开篇:润墨网以专业的文秘视角,为您筛选了八篇高层建筑抗震设计规范范文,如需获取更多写作素材,在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享!
关键词:建筑工程;工程抗震;工程设计;抗震设计;性能技术
中图分类号:TU198文献标识码: A
引言
抗震性能是建筑工程的一个重要内容,尤其是在地震频发区的建筑工程,要根据当地的实际情况提高建筑工程的抗震性能和级别。良好的抗震性能技术的设计应用可以使建筑物抵御地震带来的破坏,减少人身生命财产损失。设计者应该全面的认识到这一点,在设计中规避一些不利的因素,提高设计的水平,促进建筑的良好使用。
一、建筑工程设计与抗震性能技术的关系
建筑工程设计与抗震性能技术之间有着紧密的联系,只有在设计阶段充分考虑抗震因素,才能为建筑后期的抗震性能打好基础。建筑工程设计是抗震性能技术的设计应用的基础,在建筑结构设计中,对建筑工程设计的改动较小。在建筑工程设计方案中,设计师应充分考虑到建筑的抗震性能的要求,设计人员必须根据建筑方案合理、科学布置结构部件,保证建筑结构刚度的均匀分布,使建筑结构的受力与变形能相互协调,从而提高建筑结构的承载能力及抗震性能。在建筑工程设计若不考虑到建筑的抗震性能要求,就会导致建筑工程布局设计受到限制。通常情况下,为了提高建筑结构部件的承载能力与抗震性能,则要增加建筑结构的截面面积,但结果是会造成不必要的浪费。因此在提高建筑工程抗震性能技术时必须要对建筑的体型、平面布置、竖向布置及屋顶抗震性能等问题进行系统合理的研究分析。
二、现阶段我国建筑抗震存在的普遍问题
1、建筑结构设计不合理、抗震性能不足
现阶段,我国建筑的抗震设计目标还不明确,大多数房屋建筑的抗震性能还未能从设计方案上得到直观的体现。一旦建筑物的抗震性能无法达到,会在地震强度过大的情况下发生瞬间坍塌,无法给建筑物内的人们逃生预留足够的时间和空间。我国建筑结构的不合理设计,大多体现在农村建筑物上,部分农民自建房甚至根本不具备抗震性能,一旦遭遇地震灾害,这些先天性的设计缺陷会造成建筑结构的巨大改变,导致结构部件失衡。加之农村房屋楼间距设计的不合理,极易造成房屋的连续性垮塌,带来的破坏将是毁灭性的
2、建筑质量不达标
由于建筑材料市场价格的持续上涨和建筑行业竞争的加剧,部分企业不顾建筑质量,一味追求低价战略抢占市场,因此造成部分建筑质量大面积缩水,为人民群众的日常生产生活埋下了潜在的隐患。除此之外,建筑质量的不达标还有很大一部分原因是由于施工队伍的违规操作造成的,为了节省成本、加快施工进度,部分施工企业偷工减料、漠视抗震设计而施工,造成建筑物内部承重墙地基不牢、圈梁过细、箍筋间距过大等多个分项均不符合抗震减灾设计的相关要求。另一方面,建筑施工过程中的监管不力,也是导致钢筋混凝土质量不达标、施工技术不到位、随意改变建筑结构破坏抗震性能等质量问题的主要诱因。
三、建筑工程抗震设计的原则和基本内容
1、原则
在建筑物抗震设计上,我国遵循这样三条原则:“小震不坏、中震可修、大震不倒”。第一,小震不坏。当建筑物遇到多遇地震时,其结构没有遭受到损坏,无需修理就可以继续使用。在这个原则下,一般是对建筑结构的承载力进行验算,是建筑工程抗震设计第一阶段的弹性设计。第二,中震可修。当建筑物遇到设防地震时,建筑物可能发生一定程度的损坏,经过修补之后就可以继续投入使用。这要求建筑设计时考虑到建筑结构的非线性弹塑性变形和承载力,是第二阶段的弹塑性变形验算。第三,大震不倒。当遭受到罕遇地震影响时,建筑物不会发生倒坍等威胁人民生命财产安全的重大事故。这一阶段的设计是前面两个阶段验算和设计的分析过程,并采取相应的抗震措施和技术来提高建筑物的抗震性能。
2、基本内容
首先,当建筑物采用钢筋混凝土框架结构和抗震墙结构时,其高度不得超过《建筑抗震设计规范》规定的最大适用高度。当采用的是抗震墙结构和筒体结构时,建筑工程为9度设防时,其高度不得超过《建筑抗震设计规范》规定的最大适用高度;建筑工程为8度设防时,其最大高度应是《建筑抗震设计规范》规定最大适用高度的120%;建筑工程为7度和6度设防时,其最大高度应是《建筑抗震设计规范》规定最大适用高度的130%。第二,超限高层建筑物设计时,其高度、高宽比和体型规则性这三者中至少有一项需要满足《建筑抗震设计规范》的要求。第三,在进行建筑抗震设计时,至少要采用两种力学模型来计算分析建筑物的受力情况,其计算程序需要经过有关行政部门的鉴定许可。第四,为保证超限高层建筑的安全性,应采取比《建筑抗震设计规范》更严格的抗震措施。第五,当建筑物有明显薄弱层时,还应进行结构的弹塑性时程分析。
四、提高建筑工程抗震性能技术的措施
1、做好超限高层建筑设计的前期工作
众所周知,建筑材料对建筑工程抗震性能的影响及其的严重,因此在设计前要做好前期的准备工作,主要对设计中涉及到的材料质量、数量、规格等做好相应的规划设计,通过对材料的了解再进行相应的设计,尤其是材料的性能参数一定要做好详细的分析,因为有很多材料类型差不多,但是,还是有着细节上的差别。另外,还应对建筑地点的地质地貌、周边环境等进行详细的分析,这些因素对建筑抗震设计也有着一定的影响。因此,要做好前期的材料搜集、整理的工作,要确保相关数据材料收集的全面性和准确性。通过做好前期的准备工作,不管是在建筑的整体设计还是对建筑的抗震设计需要将这些数据作为设计的基础,进而确保设计过程中避免出现一些误差。
2、采用合理的结构形式
建筑结构抗震设计的原则我国建筑结构抗震设计应该遵循相应的原则,首先,建筑结构必须具备足够的延展性能,以便于在强度过大的地震作用下,建筑能够保证应有的安全性;其次,建筑结构必须具备足够的刚度,以防止地震灾害来袭时建筑产生大幅度的位置转移和形状扭曲;最后,建筑结构的相关构件必须具备一定的的承载能力,以便于地震作用下不会瞬间坍塌,因而为人们逃生预留足够的时间。其具体的方法首先,墙体砌筑的砌块要通过合理配比的砂浆和高标号水泥来确保强度,采用成组砌筑的方法保证砂浆到位,达到抗震设防的相关要求;其次,砖混结构的建筑,通常需要合理增设柱子和圈梁的实际数量,以确保建筑房屋的整体性;最后,墙体拉结筋必须按照相关规范布置、配筋最好一次性准备齐全、墙体内部预理钢筋的位置需要从轴线和标高等多种方面来确定,从而保证拉结筋设置处于最优状态。
