高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺議

1、    高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺議    方家俊摘 要：隨著城市發(fā)展的擴(kuò)大，土地利用率越來越高，帶來的建筑高度也不斷增加，功能要求也更加人性化。筆者針對(duì)工作過程中所遇到的一些問題進(jìn)行歸納總結(jié)，反思一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，與同行一起商榷以便共同進(jìn)步。關(guān)鍵字：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，越多的功能使用要求對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性能提出了新的挑戰(zhàn)。隨著國(guó)家對(duì)抗震控制的加大，對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)安全的負(fù)責(zé)，建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定不斷完善建筑抗震設(shè)防措施，為高層建筑的安全性能保駕護(hù)航。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)隨著行業(yè)的發(fā)展越發(fā)的成熟，但

2、是為了追求更加完善，更加有效的結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)措施，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中不斷努力，根據(jù)個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)，凝結(jié)大家的智慧，進(jìn)一步完善我國(guó)高層住宅結(jié)構(gòu)安全，確保人們生命財(cái)產(chǎn)安全不受損害。一、基礎(chǔ)的探討基礎(chǔ)應(yīng)該要有一定的埋深，埋置深度是指從建筑外面的地坪開始測(cè)量到基礎(chǔ)最底面，對(duì)單獨(dú)的一棟高層建筑來講，基礎(chǔ)埋深比較容易計(jì)算，但復(fù)雜的高層建筑的地下車庫都是與建筑本身是相互連接的，當(dāng)?shù)叵萝噹旎A(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)或設(shè)有防水底板的獨(dú)立基礎(chǔ)（防水底板不宜太?。r(shí)，高層建筑的基礎(chǔ)埋深可從室外地坪算起，此時(shí)高層建筑地下室及地下車庫頂板應(yīng)按嵌固層要求設(shè)計(jì)，地下車庫應(yīng)有足夠的側(cè)向剛度作為高層建筑的側(cè)限。假如不滿足以上條件的時(shí)候，高層

3、建筑的基礎(chǔ)埋深應(yīng)該要從地下車庫地面算起。高層建筑通常設(shè)地下室來滿足埋深要求，主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1.使得地基更具有承載能力。當(dāng)高層建筑采用天然地基時(shí)，地基承載能力可進(jìn)行修正，隨著基礎(chǔ)埋深的增加，修正后的地基承載力隨之增大，從而可滿足高層建筑對(duì)地基承載力的要求。2.保證高層建筑更具有穩(wěn)定性。高層建筑地下室外墻一般采用鋼筋砼墻，地下室頂板厚不宜小于160mm，地下室具有較大的層間剛度，同時(shí)地下室外墻周邊土也提供了很大的側(cè)向剛度和約束。因此設(shè)地下室有利于上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，有利于協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體變形，調(diào)整地基不均勻沉降。3.增加建筑抗傾覆的承載力。二、地下室頂板作為結(jié)構(gòu)底部嵌固層的條件當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛榻Y(jié)

4、構(gòu)底部嵌固層的時(shí)候，應(yīng)該要能約束結(jié)構(gòu)底部的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，故必須要滿足下列條件：1.地下室頂板與室外高差不宜過大，宜小于1/3層高。2.地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的2倍。這里需要指出的是，高規(guī)4.8.5條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)的高層建筑當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固層時(shí)，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。規(guī)范規(guī)定此條的目的是保證柱端塑性鉸通常也出現(xiàn)在地下室頂部柱端。按規(guī)范規(guī)定增大地下室柱配筋時(shí)，往往使得柱鋼筋較密，不便施工。三、房屋高寬比房屋高度指室外地面至主樓主要屋面的高度。房屋寬度按所考慮方向的最小投影寬度作為建

5、筑物的計(jì)算寬度。隨著層數(shù)增加震害隨之增加，特別是房屋的倒塌率與房屋的層數(shù)成正比例增加。而限制高寬比是為了砌體房屋發(fā)生整體彎曲破壞。對(duì)帶裙房的高層建筑，當(dāng)裙房面積與其上塔樓面積比大于2.5或裙房抗側(cè)剛度與其上塔樓抗側(cè)剛度比大于2.0時(shí)，可取裙房上部分的的房屋高度和寬度計(jì)算高寬比。此項(xiàng)措施也是抗震設(shè)計(jì)中最為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的抗震措施，被廣泛的推廣。四、不規(guī)則性結(jié)構(gòu)的界定建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性除應(yīng)按照高規(guī)規(guī)定進(jìn)行界定外，還需要注意以下幾點(diǎn)：1.計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大位移比時(shí)應(yīng)按剛性樓板假定。2.當(dāng)結(jié)構(gòu)的位移比和周期比超規(guī)范規(guī)定時(shí)，說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對(duì)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度偏小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大。在結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大，結(jié)構(gòu)的

