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阅读 2524 次 高层建筑结构计算中常见问题浅解析

摘要:针对现今高层建筑平面形式多样复杂,使高层建筑在结构计算中普遍存在扭转性能差、层间位移角大、连梁严重超筋等问题,结合工程实例,提出解决方案。...
 
高层建筑结构计算中常见问题浅解析
 
余莉娜      梁源
(深圳大学建筑设计研究院西安分院  710065  西安)
    随着社会的进步、时代的发展,建筑市场对建筑外观设计的要求也随之丰富多样化起来。从原先旧式的火柴盒多层房屋到现在外观形式复杂多变的多、高层建筑;从50、60时年代单一的灰色建筑群到现在色彩斑斓的个性建筑,无不体现了现代建筑外观及功能设计的重要性。在建筑师们充分发挥其想象力的同时,也给结构工程师们提出了更高的要求—那就是充分发挥工程学的潜力来实现建筑创新设计。
   
    对目前主要结构形为剪力墙、框架-剪力墙、筒体、框支剪力墙结构的高层建筑在结构计算中常出现的问题,结合工程实例,浅谈一下作者从事结构设计这些年来所积累的解决方法,以供设计参考选用。
 
1.  结构扭转调整:                                                                  
    目前在高层建筑的建筑平面形式中椭圆形建筑平面很受建设方的青睐,如:西安的“利君明天”小区建筑群、重庆大雅建材城二期的商务中心A座等,这种建筑形式现代感极强,但是这种建筑形式又有一个很大的弱点—结构扭转很大。为了减小或消除这一不利影响,我们首先要选择一种合理的结构形式,其次是在选定的结构形式上采取进一步改善结构扭转影响的技术措施,拿以前所作的重庆大雅建材城二期的商务中心A座的主体部分为例:商务中心A座的概况如下: 该建筑物地下一层地上二十六层  (层高:  1~7层: 5.8m; 8层: 4.5m; 9~26层: 3.6m; 总高: 109m), 带七层裙房(总高: 40.6m) , 因建筑功能要求裙房与主体间互通作为餐饮及商务用,主体在裙房以上部分作为宾馆,这就要求主体椭圆形周边及内部不能有过多的剪力墙或框架柱。根据本建筑的使用功能、建筑总高及扭转影响大等特点,我们采用了框架核心筒这一结构形式。建模初算结果显示,该建筑第一、三周期为平动周期,第二周期为扭转周期,这表明该建筑的扭转影响严重存在(高层建筑要求第一、二周期为平动周期)。经分析认为椭圆形建筑在地震中其椭圆形周边扭转最大, 越靠中间扭转影响越小,因此在该建筑的椭圆形外墙范围内均匀增加了几片短肢剪力墙,经过再次试算,结果显示该建筑第一、二周期为平动周期,第三周期为扭转周期, 这表明该建筑的扭转影响已满足设计要求。对于这类扭转影响较大的建筑主要是通过加强其周边刚度及减弱中心刚度,尽量使结构刚心与质心重合的方法来解决,其具体做法有四种:① .  增加建筑周边剪力墙墙肢厚度或长度;② .  在建筑周边有较大凹槽处每隔2~3层加设一根连梁;③ . 加大周边连梁构件截面高度;④ 加大结构内部剪力墙洞口的高宽。
 
2 . 结构侧移调整:
    针对抗震设防三水准,采用二阶段设计方法来实现,即:在多遇地震作用下,建筑主体结构不受损坏,非结构构件没有过重破坏并导致人员伤亡,保证建筑的正常使用功能;在罕遇地震作用下,建筑主体结构遭受破坏或严重破坏而不倒塌。衡量上述结构变形能力的指标就是层间位移角。对于侧移较大的建筑主要是通过加强楼层抗侧刚度的方法来解决,其具体做法有三种:① .  增加剪力墙墙肢长度或增加剪力墙片数;② . 增加层间位移角较大节点处剪力墙墙肢厚度或将该处底部加强区厚度的剪力墙再向上延伸几层(如:30层以上的建筑底部加强区部分剪力墙墙肢厚可采用300,并且可将250厚的剪力墙伸至20层左右以满足规范规定的层间位移角的要求);③ . 加大周边连梁构件截面高度(如可加至700~1000mm高)。
 
3 . 超筋连梁调整:
    连梁是对剪力墙结构抗震性能影响较大的构件,其对剪切变形十分敏感,其名义剪应力限制比较严,在很多情况下计算时经常出现超筋情况。对于超筋连梁主要是通过降低连梁自身刚度或与其相连的剪力墙刚度的方法来解决,其具体做法有三种:① .  减小超筋连梁的截面或将超筋连梁做成双连梁(双连梁即:将一根截面尺寸为bxh的连梁做成两根截面尺寸分别为bx(h/2)的连梁);② . 将与超筋连梁相连的剪力墙墙肢长度缩短(这样做的目的是为了减小该片剪力墙的刚度,使其在地震中所吸收的地震力减小,从而使与其相连的超筋连梁所吸收的地震剪力减小) ; ③ . 在计算参数输入时将连梁刚度折减系数取的不要太低(一般在0.65左右),待该结构其它结果调整符合要求并有一定富余量而仅存在部分连梁超筋后,可再回头将计算参数中的连梁刚度折减系数进一步折减为0.55,再行计算,则连梁超筋会基本消除。
以上所述结构计算中经常遇到的问题,他们往往并不是孤立存在的,它们相互影响、相互制约。也许为了调整结构的扭转我们加长或加厚了剪力墙,随之带来的是与该剪力墙相连的某根连梁超筋,也许我们又为了调整这根超筋连梁减小了该连梁的截面高度,从而又造成了结构位移不满足规范要求的问题,总之使我们不断的受到新问题的困扰。因此,我们在结构计算中应掌握一条很重要的调整原则:优选结构形式、加强建筑周边刚度,减小建筑中心刚度,尽量使结构刚心与质心重合,再用上述所讲的方法作为辅助调整手段,这样我们在调整结构计算中才能作到得心应手、游刃有余。
 
依据标准:
【1】. 行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002
【2】. 国家标准《建筑抗震设计规范》GB  50011-2001
 
 
(本文来源:陕西省土木建筑学会  文径网络:文径 尹维维 编辑  刘真 审核)
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