3、明确建筑工程抗震设计中的受力体系
随着社会不断的发展,人们不仅对建筑的质量要求提高了,同时也对建筑物的外观有着一定的要求,美观、大气、上档次是建筑外观表现出来的典型特点,但是有很多建筑物只考虑到外观设计,却忽略了建筑的受力体系,对建筑物的抗震性能带来直接的影响,如果这种现象出现在超限高层建筑的设计中,势必会为建筑物带来更大的安全隐患,因此,在对超限高层建筑物抗震设计中一定要明确建筑物的受力体系。建筑的外观要求是要满足的,而在达到这个要求的同时,还需要设计者充分考虑到建筑整体的抗震设计,要尽量以后者为主,毕竟后者是关乎到建筑物使用的安全性。可以通过力学的知识来寻找建筑抗震设计受力体系中的平衡点,以此来实现建筑工程抗震性能的要求。
4、做好建筑屋顶的抗震设计
屋顶设计是建筑抗震性能设计中的一项重要设计内容,尤其是在现代高层与超高层建筑设计中,屋顶设计问题更为重要。根据近年来高层建筑抗震性能设计的审查结果可以看出,在建筑屋顶设计中主要存在过高或过重两个问题。当建筑屋顶设计过高或过重时,不仅会使建筑的变形量较大,还会使地震作用加大,都会影响建筑屋顶及其下建筑物的抗震性能。当屋顶建筑与下部建筑的重心不处于同一条线时,尤其是当屋顶建筑的抗侧力墙和下部建筑的抗侧力墙体不连续时,就容易产生地震的扭转作用,从而影响建筑的抗震性能。因此在屋顶建筑设计过程中,应尽可能降低其高度,并采用一些高强轻质材料,通过保证建筑结构刚度的均匀分布,使屋顶与下部建筑的重心点相一致,从而减少屋顶建筑的变形量及地震作用,提高建筑的整体抗震性能。
结束语
总而言之,抗震性能设计作为建筑工程设计中的重要组成部分,与建筑设计之间有着密切的联系。良好的建筑抗震设计,必须要在建筑与结构设计相同配合、共同考虑的前提下完成的。因此,必须要重视抗震性能设计中建筑工程设计中的重要性,以充分发挥出抗震性能设计的优势,从而提高建筑的整体抗震性能。
参考文献:
关键词:高层建筑;存在问题;管理应用;探究分析;轴压比
1 关于抗震墙设计环节的分析
建筑的高层化、多层化的发展,是当今时代的趋势。相对于普通的建筑来说,高层建设的层数是比较多的,其施工难度是比较高的,受到这些因素的约束,其设计结构是比较复杂的,为此如何进行抗震设计的优化是摆在当前建设界的重要问题。在高层建筑建设过程中,通过对抗震墙应用模式的优化,可以保证高层建设的自身抗震能力的提升。这对高层建筑的综合效益的提升是非常必要的。在混凝土结构房屋抗震当中剪力墙的使用十分广泛。由于剪力墙具有较高的刚度,因此具有较强的抗变形能力,因此对于小规模的地震具有较强的抗震能力。还可以将其设计成延性抗震墙,从而加强其塑性变形的能力,这样在发生大地震的时候,建筑具有较好的延性,能够尽可能的分散地震的破坏力,减小地震力对于建筑的损坏。
为了确保高层建筑抗震性的提升,要针对抗震墙设计过程中的各个问题,展开研究,确保其抗震性能的提升。在设计过程中,要实现墙肢环节及其连梁环节的有效协调,这两个应用方式都要进行弯曲模式的屈服。从而实现其高层建筑抗震设计效益的提升。随着时代的发展,原有的高层建筑抗震设计已经难以满足时代的需要了,需要进行积极的创新,比如钢筋应用环节、底部加强区的高度环节等。设计人员在实际的设计过程当中应该对建筑的功能进行详细的考察了解,从而根据实际情况对抗震墙的位置进行设计。剪力墙设置的位置对于建筑抗震效果具有十分重要的影响,因此在布置的过程当中应该注意以下几个方面的要求。剪力墙能否在地震当中充分发挥其应有的作用,和其布置的位置具有直接的关系,因此在布置过程当中应该遵循以下几个方面的原则。
受到抗震墙自身长度的限制,在地震发生过程中,是非常容易发生变形的。这样就不利于墙体底部强度的有效控制了,这样就可以导致一系列的严重破坏。针对这一应用环节,积极展开墙肢及其连梁组织模式的优化是非常必要的,要实现墙体长度及其高度比例的有效控制。这样在地震的过程当中,由于连梁的刚度以及承载力比较小,一般首先被地震力破坏,而墙段变形也主要是弯曲,能够有效地发挥其抗侧力的作用。应该尽可能的保证抗震墙截面的长度,没有突变。剪力墙在有较大洞口的抗震墙的时候,最好不要采用错洞布置。
2 框支层墙体布置环节的优化
高层建筑的抗震结构的优化,离不开对框支层模式的应用,这有利于提升高层建筑的整体抗震性能。受到外界因素及其结构内部因素的影响,框支层如果缺乏必要的抗震墙,是难以实现其刚度的有效控制,就容易出现较低的抗震力情况,这样就实现地震力的框支层的过分集中。这种过分集中的后果,会导致框支层的破坏,从而破坏了整个结构的抗震能力。在框支层当中,落地的剪力墙具有十分重要的作用,地震过程当中产生的水平方向的地震力主要由剪力墙来承担。为了保证落地剪力墙具有足够的刚度来承受水平地震力,应该保证其相应的间距不应该超过24米。通过保证落地剪力墙的密度来保证其抵抗水平地震剪力的能力。
在高层建筑建设过程中,要进行相关落地墙的设计形状的控制,实现其抗侧刚度及其抗扭刚度的控制,从而满足现实工作的需要。这需要进行相关建设行为的规范,以满足实际施工的需要,比如截面尺寸应用环节、剪压比环节及其墙体厚度环节的控制,促进其整体应用环节的协调,无论是剪力墙的跨高比还是相关的比例模式,都要保证满足现实建设的需要,实现其剪切变形模式的有效控制。故对剪压比的要求应更严格一些。实验表明:剪压比超过一定值时,将过早出现斜向裂缝,增加水平筋和箍筋的方法没有作用,在箍筋水平筋未屈服前混凝土即已在剪压的共同作用下破碎。合理的方法是:加大混凝土强度等级,加厚墙梁或加长墙的长度,但不宜加高粱的高度。在计算墙肢的剪跨比时弯矩和剪力均取地震作用下的效应组合的计算值,当楼层上下端计算弯矩不同时,取较大值。
在框架至剪力墙结构的优化过程中,要进行底部加强区的有效控制,实现剪力墙结构与各个建筑的应用环节的有效协调,确保其暗梁应用环节等的有效应用,实现与此相关结构自身长度的有效控制,以满足现实工作的需要。其他结构的一、二级底部加强区不小于200mm且不小于层高的1/16。新规范对二级剪力墙的厚度要求比原规范严格;增加了四级抗震等级下剪力墙的厚度和一、二级抗震墙底部加强区的墙厚的要求。
