建筑结构设计中存在的问题及改进探析

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[摘要] 本文针对土建结构设计过程中的一些问题，如构造要求、设置少量抗震墙的结构，荷载、连梁设计，沉降缝设置等进行探讨分析，得出了一些可供同行参考的结论。

[关键词]概念设计；建筑结构设计；抗震墙；连梁；沉降缝

[abstract] this paper in the process of civil structure design of some problems, such as structural requirements, set a small amount of seismic wall structure, load, even the beam design, settlement joints setting analysis, obtained some available for reference to fellow conclusion.

[keywords] concept design; Building structure design; Aseismic walls; Even the beam; Settlement joints

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、设置少量抗震墙的框架结构体系

新规范实施后，荷载增加，地震作用增大，这使得有些结构按纯框架进行抗震计算时其层间位移角不能满足1/550的限值要求；也有些纯框架在抗震计算时，抗扭指标不能满足要求，或者扭转位移比超过了1.5的限值，或者扭转周期比Tt/T1，超过了0.9的限值。

为了解决上述问题，一些结构设计中采用了设置少量抗震墙的框架结构，在刚度相对较弱的一侧增设少量抗震墙，或将楼、电梯间做成混凝土筒而形成框架加少量抗震墙的结构。在设计时按纯框架结构进行计算，抗震墙作为安全储备，并按构造配置钢筋。计算结果，侧移虽然较按框剪结构计算增大，但能满足纯框架结构的要求。但是，由于抗震墙是客观存在的，钢筋混凝土墙有极大的刚度，一片墙的刚度超过了几十根柱子的刚度。也就是说，由于抗震墙的客观存在使结构周期缩短，地震力大增，且地震力大部分集中在抗震墙上。在地震力作用下，抗震墙混凝土墙体将产生脆弱性破坏。

由于抗震墙的存在，使框架梁受力产生较大变化，框架梁负筋受影响较大，与按框架一抗震墙结构设计比较，按框架结构计算的下部几层框架负筋增加，而上部几层框架负筋减少。这是因为，对于框架一抗震墙结构，抗震墙是竖向悬臂弯曲构件、其弯形曲线为弯曲型，越往上，侧移增加越快，而框架则类似竖向悬臂剪力梁，其弯形为剪切型，越往上侧移增加越慢。但是，它们在同一楼层中，刚性的楼板将它们连结在一起，两者的位移协调，相应的内力也相互传递和重分配。

因此，设计成框架结构还是设计成柜框架—抗震墙结构，必须十分明确，如果按框架结构设计，则不宜设抗震墙，宜采用框架梁、柱、如果设计成框架—抗震墙结构，则抗震墙必须有一定的数量。将抗震墙作为安全储备，按框架结构设计是不恰当的。

二、抗震墙及连梁的布置

1、在地震作用下，联肢墙可发生下列破坏形式：

2.1墙肢由于抗剪力不够而发生剪力破坏。此种破坏为脆性破坏，这会使抗震墙很快丧失承载能力，甚至造成结构突然倒塌，这是设计时应该绝对避免的，现行《建筑设计抗震规范》规定了抗震墙截面的剪压比限值和墙底部设计值的放大系数，就是为了防止墙肢发生剪切破坏。

2.2墙肢发生弯曲破坏。此时，连梁尚未屈服，这种墙肢在破坏时极限变形很小，它虽然是一种延性破坏但吸收地震能量是有限的，设计中应避免这种情况出现。

2.3连梁发生剪切破坏。连梁的发生剪切破坏会使联肢墙各肢丧失连梁的约束作用，在沉墙全高所在连梁均发生剪切破坏时，联肢墙的各墙肢成为单片的独立剪力墙，这会使结构的侧向刚度大大降低，墙肢弯矩增大。但是和墙肢发生剪切破坏相比，连梁发生剪切破坏，结构尚未丧失承载力，由于刚度降低，地震力随之降低，还不会造成结构的倒塌。

