刍议高层混凝土结构设计
摘要:本文作者结合实际工作经验,通过结构选型、结构设计特点及结构布置等多个角度进行分析,提出了自己的看法。
关键词:高层;混凝土;结构设计
随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,不管是高层建筑还是民用建筑,结构设计没有绝对最佳的标准模式,只有通过不断地探索、比较,去寻求相对的最优。因此,我们每一个行业工作这都应不断地追求尽善尽美的设计思想,不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计,用自己的结构设计概念、经验、判断力和创造力为业主和社会设计出更好的建筑。
1 关于结构选型
1.1 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。”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作被动。
1.2 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,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为 A 级高度的建筑外,增加了 B 级高度的建筑,因此,必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为 B 级高度建筑甚或超过了B 级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。
1.3 嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
2 关于结构布置
一个好的结构设计首先应做好结构总体布置,高层混凝土结构设计总体布置时,应着重考虑以下几个方面内容:1)采用对抗震有利的建筑平面和立面、对抗震有利的结构布置,即采用规则结构,不应采用严重不规则结构。2)具有明确的计算简图,能够采用明确的力学模型进行结构地震反应分析,得到符合实际得结果。3)具有合理的、直接的传力途径。作用在上部结构的竖向力和水平力,能通过直接的、不间断的传力途径传递到基础,避免迂回。4)具有整体牢固性和尽量多的冗余度。结构的整体牢固性和冗余度是结构抗倒塌所必须的。部分结构构件破坏局部倒塌时,不应导致整个结构的承载力丧失而引起整个结构的倒塌。5)构件与构件之间、结构与结构之间,或是牢固连接,或是彻底分离,避免似连接非连接、似分离非分离的不确定状态。6)设置多道抗震防线。适当处理结构单元承载能力的强弱关系和结构构件承载能力的强弱关系,形成两道或更多的抗震防线,是增强结构抗倒塌能力的重要措施。实现对抗震有利的结构平面布置关键在于:1)刚度中心与质量中心尽可能重合,减小地震对结构产生的扭转影响。2)增大结构的抗扭刚度,减小地震作用下的扭转反应。设计中应注意:过于狭长的建筑,结构自身的扭转反应以及地震的扭转作用对两端结构单元有较大的影响,有可能产生震害;两端结构单元的地震反应相差大。对于钢筋混凝土剪力墙或框架- 剪力墙等结构,关键是合理布置剪力墙:对称布置剪力墙可以减小扭转,将剪力墙围成井筒或两个方向的剪力墙互为端墙,可以增大剪力墙的抗扭刚度,将剪力墙设置在建筑的四周或靠近四周,可以增大结构的抗扭刚度。设计中还应注意:建筑平面有长的外伸(如:L形、H形、Y形等)时,在地震作用下,外伸肢与主体结构之间,或外伸肢之间出现相对运动,两肢连接的角部应力集中,容易产生震害。一般处理方法为:设置抗震缝,或在满足规范要求的前提下,加强角部应力集中区的连接。
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