3 抗震墙设计难题的解决
为了满足现实高层建筑的建设需要,展开相关抗震墙设计模式的优化是非常必要的。通过对脆性剪切破坏的避免,可以实现墙体裂缝的避免。在此应用过程中,也要进行温度应力裂缝的避免,实现混凝土质量的有效保证。通过对框剪结构模式的优化,可以满足连梁部位的建设需要。在短肢墙的布置过程中,要保证质量中心和刚度中心的有效协调,促进短肢墙布置环节的优化。这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定。
短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢,当有扭转效应时,会加剧已有的翘曲变形,使其墙肢首先开裂,因此应加强其抗震构造措施,如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。
在短肢墙的优化过程中,要针对竖向荷载的相关要求,展开受力模式的优化,要选择合适的截面尺寸,实现墙肢截面高度环节及其厚度环节的有效协调,实现墙体厚度的有效空股指,一般来说,要按照高层建设的设计需要,展开墙肢截面高度及其厚度的有效控制,确保短肢墙重力荷载力的有效应用。在轴力设计过程中,要注重对轴压比的有效控制,实现其抗震性能的提升。通过对短肢剪力墙的抗震等级的优化,可以促进剪力墙的整体抗震能力的提升,这有利于提升其构造的综合性能。对于短肢剪力墙的剪力设计值,不仅底部加强部位应按规范调整,其他各层也要调整,一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2,主要目的是避免短肢剪力墙过早剪坏。随着现代化的多层建筑和高层建筑的不断发展,对于建筑的抗震设计要求也越来越高。抗震设计的好坏,不仅仅关系到建筑的质量,更是直接关系到人们的生命和财产安全,因此一定要做好建筑的抗震设计工作。在抗震墙结构设计过程当中,应该充分考虑当地的实际情况,遵守相关设计规范,对墙体合理布置。
4 结束语
通过对多高层建筑钢筋混凝土抗震墙设计模式的优化,以确保多高层建筑的综合抗震性能的提升,以满足现代化建筑建设的需要。
参考文献
[1]邓育清.高层建筑框架剪力墙结构设计应用探讨[J].四川建材,2007,(06).
[2]方鄂华,钱稼茹.我国高层建筑抗震设计的若干问题[J].土木工程学报,1999,(01).
关键词:结构体系,框架剪力墙,结构计算
Abstract: This paper briefly introduces the design and calculation process of 28 # building project of No.13 land in Lvshun navy camp by Dalian Ruixin real estate Co. Ltd., and explains the foundation design, structure system, calculation analysis of this project.Keywords: structure system; the frame shear wall; structure calculation
中图分类号:TU973+.19文献标识码:A 文章编号:
一、工程概述
大连瑞鑫房地产旅顺水师营十三号地块28#楼位于大连市旅顺口区水师营街道,建筑面积4640.06 m2,,地下车库和半地下车库各一层,地上八层,该住宅楼总高度26.90m,地下车库层高3.0m,半地下车库2.6m,地上各层层高均为3.0m。标准层建筑平面图见图一:图一
二、结构体系及截面设计
根据建筑功能要求和平面布置特点,本工程结构采用框架-剪力墙结构,建筑结构安全等级二级,设计使用年限50年。抗震等级:框架:三级;剪力墙:二级。 抗震设防烈度为7度,设计基本加速度值为0.1g,所属地震分组为第二组。电梯井道,水暖井为剪力墙,建筑物东西两侧在A~C轴之间布置剪力墙。本工程计算软件为PKPM CAD结构计算软件2010版。
1.荷载的取值:基本雪压: 0.4KN/ m2;
基本风压:0.65KN/ m2;
屋面均布活荷载标准值: 机房:7.0 KN/ m2;楼面:2.0 KN/ m2;楼梯:3.5 KN/ m2;悬挑阳台:2.5KN/ m2;屋面:0.5 KN/ m2。
2.材料选用:
(1)混凝土:C30;基础垫层: C15。:圈梁、过梁及构造柱采用C25混凝土。
(2)钢筋:热轧钢筋HPB300(),HRB400()。
(3)填充墙:非承重填充墙采用轻集料混凝土空心砌块;其强度等级不低于MU3.5(外墙不
低于MU5.0),砂浆强度等级不低于Mb5。
3.主要受力构件截面尺寸:
(1) 挡土墙墙厚250mm,剪力墙墙厚200mm。通过PKPM软件中SATWE的计算,底层墙肢底截面的轴压比满足《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中6.4.5条的规定,轴压比不大于0.3,墙肢两端设置构造边缘构件。根据6.1.10规定,抗震墙底部加强部位为地下一层至地上一层的范围。
(2)柱截面尺寸:初步按400X400mm设计。
(3)标准层梁布置见图二:
图二
(4)板:根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第3.6.3条,地下室顶板厚度为160mm。半地下室板厚120mm,地下及半地下室采用双层双向配筋。一~七层板厚100mm,其中图三中标注的楼板①板厚为110mm。八层及机房层板厚均为120mm,双层双向配筋。
三、结构计算
1建立模型:根据建筑图及初步设计的主要构件截面尺寸在PKPM结构软件的PMCAD中建立模型。注意:填充墙上荷载加到梁上时,计算墙荷载应是层高减去梁高。在设计参数的地震信息中,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.17规定,框架-剪力墙结构周期折减系数取0.7~0.8。.
