建筑结构概念设计
【摘 要 】
:
随着建筑向多功能 、综合性用途的发展
,
转换层 、大跨度 、大悬挑 、错层等现象随之而来 。高层建
筑结构的强度 、刚度与延性及抗震性能的矛盾如何解决
,
如何正确地理解和合理地利用规范
;
结构布局 、节点处理 、
构件设计是否合理
;
结构设计能否在地震作用下保证结构
的整体稳定
,
保证结构设计满足强柱弱梁
,
强节点弱截面
,
强剪弱弯并具有多道防线的设计要求等等 。强调概念设计
的重要性
,
设计中避免陷入只凭软件计算的误区 。本文就
常见的一些结构设计问题加以分析并给出相应的处理方法
以供同行参考 。
【关键词 】
:
高层建筑结构
;
概念设计
;
楼板厚度
;
短
柱
;
角柱
;
植筋
【中图分类号 】
: TU2
【文献标识码 】
: B
1 楼板厚度的设计问题
在参考同行的设计中
,
经常发现电梯井 、核心筒周边
的楼板设计得较薄
,
尽管该位置楼板的抗弯及抗冲切均满
足现计算的承载力要求
,
但由于电梯井筒刚度很大
,
在地
震时会吸收大量的地震力
,
故会在此位置产生应力集中
,
在这样的情况下
,
就需要通过楼板此处的集中应力传递到
其他抗侧力构件
,
若楼板刚度不够
,
则结构有可能就在此
处发生局部破坏
,
所以应该对该位置的板进行加强
,
自然
板的厚度应该加厚
,
并且注意板厚的变化应该是均匀过渡
的
,
以保证应力线的平坦分布
,
同时应该对楼板的配筋进
行加强
,
如双层双向配钢筋网等 。或者在拉应力方向设置
暗梁
,
下部柱墙连线处设置暗梁
,
效果是不错的 。另外在
加强板厚之后
,
应注意施工时的水化热
,
流水段的设计及
对混凝土强度的保护等问题 。
在高层建筑结构的底部
,
由于楼层的空间划分的变化
,
上部楼层部分竖向构件不能直接连续贯通落地时
,
应通过
设置转换层来实现 。转换层的相应转换构件除了需要有效
地传递上部的竖向荷载之外
,
整个转换层还需要保证楼面
具有足够的整体刚度以传递上部结构的水平力
,
可知转换
层楼板是重要的传力构件
,
在设计中必须保证楼板有足够
的厚度
,
如规范要求转化层楼板板厚不宜小于
180 mm ,
并
且双层双向配筋
,
配筋率不小于
2
1
5%
。另外应避免在转换
构件附近的楼板有开洞 、避免平面上有较长的外伸段等等 。
而在计算中
,
最好用
pkpm
中的复杂楼板有限元分析
SLAB
2
CAD
完成板的位移 、内力 、配筋计算以及冲切 、应力等进
行复核计算
,
并在相应部位采取加强楼板整体刚度的构造
措施 。而笔者在此前曾设计一个高层住宅楼
,
该住宅楼因
建筑入户大堂的设计需要导致上部两个剪力墙不能贯通落
地
,
因该楼层仅局部位置的构件需要转换
,
所以设计中仅
对转换构件附近位置的楼板按
180 mm
厚设计
,
然后在远离
转换构件位置的楼板逐渐的从
180 mm
向
150 mm , 120 mm
厚减薄
,
在经过计算分析后
,
该转换层满足设计要求
,
这
样在满足规范的要求下还达到了减轻楼板重量的效果 。从
上分析可知
,
楼板的厚度选择需要根据结构的实际受力情
况来分析
,
以便在设计中达到更好的设计效果 。
2 短柱的问题
在结构设计中
,
由于建筑上错层的设计
,
梁轴线不在
同一水平面上
,
这样上下
2
根梁之间的柱体往往容易形成
短柱
,
这对抗震是不利的 。在结构设计过程中首先应尽量
避免短柱的出现
,
例如增加梁高
,
使柱两边的梁连成一整
体
,
或者通过梁的端部加腋来处理 。这样的做法可以避免
短柱的出现
,
增加该位置节点的刚度
,
使该节点的受力性
能得到改善 。若设计上无法避免短柱的出现
,
应该根据规
范的要求
,
使短柱的截面高度大于
600 mm
、混凝土等级高
于
C30,
设计时该短柱抗震等级应提高一级采用
,
柱箍筋
应全柱加密 。设计上可对短柱采用复合箍筋
,
通过增强对
柱混凝土的约束来提高短柱的延性 。也可采用钢骨混凝土
柱 、钢筋混凝土核心柱 、分体柱或钢管混凝土柱的形式
,
这些结构形式均具有较好的延性 、承载力大和耗能能力强 。
在建筑物的加层或加夹层的改造时
,
由于柱子增加了
新的侧向约束
,
使得柱子的计算长度减少一半
,
使得原来
该位置的柱节点配筋不满足新增的结构的要求 。故除需对
新增的节点进行加固处理 。现较常用的方法是对节点和节
点的上下端规范要求的加密区按照计算要求采用碳纤维加
固
,
试验表明效果是很理想的 。特别是顶层加夹层时
,
除
对新增的节点加固外
,
还需对顶层的节点进行加固
,
这是
由于顶层节点的柱端弯矩增加了
,
这一点是在加夹层改造
中经常被忽略的 。
3 角柱的问题
高层建筑设计中
,
当结构形式采用框剪结构时
,
在侧
向力的作用下
,
框架结构中框架柱的受力存在剪应力滞后
现象
,
而角柱的应力更为中柱的
1
1
5
倍 ～
2
倍 。而很多设计
人员往往通过加大角柱的截面面积来补偿
,
从而满足计算
中配筋的需要
,
而且这样也提高了结构的整体刚度 。但是
增加角柱截面面积不仅会影响日常使用和
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