近20年隨著城市的高速發(fā)展,我國城市的高層建筑逐漸增多,成為城市的一道亮麗風(fēng)景。但是高層建筑不同于普通建筑形態(tài),其設(shè)計(jì)更為復(fù)雜,為了保證建筑的安全,高層建筑設(shè)計(jì)必須依據(jù)高層建筑設(shè)計(jì)的原則要求,保證建筑設(shè)計(jì)的合理性和安全性。下面對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)的過程中要注意的一些問題做一個(gè)總結(jié),希望對(duì)您有幫助。
一、基本問題:
1、應(yīng)當(dāng)注意防震縫的設(shè)計(jì),必須留有足夠的寬度。
2、平面形狀或剛度不對(duì)稱,會(huì)使建筑物產(chǎn)生顯著的扭轉(zhuǎn),震害嚴(yán)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(yīng),破壞嚴(yán)重。
4、高層部分和低層部分之間的連接構(gòu)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(yīng)在建筑物端部設(shè)置樓梯間和樓板開大洞口,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(jié)構(gòu)薄弱層。
二、宏觀控制:
高層抗震設(shè)計(jì)的基本原則:小震不壞,中震可修,大震不倒。
高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)房屋高度和高寬比、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場(chǎng)地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)條件等因素考慮其適宜的結(jié)構(gòu)體系。
高層建筑的高寬比是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。
三、沉降縫、伸縮縫和抗震縫要注意的問題:
高層建筑應(yīng)當(dāng)調(diào)整平面尺寸和結(jié)構(gòu)布置,采取構(gòu)造措施和施工措施,能不設(shè)縫就不設(shè)縫,能少設(shè)縫就少設(shè)縫,如果沒有采取措施或必須設(shè)縫時(shí),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(jié)構(gòu)的溫度-收縮問題,一般由構(gòu)造措施來解決。
后澆帶可選擇在對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較小的部位曲折通過,不要在一個(gè)平面內(nèi),以免全部鋼筋都在同一平面內(nèi)搭接。一般可設(shè)置在梁和樓板的1/3處。
目前許多工程是采用調(diào)整各部分沉降差,在施工過程中留后澆段作為臨時(shí)沉降縫,等到沉降基本穩(wěn)定后再連為整體,不設(shè)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(yuǎn),在下列條件時(shí)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(cè)資料,沉降計(jì)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(chǔ),使其沉降接近。
調(diào)時(shí)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(shè)計(jì)的高層建筑在下列情況下宜設(shè)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(qiáng)措施時(shí);
2、各部分結(jié)構(gòu)剛度相差太遠(yuǎn),采取不同材料和不同結(jié)構(gòu)體系時(shí);
3、各部分質(zhì)量相差很大時(shí);
4、各部分有較大錯(cuò)層時(shí)。
此外,各結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)了伸縮縫和沉降縫時(shí),其縫寬應(yīng)滿足防震縫寬度的要求。
防震縫應(yīng)在地面以上全高設(shè)置,當(dāng)不作為沉降縫時(shí),基礎(chǔ)可以不設(shè)防震縫,但要加強(qiáng)構(gòu)造和連接。
高層建筑各部分之間凡是設(shè)縫的,就要分得徹底;凡是不設(shè)縫的,就要連接牢固。
《高層規(guī)程》規(guī)定:
1、框架結(jié)構(gòu)房屋,高度不超過15m的部分,可取70;超過15m的部分,6、7、8、9度相應(yīng)每增加高度5、4、3、2m,宜加寬20。
2、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按第一項(xiàng)數(shù)值的70%采用,剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按第一項(xiàng)規(guī)定數(shù)值的50%采用,但二者均不宜小于70。
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
結(jié)構(gòu)豎向布置
沿豎向剛度突變還由于下述兩個(gè)原因產(chǎn)生:
1.抗側(cè)力結(jié)構(gòu)(框架、剪力墻、筒體等)突然改變布置。
2.結(jié)構(gòu)的豎向體型突變。
當(dāng)小墻肢截面的高度小于等于墻厚的4倍時(shí),應(yīng)按框架柱設(shè)計(jì),箍筋按框架柱全長加密。
抗震設(shè)計(jì)的軸壓比控制:
特一級(jí)、一級(jí)(9度)為0.4;一級(jí)(7、8度)為0.5;二級(jí)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(shí),視為無翼墻和無端柱。
按照結(jié)構(gòu)延性系數(shù)的大小排序:鋼結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、配筋砌體結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的延性系數(shù)大,說明結(jié)構(gòu)抗震的變形能力大,結(jié)構(gòu)的耐震性能好。有條件時(shí),建筑的主體結(jié)構(gòu)可采用延性系數(shù)較大的結(jié)構(gòu)材料。
地下室頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu),其樓板厚度不小于180,混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜小于C30,并應(yīng)采用雙層雙向配筋,且每個(gè)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(gè)方面:
最小配箍率、最小體積配箍率、最小縱筋配筋率。
當(dāng)?shù)叵率易鰹樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí),地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用,地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用。
地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外,不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)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(yīng)力和剪應(yīng)力的相對(duì)比值,在一定程度上也反映了截面上彎矩與剪力的相對(duì)比值。它對(duì)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(shè)防烈度的A級(jí)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(shè)計(jì)一般剪力墻結(jié)構(gòu)底部的加強(qiáng)部位:墻肢總高度小于50m時(shí)取其總高度的1/6,大于50m時(shí)取 1/8,超過150m,取1/10。
裙房與主樓相連時(shí),加強(qiáng)范圍也宜高出裙房至少一層。
對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)或框筒結(jié)構(gòu),采用模擬施工算法3是比較合理的,可以避免剪力墻軸力遠(yuǎn)大于實(shí)際的不合理情形。
振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。振型個(gè)數(shù)至少取3,最好為3的倍數(shù),當(dāng)然,振型個(gè)數(shù)也不能大于3倍質(zhì)點(diǎn)數(shù)。
當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí),振型數(shù)應(yīng)不少于9。對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)振型個(gè)數(shù)應(yīng)大于12。
高規(guī)要求有效質(zhì)量系數(shù)不應(yīng)小于90%。
樓梯柱可視為短柱,箍筋需全長加密。
五、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要控制的七個(gè)比值
1、軸壓比:主要為控制結(jié)構(gòu)的延性,規(guī)范對(duì)墻肢和柱均有相應(yīng)限值要求。
2、剪重比:主要為控制各樓層最小地震剪力,確保結(jié)構(gòu)安全性。
3、剛度比:主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性,以免豎向剛度突變,形成薄弱層。
4、位移比:主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性,以免形成扭轉(zhuǎn),對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。
5、周期比:主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng),減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響,要求見高規(guī)。
6、剛重比:主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆,要求見高規(guī)。
7、層間受剪承載力比:控制豎向不規(guī)則性,以免豎向樓層受剪承載力突變,形成薄弱層。
總之,在高層建筑設(shè)計(jì)的過程中,要保證高層建筑結(jié)構(gòu)安全、適用、耐用,其中最重要要考慮的問題就是安全、荷載與抗震能力,還有防火要求,這些在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都必須要詳細(xì)考慮的問題,需要引起每個(gè)建筑設(shè)計(jì)相關(guān)人員的重視。
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