2模型计算
在PKPM结构软件板施工图中,计算参数的选取:楼板负弯矩调幅系数取0.8,裂缝按0.3mm控制,地下室顶板按0.20mm控制。(混凝土结构设计规范GB 50010-2010中表3.4.5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限制)。在楼板计算中,裂缝和挠度均满足规范要求。
在SATWE分析与设计参数补充定义中:
在计算结构的位移比时,要选“对所有楼层采用刚性板假定”,在计算结构的内力和配筋时,则宜不选。
恒活荷载计算信息:选模拟施工加载3。
地震信息中:考虑偶然偏心,结构位移比大于1.2时,需要考虑双向地震作用。如果偶然偏心和双向地震作用同时选取时,PKPM软件程序两者取大值。
活荷信息:柱 墙设计时活荷载折减。
调整信息:连梁刚度折减系数取0.7。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》8.1.4规定,经软件计算,Vf
在分析结果图形和文本显示中:在边缘构件信息修改中,将边缘构件设置成构造边缘构件。
3.对计算结果的分析及调整
(1)轴压比:柱(墙)轴压比N/(fcA)指柱(墙)轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。它是影响墙柱抗震性能的主要因素之一,为了使柱墙具有很好的延性和耗能能力,规范采取的措施之一就是限制轴压比。 查看: 混凝土构件配筋,《建筑抗震设计规范》6.3.6和6.4.2,《高层建筑混凝土结构技术规程》6.4.2和7.2.13对墙肢和柱均有相应限值要求。轴压比不满足时需增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
经SATWE计算,地下室及半地下室部分框架柱轴压比大于0.85,不满足《建筑抗震设计规范》6.3.6的规定,需要加大柱的截面尺寸。
当墙肢的轴压比虽未超过上表中限值,但又数值较大时,可在墙肢边缘应力较大的部位设置边缘构件,以提高墙肢端部混凝土极限压应变,改善剪力墙的延性,见《建筑抗震设计规范》6.4.5和《高层建筑混凝土结构技术规程》7.2.14的规定。PKPM程序对底部加强部位及其上一层所有墙肢端部均按约束边缘构件考虑。
(2)周期比:周期比即结构扭转为主的第一自振周期(也称第一扭振周期)Tt与平动为主的第一自振周期(也称第一侧振周期)T1的比值。周期比主要控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,使结构的抗扭刚度不能太弱。
查看:WZQ.OUT 。
周期、地震力与振型输出文件
(VSS求解器)
======================================================================
考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数
振型号周 期转 角平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 0.9482179.920.99 ( 0.99+0.00 )0.01
2 0.7631 90.041.00 ( 0.00+1.00 )0.00
3 0.5888 26.210.01 ( 0.01+0.01 )0.99
4 0.26220.100.99 ( 0.99+0.00 )0.01
5 0.1935 90.210.96 ( 0.00+0.96 )0.04
调整标准:《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.5。周期比不满足要求时,说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小,结构扭转效应过大。调整原则是加强结构墙、柱或梁的刚度,适当削弱结构中间墙、柱的刚度。 本工程在建筑物东西两侧A~C轴之间布置剪力墙,经计算周期比为0.62,小于0.9,满足规范要求。
结构的第一、第二振型宜为平动,扭转周期宜出现在第三振型及以后。见《建筑抗震设计规范》3.5.3条3款及条文说明“结构在两个主轴方向的动力特性(周期和振型)宜相近”。
剪重比:剪重比即最小地震剪力系数λ,主要是控制各楼层最小地震剪力。《建筑抗震设计规范》5.2.5和《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.12规定,抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力不应小于最小地震剪力系数λ。查看:WZQ.OUT,满足规范要求。
刚度比:刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值(也称层刚度比),该值主要为了控制高层结构的竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层。
查看:WMASS.OUT,刚度比满足《建筑抗震设计规范》3.4.3-2和《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.2的要求。
刚重比:结构的侧向刚度与重力荷载设计值之比称为刚重比。查看:WMASS.OUT:结构整体稳定验算结果
X向刚重比 EJd/GH**2=8.67
Y向刚重比 EJd/GH**2= 12.68
该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算
该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应
(6)位移比:即楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。查看:WDISP.OUT调整标准:抗规3.4.4,5.5.1,高规 3.4.5,,3.7.3.
对于计算结果的判读,应注意以下几点:a.若位移比(层间位移比)超过1.2,则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用;b.验算位移比需要考虑偶然偏心作用,验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心c.验算位移比应选择强制刚性楼板假定,但当凸凹不规则或楼板局部不连续时,应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型,当平面不对称时尚应计及扭转影响d.最大层间位移、位移比是在刚性楼板假设下的控制参数。构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果(即构件设计可以采用弹性楼板计算,而位移计算必须在刚性楼板假设下获得),故可先采用刚性楼板算出位移,而后采用弹性楼板进行构件分析。
四、基础设计
根据地质部门提供的地质报告,工程场地土层依次为耕土,含碎石粉质粘土,全风化板岩,强风化板岩,中风化板岩,本工程基础采用人工挖孔灌注桩,桩端持力层为强风化板岩,桩端极限端阻力标准值为6000Kpa(不考虑桩侧摩阻)。根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中8.5.5计算,采用桩径为0.8m,扩大头为1.2m,桩长为6~7米,桩端嵌入岩层均不少于0.5m,桩身混凝土强度等级C30。