2.4连梁先屈服，最后是墙肢屈服。当连梁有足够的延性时，它通过塑性的变形吸收大量的地震能量，由于产生塑性铰，使结构周期变长，地震力降低，同时通过塑性铰仍然继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使墙肢继续保持足够的刚度和强度。这是设计中应首先考虑做到的。

在实际工程设计中，由于有些工程结构平面复杂，且受建筑功能的限制，抗震墙布置数量较少，如果增加抗震墙数量可以收到明显效果，但增加抗震墙，必须布置均匀、合理，否则由于抗震墙增加，刚度加大，地震力增加，抗震墙受力不均匀，效果反而不好。

在抗震墙数量不能满足要求的情况下，加开结构洞，降低连梁高度，降低结构刚度，使地震力减小，同时使各片抗震墙受力均匀，使连梁承受的剪力相应减少，使抗震墙满足抗震要求，连梁满足强剪弱弯的要求，从而达到在强震作用下，连梁先于抗震墙屈服的情况。

我们知道，刚性高层建筑有利于抵抗风荷载及小震，而柔性结构对于大震十分有利。理想的设计是在小震及风荷载作用下处于刚性状态，而在大震作用下，结构处于柔性状态。因此通过调整连梁截面，满足强剪弱弯的要求，使得连梁在小震时仍处于弹性，而在大震时出现塑性铰，进而使结构在大震时进入柔性状态。

三、不到顶的抗震墙

当底部几层裙房与主楼连为一体时，有时设计人员只考虑到底部几层剪力大，且楼梯多，在裙房部分设置较多的抗震墙；这种部分抗震墙只在群楼设置不到顶；由于裙房部分层数少，地震力降低较少，且抗震墙不到顶，刚度的突变对结构抗震墙更加不利。因此对这类建筑，抗震墙应尽可能贯通建筑全高布置，避免刚度的突变造成的不利影响。

四、沉降缝的设置

在一般房屋的结构总体布置中，考虑到沉降、混凝土收缩、温度应力和体形复杂对房屋结构的不利影响，常常用沉降缝、伸缩缝或防震缝将房屋分成若干独立部分，从而消除沉降差，温度应力和复杂体型对结构的危害。但高层建筑中，常常由于建筑使用要求和立面效果考虑，以及防水处理困难等等，希望少设缝或不设缝。希望能在结构总体布置上或采取一些构造措施来减少沉降差、温度应力和体形复杂引起的问题。

但高层建筑一般高达十五层以上，而裙房一般低于六层，由于二者高差十分显著，上部结构荷载和刚度相差很大，对地基基础而言。这种情况往往造成基础内力和地基反力的差异，且变化很大，导致基础发生过大的沉降差异，如果高层建筑主楼和裙房之间的基础设计和连接不当，过大的沉降差将引起次应力，造成建筑开裂。

目前，处理高层建筑主楼和裙房之间差异沉降的办法主要有三种：（1）设置沉降缝将主楼和裙房分开；（2）主楼和裙房同置于一个刚度很大的基础上；（3）主楼和裙房分别用不同基础形式的联合设计。中间不设沉降缝。

4.1设置沉降缝

设置沉降缝将主楼和裙房基础分开。是一种传统的设计方法，按建筑地基基础规范，在建筑高度和荷载差异部位，结构或基础类型不同的部位，宜设沉降缝。但由于沉降缝带来便用上的不方便（容易漏水，影响正常使用），还影响整个建筑物的美观，造价也有所增加，因而这种处理方法较少被采用。

4.2采用整体基础

高层建筑主楼和裙房采用整体基础，二者同置于刚度很大的箱基或厚筏基础上，用基础本身抵抗差异沉降产生的内力，或者基础通过桩支承在基岩或变形较小的持力层上。这样，可以使主楼和裙房基础之间不产生沉降差异。