高层建筑结构设计常见的问题分析

高层建筑结构设计常见的问题分析

摘要:目前,我国建筑行业不断地发展,取得了优越的成果。在这个时期内,我国建造了无数的庞大的建筑物,而且规模不断增大,复杂性不断的增高,这是众所周知的。但我们不要满足于现状而停滞不前,要为以后建设出更高的水平,还要努力,精益求精。

关键词:高层建筑;结构设计;《高层建筑混凝土结构技术规程》;剪力墙1框支梁支放在剪力墙上的设计问题

《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)和《建筑抗震设计规范》对框支梁和框支柱的截面及配筋都有详尽规定,但对框支梁支放在混凝土剪力墙上时却未作任何规定或建议。事实上,当框支梁支放在混凝土剪力墙上时,相当于施加给剪力墙一个大的集中荷载,这个集中荷载包括竖向和水平向、集中压力和推拉力以及集中弯矩和扭矩。尽管剪力墙沿墙长度方向具有较强的承载能力,但垂直于剪力墙支放的框支大梁所传荷载的作用方向正是剪力墙的弱轴方向。因此,当框支梁直接支放在混凝土剪力墙上时,建议按以下方面考虑剪力墙的设计:

(1)按底部加强部位无翼墙的要求(即层高的1/12),参照《高规》有关对框支柱截面高度的限制,以及框支梁钢筋水平段的锚固要求等初步确定剪力墙的厚度;

(2)在不小于框支梁宽度范围内的剪力墙中按框支柱要求设置暗柱,进行构造计算和配筋;

(3)针对框支梁所传集中荷载进行局部抗力验算。

2试桩阶段抗拔锚桩的裂缝控制问题

在确定抗压工程桩的单桩极限承载能力时,如采用锚桩作加载反力装置,并利用抗压工程桩作为试桩阶段的锚桩,则临时作为锚桩用的工程桩将在试桩阶段承受拉力。对此时的锚桩抗裂及裂缝宽度将如何要求尚无明确规定。按照文献第8.5.8条,当桩基承受拔力时,应对桩基进行抗拔验算及桩身抗裂验算。但从设计状况来看,承受拉力的时间与设计使用年限相比是很短的状况,且一般来讲,除试桩阶段外不再承受拉力。因此,其状况或属于“短暂状况”或属于“偶然状况”。根据需要进行正常使用极限状态设计;当为偶然状况时。按偶然组合进行承载能力极限状态设计或采取保护措施不致丧失承载能力。显然,当按偶然状况时,只要确保构件的承载能力不丧失,即为满足要求:当按短暂状况时,也只是“可根据需要进行正常使用极限状态设计”,在这种情况下,也至多采用“频遇组合”的效应进行正常使用极限状态的设计,包括抗裂设计;至于最大裂缝控制,虽然短暂的裂缝对构件的耐久性稍有影响,但毕竟试桩结束后,作为工程桩将长期处于受压状态,即使试桩阶段出现有裂缝现象也会在压力作用下重新闭合。据此,在不影响试桩构件承载力的前提下,可以不计较构件的裂缝宽度问题。作为地下建筑箱体及基础底板的抗浮计算。一般应包括箱体基础面积的确定、箱体稳定、结构抗力及构件抗裂等内容。那么,如何考虑地下水浮力的作用以及基础底板的各作用荷载问题以及各阶段作用在箱体上的荷载及分项系数应如何取用,以笔者对规范的理解略作阐述。

(1)首先应明确结构抗力及稳定均属于“承载能力极限状态”的范畴,而基底面积与构件开裂圾变形则属于“正常使用极限状态”的范畴。

(2)依据文献,进行承载能力极限状态设计时,应考虑作用效应的“基本组合”;进行正常使用极限状态设计时,应根据不同目的分别选用“标准组合、频遇组合及准永久组合”。针对不同组合,依据规范采用相应的分项系数则是很清楚的了。但需要指出的是,水浮力属于可变荷载,至于水浮力是否起控制作用,应当与永久荷载及其他可变荷载的作用效应进行比较后确定。