以上主要介绍了大连瑞鑫房地产旅顺水师营十三号地块28#楼工程的设计与计算过程,本文不足之处还望批评指正。
参考文献
1.《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001(2006年版) 中国建筑工业出版社,2006
2.《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中国建筑工业出版社,2011
3.《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中国建筑工业出版社,2010
4.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中国建筑工业出版社,2002
【关键词】高层建筑;结构抗震;优化设计
一、高层建筑抗震设计的必要性
在历年的地震灾害中,结构工程师逐渐认识到工程结构中宏观的“概念设计”比“数值设计”的抗震更为重要,所以对“概念设计”越来越重视。建筑建筑结构概念设计的定义就是在结构的宏观整体的基础上,根据结构系统及结构整体的要求,正确处理结构总体方案、细部构造及材料使用等,进而达到对建筑的合理结构设计。对在结构中遇到的结构体系、构件延性、刚度分布等问题,从宏观的角度上对其进行鉴别、选择等处理,通过适当的计算及构造来消除高层建筑抗震设计中的薄弱环节。工程师在进行概念设计时要充分运用其思维和判断力,确定结构设计中的基本问题。因此,在进行抗震设计时,工程师要充分理解结构抗震的特点,分析振动中结构受力特性,抓住关键问题,用正确的思维才能得到科学合理的结构设计。
二、我国高层建筑抗震设计中的存在问题分析
⒈建筑高度问题分析。在我国制定的高层建筑混凝土结构技术规程中规定,在在一定设防烈度及结构型式下,钢筋混凝土高层建筑的高度要控制在一定的范围之内。这个高度要适合我国现阶段经济发展水平、施工技术水平及建筑科研水平,总之要与我国目前的土建规范体系协调一致。但是我国现在实际的高层建筑的高度已经远远超过了这个原则。要采用科学谨慎的态度对待这些超高限建筑,不但有组织专家对其论证也要进行模型振动台试验。在地震的强烈震感下,超高限建筑物会很容易产生加大的变形,高度越高,设计时的参数就容易超出其适用的范围,特别是延性要求、材料性能、安全指标、荷载取值、力学模型等设计参数,会发生质变。
⒉材料的选用和结构体系问题分析。在地震多发区,人们越来越重视对建筑物所采用的材料及结构体。对于150m以上的建筑,主要采用的结构体系有框-筒、筒中筒和框架-支撑三种体系结构。在高层建筑中,对建筑材料及结构体系的选择尤为重要,但是市场上现有的钢材种类及类型很多,对其结构的加工制造水平也在不断的提高,所以要尽量选择钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构来减少柱断面的尺寸,已达到建筑结构的抗震性能。高层建筑超过一定高度后,需要采用混凝土材料和钢骨混凝土来达到减小风振的目的。
⒊抗震设防烈度较低。建筑界权威专家指出,我国目前的建筑结构设计安全度已经不能够适应现阶段的国情,甚至我国采用的结构设计可能是世界上最低的结构设计安全度,所以大幅度提高建筑结构设计的安全度水平已经非常需要。因此在坚持抗震设计原则即“小震不坏,中震可修,大震不倒”下,重新对抗震设计进行审核,以适应我国国情的需要。目前我国现行的抗震设防标准远远跟不上时代的发展,不但对筑结构抗震设计的设防烈度低,而且抗震计算方法和构造规定的安全度也与发达国家相距甚远,当然对配筋率、梁柱承载力匹配等这些抗震延性的要求也不够严格。在经济发展形式下社会财富也会越来越多,那么如果对高层建筑结构的抗震性没有合理的设计必将带来更严重的损失。
三、我国高层建筑结构抗震的具体设计分析
⒈在对高层建筑结构进行抗震设计要注重其结构的规则性。高层建筑的结构均匀性主要体现在:①高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的变形特性及刚度要相近。现阶段的高层建筑基本上都是三维的,但是地震的风荷载等具有随意性,诶有固定的方向,所以要想果高层建筑具有好的抗震 抗风性能其抗侧力结构两个主轴方向的变形特性和刚度要均匀;②高层建筑主体抗侧力结构的构成变化及竖向断面要均匀。即高层建筑主体结构的的层剪切刚度要均匀,这样即使一些薄弱层受到破坏,但是结构整体不会受到破坏;③对高层建筑主体抗侧力结构进行平面布置时,同一主轴方向各片抗侧力结构刚度的均匀,同时要避免布置一些刚度延性差如长窄的实体剪力墙结构。不过这种结构也是满足不了刚度和对称性要求,同时由于个别结构刚度大,在地震时能够吸收极大的能量会被破坏,从而被导致整个结构的破坏。但是如果同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀,那么水平荷载作用下应力分布也会比较均匀,从而实现高层建筑体系的抗震性能。
⒊建筑结构体系合理性选择。在对高层建筑结构进行设计时首先要考虑其结构设计的合理性,因为结构的合理性直接决定对高层建筑的安全性及经济性。①对楼屋盖梁系进行布置时,要分析那条是最短路径使垂直重力荷载传递到竖向构件墙 柱上去;②竖向构件的布置。在垂直重力荷载作用下要尽量使竖向构件的压应力水平均匀,这样可以避免竖向构件间压应力的二次转移。垂直重力荷载下对竖向构件的这种布置是是最合理优化的布置;③转换结构的布置。要使上部结构竖向构件所生成的垂直重力荷载通过最少的转换层到达下部结构的竖向构件;另外要明确整体抗侧力结构体系,结构体系也应该有多道抗震防线及合理的刚度。
四、抗侧力结构和构件的延性设计分析
为提高高层建筑结构和构件的延性水平要注意一下几点。①对钢筋混凝土框架结构设置时要坚持“强柱弱梁”的原则;②限制剪压比。现阶段的钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力的设计表达式是由斜截面上箍筋能达到抗拉屈服强度及其受剪承载力随配箍特征值的增长所决定的。但是较大的配箍特征值使其不能充分发挥其强度特性,也会影响剪压比对构件变形性能,所以对剪压比限制,也是满足构件最小截面的要求;③轴压比限制。轴压比不但控制偏心受拉边钢筋抗拉的强度,而且也是受压区混凝土边缘达到其极限压应变的重要指标。无数次实验证明,轴压比越大柱的变形能力越小,尤其在高轴压比下,通过增加箍筋来改善柱变形能力这种方式收效甚微。 因此,高层建筑结构想要有比较好的抗震性,就应限制偏心受压构件的轴压比。同时也要特别注意影响高层建筑结构构件延性的其他因素包括剪跨比、混凝土钢筋材料、纵向钢筋配筋率、配箍率、箍筋型式钢筋连接、锚固方式等,要保证这些方面都应满足高层建筑结构抗震设计的要求。
结论
土木工程技术人员在对高层建筑的研究及设计中,应该站在对建筑的整体宏观角度出法,在对建筑的整个设计过程中科学合理的运用概念设计,对建筑的功能、安全可靠性、经
济合理、美观艺术性等方面具体的考虑并且在对建筑进行设计时不但要考虑其抗震结构的造价,也要考虑其经济、社会效益,,创造出安全、经济的具有最优抗震结构设计的高程建筑。
参考文献
[1] 韩强,刘文光,杜修力,等.橡胶隔震支座竖向性能试验研究[J].辽宁工程技术大学学报,2006,25(2):
[2] 徐宜和,丁勇春.高层建筑结构抗震分析和设计的探讨[J].江苏建筑,2008(3).
[3] 杨磊.论高层建筑结构抗震的优化设计[J]. 建筑设计,2010(3).