6、層間位移滿足要求的情況下，可減小結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，對(duì)樓層中部結(jié)構(gòu)做減法，可取消、減短、減薄剪力墻，減小連梁高度等。當(dāng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，側(cè)移較大時(shí)，可對(duì)樓層周邊結(jié)構(gòu)做加法，可增大周邊構(gòu)件的剛度。對(duì)帶裙房的高層建筑，帶裙房的部分樓層的位移比和周期比往往超規(guī)范規(guī)定。由于裙房高度不高，裙房樓層的絕對(duì)側(cè)移值很小，因此可不按高層建筑的側(cè)移控制條件來要求裙房，即位移比可適當(dāng)放寬。3.對(duì)某些建筑，因功能需要，下部幾層為大空間，上部為辦公或客房，隔墻較多，上下層剛度差別較大，此時(shí)剛度變化處的下一層宜指定為薄弱層，進(jìn)行內(nèi)力放大調(diào)整。五、框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心距較大應(yīng)采取的措施框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心距較大將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪面

7、積減小，且梁端彎矩作用在節(jié)點(diǎn)上時(shí)出現(xiàn)扭矩。因此，當(dāng)梁柱偏心距大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4時(shí)，應(yīng)采取措施。通常可加大梁寬或設(shè)置梁水平腋，當(dāng)設(shè)置梁水平腋時(shí)，在梁柱節(jié)點(diǎn)處形成了較強(qiáng)的剛域，梁塑性鉸將外移。因此梁端箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)與普通框架梁有所區(qū)別，水平加腋梁的梁端箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)取普通框架梁箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度與加腋水平長(zhǎng)度之和。六、較長(zhǎng)剪力墻的開洞高規(guī)規(guī)定，較長(zhǎng)剪力墻宜設(shè)開洞，將其分成長(zhǎng)度較為均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個(gè)獨(dú)立墻段的總高度與其截面高度之比不應(yīng)小于2，墻肢截面高度不宜大于8m，此條規(guī)定主要基于以下考慮：1.提高剪力墻的延性，避免脆性破壞。墻段高度不大于2時(shí)一般為彎曲破壞

8、，墻段高度不小于2時(shí)一般為剪切破壞。2.避免單片剪力墻承擔(dān)過大的水平剪力而首先破壞，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件依次破壞。在某些工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往將較長(zhǎng)的剪力墻開結(jié)構(gòu)洞，洞口較小，形不成弱連梁，此時(shí)的剪力墻為小開口剪力墻，仍具有很大的側(cè)向剛度，承擔(dān)的水平力很大，造成剪切脆性破壞。因此開結(jié)構(gòu)洞時(shí)一定要開大洞，形成弱連梁，連梁跨高比宜大于6使得較長(zhǎng)剪力墻開洞后形成兩個(gè)較獨(dú)立的墻肢。七、懸挑梁的高度選用現(xiàn)在，基本上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師會(huì)經(jīng)常忽略對(duì)梁撓度的計(jì)算。梁高選用比較小，造成梁截面的受壓區(qū)的應(yīng)力過高，在正常的使用狀態(tài)之下，梁截面的受壓區(qū)產(chǎn)生非線性徐變。伴隨著時(shí)間的推移，梁撓度漸漸加大。挑梁的變形導(dǎo)致了

9、梁板裂縫，由于挑梁變形不斷擴(kuò)大，裂縫的寬度也隨之加寬，這樣就直接影響了建筑物的正常使用情況。即挑梁變形進(jìn)一步發(fā)展，梁支座截面上部受拉區(qū)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)比較大的豎向裂縫。受支座附近的剪彎作用影響，豎向的裂縫不斷向下延伸成為斜裂縫，這個(gè)時(shí)候梁已經(jīng)接近毀壞。裂縫在梁支座的位置斜向延伸，縫越靠上寬度越大。挑梁截面過于窄小對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果影響很大，懸挑結(jié)構(gòu)對(duì)非水平地震的作用極為敏感。當(dāng)梁高相對(duì)而言較小時(shí)，梁截面對(duì)應(yīng)的受壓區(qū)高度也是比較大的，但梁的延性是比較小的，在豎向地震作用力之下容易產(chǎn)生斷裂，從而失去了原有的承載力。八、總結(jié)在今后的工作中，我們建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師更要重新認(rèn)識(shí)自己的工作對(duì)整個(gè)高層建筑安全的重要性，明確自己的安全責(zé)任，提高對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量安全問題的辨別能力，積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn)，使建筑結(jié)