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超高層建筑結構設計中的常見幾個關鍵問題

來源:中國幕墻網收集整理  作者:*  日期:2014-8-14
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  “根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想,進行建筑和結構的總體布置并確定細部構造的過程”。

  本篇文章內容由[中國幕墻網]編輯部整理發布:

  一、結構設計中應注重概念設計,做到重概念,輕精度。做結構設計應從大處著眼,小處著手。

  概念設計:抗震規范第2.1.9條指出抗震概念設計就是:

  “根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想,進行建筑和結構的總體布置并確定細部構造的過程”。

  抗震概念設計就是要把握好結構抗震設計的關鍵問題:

  (1)把地震及其影響的不確定性和規律性結合起來,設計時應著眼于結構的總體反應;

  (2)依據結構破壞機制和破壞過程,靈活運用抗震設計準則;

  (3)從一開始就全面合理地把握好結構設計的本質問題(如把握好總體布置、結構體系、承載能力(詞條“承載能力”由行業大百科提供)剛度分布、結構延性等);

  (4)顧及關鍵部位的細節,力求消除結構中的薄弱環節(或對關鍵部位制定明確的抗震性能目標);

  (5)從根本上保證結構的抗震性能。

  做結構設計不應當怕出現超出結構規范規定的問題,而是要找出結構的問題所在,有針對性的解決問題,找出解決措施。

  二、結構設計圍繞“三個公式一個圈”而進行。

  公式一:F=kx

  公式二:F=ma

  公式三:S≤R

  三、剪力墻是一切復雜的根源。目前的結構分析軟件情況下,對于空間桿元結構的分析,得出的結論基本上一致。但是對于剪力墻采用計算模型的不同,產生的差異較大,有墻元模型、殼元模型及膜元模型。

  其它:

  1.考慮剛性樓板假定的原因,是基于同一種條件下對結構指標的判斷。是基于層模型的分析判斷。主要為整體控制指標的計算時采用,如層間位移角、扭轉位移比、周期比、結構底部抗傾覆力矩計算、結構剪重比計算、結構的剛重比計算等。

  不考慮剛性樓板假定的工況:結構構件的分析計算,即梁、板、柱、墻。

  2.周期比的判斷,應采用剛性樓板假定,對不符合剛性樓板假定的結構,扭轉周期比的判別將無實質意義。

  3.位移比(扭轉位移比)的判斷,采用剛性樓板假定,應取單向地震作用的、按規定水平力計算的;并且考慮偶然偏心。

  4.位移角:結構樓層位移和層間位移控制值驗算,采用CQC效應組合,且可不考慮偶然偏心的影響。

  5.地震作用計算:單向地震時,應考慮偶然偏心,緣于結構實際剛度和質量分布相對于計算假定值得偏差,實際地震時存在地面扭轉分量,結構彈塑性反應時抗側力剛度退化程度的不同。采用考慮偶然偏心的方法是簡便實用的方法。

  6.雙向地震:《抗規》5.1.1條:質量與剛度分布明顯不對稱的結構,應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響。扭轉位移比大于1.2,可認為質量和剛度處于明顯不對稱狀態。規范對雙向地震的計算是對x方向地震和y方向地震(均不考慮偶然偏心)的再組合。但是和單向地震作用結果不同,單向地震作用考慮偶然偏心(EXM、EYM或EXP、EYP)。

  7.重力荷載代表值屋面活荷載是否計入的問題:對于不上人屋面可不計入。對于上人屋面,應計入;因為實際工程中屋面具有較強的使用功能。

  8.最小剪重比:對于長周期結構,同烈度時場地條件好的結構不容易滿足,存在一定問題。目前存在兩種爭議,最小剪重比和剛度都需要滿足規范的要求,以及在滿足剛度要求的情況下可以不需要滿足最小剪重比的要求。大多數結構處于速度控制段,按規范的方法過于計算復雜,可直接按照加速度控制段的調整方法計算。偏于安全。

  9.樓梯間的問題,按照平法圖集底端滑動的做法有以下方面的問題存在:a,時間長以后滑動支座(詞條“支座”由行業大百科提供)是否還能滑動;b,梯板下端滑動后對結構產生如何新的影響;c,框架柱被樓梯平臺分割成短柱的問題仍然存在。建議采用樓梯間梯柱為框架柱,沿著樓梯建周邊設置暗梁。并且梯柱按抗震要求進行抗震等級構造措施。在模型中建立樓梯進行計算是下策。

  10.強柱弱梁:實際地震中難以實現強柱弱梁破壞。主要原因是彈性模型加大了梁端負彎矩;裂縫計算時,內力取值位置與實際位置不統一,導致裂縫過大,從而加大了配筋;梁底部配筋加大過多;現澆樓板對梁端實際承載能力的影響。設計中宜:考慮塑性內力重分布,設置梁凈跨單元;正確區分梁跨中配筋和梁端底筋配筋要求的不同性。當梁底多排鋼筋時,第二排可在柱截面外截斷。

  11.剛性樓板假定:剛性樓板假定和強制剛性樓板假定不同。

  剛性樓板假定:平面內無限剛,片面外剛度為零。板的自由度為3個。

  強制剛性樓板假定:不區分剛性板、彈性板或獨立的彈性節點,位于一個樓層時,均強制從屬一個剛性板。

  注意:對于復雜結構,如不規則坡屋頂、體育館看臺、工業廠房,或者柱、墻不在同一標高(躍層柱),或者沒有樓板等情況,如果采用強制剛性樓板假定,結構分析會嚴重失真(即計算出的結果不具有參考意義)。對這類結構可以查看位移(詳細輸出),或觀察結構的動態變形圖,考察結構的扭轉效應。

  對于錯層或帶夾層的結構,總是有大量的躍層柱,如采用剛性樓板假定,所有躍層柱都將受到約束,造成計算結果失真。(從實踐看,位移角不滿足1/550的不一定實際不滿足)。

  建議:對于廠房結構不采用剛性樓板假定,而是根據計算出的最大位移角的數值和樓層層高進行判斷。

  12.屋面板溫度筋:雙層雙向設置。梁構造鋼筋,改為抗扭鋼筋。【完】

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