【关键词】 延性抗震等级
【Abstract】 Inthispaper,theauthorsanalyzedthereasonsofA buildingwithmultipleseismicgradeintheengineeringdesign。
【Key words】 Ductility ; Seismicgrade
建造于有抗震设防要求地区的钢筋混凝土结构楼房,在工程设计时,通常要求应有较好的延性。延性是衡量结构是否具有良好耗能能力的一个重要指标,一般指构件和结构屈服后,具有承载能力不降低或基本不降低、且具有足够塑性变形能力的一种性能。然而结构的延性是不能通过计算精确得到的,而是通过加强构造措施的方法来保证结构的延性,所以在不同的情况下,构件的延性要求是不同的,在地震作用强烈或是对地震作用敏感的地方延性的要求应高一些,重要的、震害造成损失较大的结构,延性的要求也应高一些,反之,延性的要求可适当的降低。前面说过,因为延性不是通过计算得到的,所以为了在工程设计的过程中做到安全适用、经济、合理,《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)与《高层建筑混凝土结构技术规程》(JG 3-2002)采用了对钢筋混凝土结构区分抗震等级(特一级、一级、二级、三级、四级)的办法,不同的抗震等级的构造措施不同,从而在宏观上对结构的不同延性要求加以区别。
对于一栋钢筋混凝土结构的楼房我们是怎样确定它的抗震等级而来保证它的延性呢?这里我们先来解释一下三个重要概念: ①抗震措施:除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,包括抗震构造措施;②抗震构造措施:根据抗震概念设计原则,一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求;③抗震等级:它是结构构件设防的标准,钢筋混凝土结构的楼房应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算、构造措施和材料要求。从上面的概念介绍我们可以看出抗震措施包括的内容比较广泛一些,它主要有场地选择、内力的调整、结构选型、结构布置与一些增大延性的措施;而抗震构造措施包括范围相对来说要小一些,如限制最大轴压比、最小体积配箍率等。对于抗震等级,在同等设防烈度和房屋高度的情况下,不同的结构类型,其次要抗侧力构件的抗震等级可低于主要抗侧力构件,当然在实际工程设计中,也可根据具体需要来提高局部某些构件的抗震等级。掌握这三个概念之后,我们就可以根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)或《高层建筑混凝土结构技术规程》(JG 3-2002)来确定任何一栋钢筋混凝土结构楼房的抗震等级而不会出错。下面我们来通过三个案例来说明确定楼房的抗震等级应注意的问题,并且通过案例看出同一栋钢筋混凝土结构的楼房有多个抗震等级的情况。
【案例一】:某框架-剪力墙结构房屋的抗震设防分类标准为丙类,总高为28米,层数为9层,所处地区的场地类别为II类,抗震设防烈度为7度,设计基本加速度为0.10g,确定该房屋的抗震等级。
主要考虑过程如下:根据《建筑抗震设计规范》的第6.1.1条可以看出,房屋的高度是满足要求的,因该房屋的抗震设防分类标准为丙类,所以可以直接根据表6.1.2查出此房屋的抗震等级为:框架部分为三级,剪力墙部分为三级。从这个案例我们可以看出这个楼房有两个抗震等级,抗震措施与抗震构造措施所用的抗震等级是相同的。
【案例二】:某框架结构房屋的抗震设防分类标准为丙类,总高为28米,层数为9层,所处地区的场地类别为III类,抗震设防烈度为7度,设计基本加速度为0.15g,确定该房屋的抗震等级。
主要考虑过程如下:根据《建筑抗震设计规范》的第6.1.1条可以看出,房屋的高度是满足要求的,因该房屋的抗震设防分类标准为丙类,根据表6.1.2查出此房屋的抗震等级为三级,根据《建筑抗震设计规范》3.3.3条,当建筑场地为Ⅲ时,对设计基本地震加速度为0.15g的地区,除本规范另有规定外,宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施,所以该房屋当确定抗震构造措施时所用的抗震等级为二级。从这个案例我们可以看出这个楼房也有两个抗震等级,但抗震措施与抗震构造措施所用的抗震等级是不相同的;当进行内力的调整时,所用的抗震等级为三级,当确定构件的最大轴压比、最小体积配箍率时,所采用的抗震等级为二级,虽然本案例的抗侧力构件为单一的构件(框架),但它仍然有两个抗震等级,从而来保证结构的延性。下面我们通过【案例三】来说明同一栋楼房有更多的抗震等级和更为复杂的情况。
【案例三】:某框支剪力墙结构房屋的抗震设防分类标准为丙类,总高为60米,层数为18层,所处地区的场地类别为III类,抗震设防烈度为7度,设计基本加速度为0.15g,转换层的位置设置在2层,确定该房屋的抗震等级。
关键词:高层建筑;混凝土结构;设计问题;优化措施
近年来,在建筑结构优化方面,许多专家投入了大量的研究,并取得了一些成效,尤其是在结构构件方面。然而,到目前为止仍然没有一个成熟精确的数学模型,既可以满足结构设计规范要求及设计人员习惯,又能够使得结构最优化。人们普遍认为,当结构构件的内力达到最大承载力时,其结构是最优的。而在现实设计中要达到这个要求,往往需要设计者以结构构件为目标,对结构构件进行优化设计,使得结构设计最优化,从而达到降低工程造价的目的。
1 工程概况
本工程为32层住宅楼,地下1层,层高为3.8m,地上1层层高7.1m,2层层高3.8m,3层以上层高为2.9m。采用剪力墙结构,抗震设防烈度为7度,结构嵌固端选取于地下室顶板处。
2 结构设计中存在的问题分析
(1)根据 GB50011-2010《建筑抗震设计规范》规定,在图1中,l/Bmax=7100/住宅优化前的平面图18900=0.376,由于大于0.35,因此可以判断平面属于凹凸不规则类型。另外,经过初步计算得知,在满足墙肢加长的条件下,首层墙体的厚度拟取400mm,也难以满足侧向刚度比的要求,由此也可以判断竖向为侧向刚度不规则类型。由此可见,本工程有两项不能满足规则性的要求,应按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中的规定,需要对水平地震作用下的内力进行调整,并对薄弱部位采取加强措施。笔者认为,若不能合理优化平面形状,盲目采取一些加强措施,必然会造成不必要的经济损失。
( 2 ) 对图1的剪力墙布置进行分析得知,核心筒位置的墙体布置数量较多,刚度较大。通过建模和计算,得出Y-5%震偶然偏心作用下Y方向位移角的比值和最大层间位移角,以及X,Y方向最大层间位移角,其计算数据见表1。
