措施時;

  2.各部分結構剛度相差太遠,采取不同材料和不同結構體系時;

  3.各部分質(zhì)量相差很大時;

  4.各部分又較大錯層時。

  此外,各結構單元之間設了伸縮縫和沉降縫時,其縫寬應滿足防震縫寬度的要求。

  防震縫應在地面以上全高設置,當不作為沉降縫時,基礎可以不設防震縫,但要加強構造和連接。

  高層建筑各部分之間凡是設縫的,就要分得徹底;凡是不設縫的,就要連接牢固。

  《高層規(guī)程》規(guī)定:

  1.框架結構房屋,高度不超過15m的部分,可取70mm;超過15m的部分,6、7、8、9度相應每增加高度5、4、3、2m,宜加寬20mm.

  2.框架-剪力墻結構房屋可按第一項數(shù)值的70%采用,剪力墻結構房屋可按第一項規(guī)定數(shù)值的50%采用,但二者均不宜小于70.

  結構豎向布置

  沿豎向剛度突變還由于下述兩個原因產(chǎn)生:

  1.抗側力結構(框架、剪力墻、筒體等)的突然改變布置。

  2.結構的豎向體型突變。

  當小墻肢截面的高度小于等于墻厚的4倍時,應按框架柱設計,箍筋按框架柱全長加密。

  抗震設計的軸壓比控制:

  特一級、一級(9度)為0.4;一級(7、8度)為0.5;二級為0.6.

  抗震墻的翼墻長度小于其3倍厚度或端柱截面邊長小于2倍墻厚時,視為無翼墻和無端柱。

  按照結構延性系數(shù)的大小排序:剛結構、鋼管混凝土結構、型鋼混凝土結構、鋼筋混凝土結構、配筋砌體結構、砌體結構。結構的延性系數(shù)大,說明結構抗震的變形能力大,結構的耐震性能好。有條件時,建筑的主體結構可采用延性系數(shù)較大的結構材料。

  地下室頂板應采用現(xiàn)澆梁板結構,其樓板厚度不小于180,混凝土強度等級不宜小于C30,并應采用雙層雙向配筋,且每個方向的配筋率不宜小于0.25%.

  抗震框架柱配筋要注意的三個方面:

  最小配箍率、最小體積配箍率、最小縱筋配筋率。

  當?shù)叵率易鰹樯喜拷Y構的嵌固端時,地下一層的抗震等級應按上部結構采用,地下一層以下結構的抗震等級可根據(jù)具體情況采用。

  地下室柱截面每側的縱向鋼筋面積除應符合計算要求外,不應少于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍。

  短柱:柱凈高與截面寬度之比小于4的柱子。箍筋需全長加密。

  剪跨比

  柱剪跨比:柱子凈高與2倍柱子截面高度的比值。

  梁剪跨比:剪跨與梁截面有效高度的比值。廣義剪跨比=M/Vh=a/h.剪跨比反映了截面上正應力和剪應力的相對比值,在一定程度上也反映了截面上彎矩與剪力的相對比值。它對梁的斜截面受剪破壞形態(tài)和斜截面受剪承載力,有著極為重要的影響。

  高寬比

  6、7度抗震設防烈度的A級高度建筑,其高寬比限值分別為:框架4,框剪5,剪力墻6,筒體6.

  抗震設計一般剪力墻結構底部的加強部位:墻肢總高度小于50m時取其總高度的1/6,大于50m時取 1/8,超過150m,取1/10.

  裙房與主樓相連時,加強范圍也宜高出裙房至少一層。

  對于框剪結構或框筒結構,采用模擬算法2是比較合理的,可以避免剪力墻軸力遠大于實際的不合情形。

  振型個數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。振型個數(shù)至少取3,最好為3的倍數(shù)。

  當考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時,振型數(shù)應不少于9.對于多塔結構振型個數(shù)應大于12.

  高規(guī)要求有效質(zhì)量系數(shù)不應小于90%.

  樓梯柱可視為短柱,箍筋需全長加密。

  高層結構設計需要控制的六個比值

  1、軸壓比:主要為控制結構的延性,規(guī)范對墻肢和柱均有相應限值要求,見抗規(guī)6.3.7和6.4.6.

  2、剪重比:主要為控制各樓層最小地震剪力,確保結構安全性,見抗規(guī)5.2.5.

  3、剛度比:主要為控制結構豎向規(guī)則性,以免豎向剛度突變,形成薄弱層,見抗規(guī)3.4.2.

  4、位移比:主要為控制結構平面規(guī)則性,以免形成扭轉(zhuǎn),對結構產(chǎn)生不利影響。見抗規(guī)3.4.2.

  5、周期比:主要為控制結構扭轉(zhuǎn)效應,減小扭轉(zhuǎn)對結構產(chǎn)生的不利影響,要求見高規(guī)

  6、剛重比:主要為控制結構的穩(wěn)定性,以免結構產(chǎn)生滑移和傾覆,要求見高規(guī)。

延伸閱讀:高層 建筑 結構
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