(3)一般情况下作用在基础板上的荷载有以下几方面内容:a.基础板自重;b.基础板面上的永久荷载和可变荷载;c.墙柱所传竖向荷载(此处按面荷载计);d.包括上部荷载作用下的地基反力;e.水浮力。当进行基础底板承载能力极限状态计算时,根据“基本组合”计算上述各荷载的作用效应。

(4)基础板下有桩基时的受荷关系。当基础底板下设置桩基础时,由于上部竖向荷载被桩平衡,此时的基础底板所受荷载除板顶面永久荷载和可变荷载以及板自重外,应当就是可变的地基反力与水浮力之和。当水浮力大于板自重与板顶面永久荷载和可变荷载之和的情况下,地基反力为零,基础底板所受净反力等于水浮力与基础底板所受顶面永久荷载和可变荷载以及板自重总和之差;当水浮力小于板自重与板顶面永久荷载和可变荷载之和时,地基反力不再为零,而是等于水浮力与基础底板所受顶面永久荷载和可变荷载以及板自重总和之差,但此时基础底板所受净反力则应为零,即处于平衡状态。

(5)考虑桩基沉降的基础板受荷关系。一些设计者认为,由于桩基沉降,基础板下的天然地基必然承受一定量的上部所传竖向荷载,例如,5%~20%的上部竖向荷载,以此部分竖向荷载与水浮力相加作为基础板的反力。的确,由于桩、土变形,必然有部分上部荷载卸载到基础板下的天然地基中,但这部分竖向荷载与板自重方向一致,应该与基础板自重及与自重方向一致的基础板面永久荷载和可变荷载相加,并与水浮力相减,而不是与水浮力相加的关系。

3平面凹凸的宽度计算问题

《高规》有关于平面及立面凹凸宽度的限制规定,之所以有这些规定,主要是考虑不规则平面或凹凸过大容易产生扭动及凹口应力破坏。针对较复杂平面的计算宽度往往出现争议。两个建筑的平面,凹M深度分别为n,b,c,两单元连接处宽度为3,总长度为L。《高规》分别规定了n,b,c,B与B的比值限定。B应理解为建筑平面的最大投影宽度,但当沿平面宽度方向最外端有局部突出的平面体量很小(例如仅为楼梯间外凸)时,甚至小至(b)的尖角,是否也要作为建筑物平面宽度的一部分计入在内呢?将B用建筑平面的折算宽度BT来表达较为准确,而折算宽度B按照等宽矩形平面的相等回转半径进行计算确定,见下式:BT=(12I/A)1/2式中,I,A分别为实际建筑平面的惯性矩和平面面积。

4因厚度变化而改变剪力墙的界定与相应的设计问题

《高规》界定h/b=5~8为短肢剪力墙。因为柱、短肢剪力墙和一般剪力墙的承载特性不同,对其构造要求也有较大差别。而实际工程中又经常有因剪力墙厚度发生变化而改变构件的定义。例如原设计的一般剪力墙因层高、所在位置的不同,按照相应的构造要求改变了剪力墙的厚度,从而变为短肢剪力墙,或原为短肢剪力墙而改变为柱。这种情况下是否需要按改变后的构件进行设计?

(1)首先因构造要求的提高导致截面厚度的增大而改变构件的定义,这种情况下的构件截面增大是整体性的,增大的幅度也是有限的,因此其受力特性不会有太大的变化,也不会对局部构件造成新的危害,原则上不必要提高原确定的结构抗震等级;

(2)从单根构件的比较来讲,增大截面后的墙肢应较原构件的承载能力更高,不可能因人为的定义改变就改变了其实际的承载特性;

(3)当因建筑功能需要而改变局部墙肢的截面尺寸,使其受力性能发生变化时,应予以加强;

(4)需要注意,由于程序模型的设置问题,相同截面的墙与柱,其刚度相差很大,导致的外荷载作用效应等也相差很大。这种情况下,即便构件定义发生变化,在程序应用中不宜改变。

参考文献

[1]李济南.浅谈高层建筑结构设计[J].江西建材,2006(4):22-23.

[2]谭文锐,李达能.高层建筑结构设计中问题之探究[J].广东科技,2007(6):150-151.

[3]连万铭.高层建筑结构设计计算结果的分析[J].广东建材,2006(6):91-92.

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