根据表1中分析,住宅结构平面中核心筒处的剪力墙数量有消减现象。对结构中部的刚度有一定的消弱作用,这样不仅有利于对结构扭转效应进行控制,而且可以大大降低工程造价。假如所有墙体的厚度为200mm,如果对核心筒处的部分墙体进行消减,将会大幅度地减少混凝土用量及对原有墙体钢筋进行扣除,其具有一定的经济性。除此之外,有部分工程师为减低造价,每隔几层逐步缩短墙肢长度,如每隔5~7层缩短一次;但值得注意的是,要对结构位移比、轴压比等进行严格检查,《高规》3.5.4条:抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通(其条文说明指出“上下不连续”对抗震不利);同时要确保墙肢长度应不小于墙体厚度的8倍,以避免造成墙体变成短肢剪力墙;故不推荐此做法。另外需要指出的是:当各项指标允许的情况下,墙长5~7米的较长剪力墙,宜开洞以削弱其刚度;线刚度为,当两墙墙长(b)之比为2时,刚度之比为8,弯曲应力之比约为2;据“按刚度分配”的原则,其承担的水平力过多 ,易在地震时首先破坏然后使建筑结构刚度及承载力大幅削弱,进而逐个击破;风荷载控制时,边缘构件因过大的弯曲应力“反复拉压”而造成裂缝过大。
3 优化措施
3.1 形状优化
根据GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中的规定:在高层建筑结构单元内,需要确保结构平面形状的简单化和规则化,刚度分布要均匀,平面不宜过长,突出部分长度不宜过大,见表2;同时,要确保建筑的竖向体型的均匀性,避免外挑和内收过大,结构的侧向刚度要平衡,变化要均匀,尽量避免采用竖向布置不规则的结构。例如,如果高层建筑的结构平面布置和竖向布置较均匀且规则,其各项指标的校核验算也容易达到规范的要求,反之,各项指标难以达到规范要求。还可能造成墙柱截面过大,建筑重量严重超标,从而增加了工程造价,同时对建筑的使用功能影响较大。
另外,结构设计人员一定要重视概念设计,要确保概念设计在建筑方案设计阶段介入,并结合建筑结构的特点,在满足适用、美观的情况下,合理布置建筑结构的平面和竖向,在进行平面和竖向布置时,要坚持“简单、规则和均匀”原则。以设计出合理的刚度和承载力,尽量避免由于局部削弱而造成薄弱部位的结构体系。这样有利于不断优化施工图设计阶段的截面尺寸。
3.2 剪力墙平面布置
在布置剪力墙平面时,应注意以下几点:第一,在住宅结构平面布置过程中,不仅要满足建筑的使用功能,而且要沿周边均匀布置剪力墙。剪力墙的布置要位于建筑物的电梯间、楼梯间、平面形状变化较大的部位,且确保剪力墙之间的距离不能过大。第二,在剪力墙结构布置中,需要沿主轴方向进行布置,对于抗震设计的剪力墙结构,尽量避免采用单向的布置形式。第三,在剪力墙布置时,要确保墙肢截面简单化、规则化,结构的侧向刚度不宜过大。第四,在结构设计中,应尽量减少短肢剪力墙的数量,不能全部使用短肢剪力墙结构。第五,一字型墙轴压比较大时,墙体稳定性验算难以通过,材料利于率低,故尽量改为L型。
4 结语
综上所述,本文针对高层建筑混凝土结构的优化设计分析,从中可以得知,高层建筑混凝土结构优化设计的核心主要体现在结构整体和局部的概念,因此,结构设计人员应“先整体后局部”的设计理念,做好结构整体和局部的协调工作,以提高结构设计质量,确保建筑结构的安全度和经济性。
参考文献
[1]《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010.
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010).
关键词:PKPM、工程应用
近些年来PKPM系列结构设计软件在我单位结构设计中应用的越来越广泛,由于一些结构的特殊情况(如空旷结构、错层结构、斜板结构等),设计人员往往会在设计过程中存在对软件的编制依据、模型假定以及规范理解等方面出现偏差。下面我将谈谈我对PKPM软件的理解与应用。
一、结构建模的一些注意事项
1. 当利用已有轴线偏移复制新轴线或删除多余轴线后,重新生成网点。
2. 两节点之间只能有一个杆件相连。有弧形梁的情况时应在弧形梁上设置一个或多个节点。
3. 斜支撑输入时应注意,斜支撑端点应在楼层处,不应按标高输入在层间柱上。
4. 当输入斜梁或不与楼面等标高的梁时,如果不仔细检查,可能出现梁在两端不与任何构件相连的情况,既梁被悬空,或悬挑梁的情况,与设计意图不符合。
5. 除结构顶层外,用上节点高、梁顶标高、错层斜梁等命令形成的斜梁,不能跨越本标准层,否则将计算错误。
6. 错层结构的模型输入。当错层高度不大于框架梁的截面高度时,可忽略错层的影响,可以归为同一楼层参加结构计算,这一楼层的标高可近似取两部分楼面标高的平均值;当错层高度大于框架梁的截面高度时,各部分楼板应作为独立楼层参加整体计算,不要归并为一层。
7. 层间梁不能用来做错层处理。目前软件只能用层间梁传递荷载。
二、荷载输入中的一些注意事项
1. 所有荷载均输入标准值,而不是设计值。软件按规范进行荷载组合。
2. 楼面均布恒载和活载必须分开输入。否则无法按规范进行荷载组合以及各种活载折减、活载不利布置等计算。
楼面均布恒载应包含楼板自重否则应选择让程序自动计算。
4. 预制板自动按单向传力。
5.“荷载定义”项中程序提示“是否计算活载”应注意目前软件填“1”为计算,填“0”为不计算活载。
6.“全房间开洞”导荷时该房间荷载将被扣除,而“板厚为0” 导荷时该房间荷载仍能导算到梁、墙上,不被扣除,但在画平面图时不会画出板配筋。
7. 程序未自动考虑梁楼面活荷载折减,如果需要进行楼面梁的活荷载折减,应在荷载导算时将活荷载折减项选上,并点取“设置折减参数”,根据《建筑结构荷载规范》选择所需折减项。
8. 荷载输入中房间的导荷方式总是单向导算的原因,此时应注意查看此房间是否布置有预制板或是否把屈服线的角度设置为“0”了。
三、砖混结构设计
PM8可以进行砖混结构和砖混底框结构的计算,砖混底框结构在设计时应注意《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(2008年版)中第7.1.8条、7.5.5条的规定。下面对采用PMCAD软件进行砖混结构设计,应注意的事项做一说明:
1.在砖混结构建模时,构造柱应输入。在按《砌体结构设计规范》GB50003-2011第6.1节和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(2008年版)第7.2节进行高厚比验算和截面抗震承载力计算时,构造柱均有作用。
2.对于设变形缝的砖混结构,应分别建模计算。
3.砖混结构构造柱基础的计算。砖混结构一般做墙下条形基础,构造柱下一般不单独做独立基础。
4.砖混结构的井字梁楼盖的计算。这种结构形式只能简化计算。
四、结构分析部分计算参数的合理选取和计算原则
1. 对于高层建筑结构当竖向恒载一次性加载上时,其上部的竖向位移往往偏大,为了协调竖向位移,有时会出现拉柱或梁没有负弯矩的情况(层数较多时顶部几层中间支座将出现较大沉降,与其相连的梁支座不出现负弯矩或负弯矩较小,常常不能正确地完成梁的支座配筋)。而在实际施工过程中,竖向恒载是一层一层作用的,并在施工中逐层找平,下层的变形对上层基本上不产生影响。结构的竖向变形在建造到上部时已经基本完成,因此实际上不会产生一次性加荷载所产生的异常现象。程序对竖向恒载作用专门做了处理,可以考虑施工加荷的这种因素。对于一般的多、高层建筑来说,应选择模拟施工荷载。
2.《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》以及《高层民用建筑钢结构技术规程》中均有规定,在计算结构的位移比和周期比时采用刚性楼盖。
3. 结构基本周期主要是计算风荷载用的,程序是按照规范经验公式计算出缺省值,可以修改。
4. 地震信息中有关参数的选取
4.1 扭转藕连信息项。
程序给出非藕连和藕连两个选项。对大多数结构来说,应该选择考虑扭转藕连。
4.2 地震烈度和抗震等级。
对于计算地震作用的结构,应按《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(2008年版)第3.1.3条和第6.1.2条、第6.1.3条的规定执行。简单来说,地震烈度除甲类建筑外,其它各类建筑的地震烈度应取本地区抗震设防烈度;抗震措施,当设防烈度为6~8度时,甲、乙类建筑应符合本地区设防烈度提高一度的要求,丙类建筑不提高。
4.3 偶然偏心选择。
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.4.5条规定,计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响,附加偏心距取与地震作用方向垂直的建筑物边长的5%。建议对于层数较多的多层建筑和高层建筑应考虑偶然偏心,对于单层及层数较少的平面规则的建筑考虑了扭转藕连时,可不考虑偶然偏心。另外需注意的是,当计算双向地震作用时,可不考虑质量偶然偏心的影响。
关键词:弹性分析 弹塑性分析 延性比
高层建筑钢结构的抗震设计计算采用两阶段设计计算法。第一阶段为多遇地震作用下的弹性分析,验算构件的承载力和稳定以及结构的层间侧移;第二阶段为罕遇地震下的弹塑性分析,验算结构的层间侧移和层间侧移延性比。通过第一阶段多遇地震作用下的弹性计算分析,可确保结构处在弹性状态下,确保小震不坏;在第一阶段多遇地震作用下的弹性计算分析的基础上通过内力挑整,做到强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件以及相应的抗震构造措施,从而达到中震可修的准则。通过第二阶段为罕遇地震下的弹塑性分析,验算结构的层间侧移和层间侧移延性比来确保结构在大震作用下不倒塌。高层建筑钢结构的抗震设计计算通过采用两阶段设计计算法来满足抗震设计的三准则则:大震不倒,中震可修,小震不坏。本文简要概述高层建筑钢结构的抗震设计的两阶段设计计算法及结构内力调整。
1.第一阶段(弹性阶段)的计算分析要点
一、计算分析:
高度不超过40m且平面和竖向较规则的以剪切型变形为主的建筑,可采用现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规定的地震作用和底部剪力法计算地震作用效应。
高度不超过60m且平面和竖向较规则的建筑,以及高度超过60m的建筑预估截面时,可采用本规程规定的地震作用和底部剪力法计算地震作用效应。
高度超过60m的建筑,应采用振型分解反应谱法计算地震作用效应。
竖向特别不规则的建筑,宜采用时程分析法作补充计算地震作用效应。在弹性阶段抗震计算中阻尼比按如下原则选取:a.高度不大于50m时取0.04;b.高度大于50m小于200m时取0.03;3)高度不小于于200m时取0.02;当偏心支撑框架部分承担的地震倾
覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,其阻尼比可在上述基础上相应增加0.005。
当进行结构弹性分析时,宜考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁的共同工作,且在设计中应使楼板与钢梁间有可靠连接。
二、地震作用效应组合:
进行构件承载力验算时,其荷载或作用的分顶系数应表1的规定采用,并应取各构件可能出现的最不利组合进行截面设计。
计当进行结构侧移验算时,应取与构件承载力验算相同的组合,但各荷载或作用的分项系数应取1.0;
三、结构地震作用下的内力和变形分析:
1)高层钢结构弹性层间位移角不超过1/250,结构平面端部构件最大侧移,不得超过质心侧移的1.3倍。
2)框架梁可按梁端截面的内力设计。对工字形截面柱,宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响;中心支撑框架和不超过50m的高层钢结构,其层间位移计算可不计入梁柱节点域剪切变形的影响。
3)钢框架-支撑结构的斜杆可按端部铰接杆计算;框架部分按计算得到的地震剪以调整系数,达到不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分地震剪力最大值1.8倍二者的较小者。
4)在结构平面的两个主轴方向分别计算水平地震效应时,角柱和两个方向的支撑或剪力墙所共有的柱构件,其水平地震作用引起的构件内力,应在按第(1)规定调整的基础上再提高30%;
5)中心支撑框架的斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度时,仍可按中心支撑框架分析,但应计及由此产生的附加弯矩;人字形和V形支撑组合的内力设计值应乘以增大系数,其值可采用1.5。
6)偏心支撑框架构件内力设计值,应按下列要求调整:a. 支撑斜杆的轴力设计值,应取与支撑相连接的消能梁段达到受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积,其值在8度及以下时不应小于1.4,9度时不应小于1.5;b. 位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值,应取消能梁段达到受剪承载力时框架梁内力一增大系数的乘积,其值在8度及以下时不应小于1.5,9度时不应小于1.6;c. 框架柱的内力设计值,应取消能梁段达到受剪承载力时柱内力与增大系数的乘积,其值在8度及以下时不应小于1.5,9度时不应小于1.6。
8)内藏钢支撑钢筋混凝土墙板和带竖缝钢筋混凝土墙板应按有关规定计算,带竖缝钢筋混凝土墙板可仅承受水平荷载产生的剪力,不承受竖向荷载产生的压力。
9)钢结构转换层下的钢框架柱,地震内力应乘以增大系数,其值可采用1.5。
10)验算在多遇地震作用下整体基础(筏形或箱形基础)对地基的作用时,可采用底部剪力法计算作用于地基的倾覆力矩,其折减系数宜取0.8。
11)计算倾覆力矩对地基的作用时,不应考虑基础侧面回填土的约束作用。
四、构件地震作用效应验算:
S≤R/γG
构件承载力的抗震调整系数(表2)。
2.第二阶段(弹朔性阶段)的计算分析要点
对于第二阶段(弹朔性阶段)的计算分析:应采用时程分析法计算结构的弹塑性地震反应,其结构计算模型可以采用杆系模型,剪切型层模型、剪弯型层模型或剪弯协同工作模型。当采用时程分析法时,时间步长不宜超过输入地震波卓越周期的1/10,且不宜大于0.02s。钢结构阻尼比可取0.05;当进行高层建筑钢结构的弹塑性地震反应分析时,其恢复力模型可由试验或根据已有的资料确定;钢柱及梁的恢复力模型可采用二折线型,其滞回模型可不考虑刚度退化。钢支撑和耗能梁段等构件的恢复力模型,应按杆件特性确定。钢筋混凝土剪力墙、剪力墙板和核心筒,应选用二折线或三折线型,并考虑刚度退化。当采用层模型进行高层建筑钢结构的弹塑性地震反应分析时,应采用计入有关构件弯曲、轴向力、剪切变形影响的等效层剪切刚度,层恢复力模型的骨架线可采用静力弹塑性方法进行计算,并可简化为折线型,要求简化后的折线与计算所得骨架线尽量吻合。在对结构进行静力弹塑性计算时,应同时考虑水平地震作用与重力荷载。构件所用材料的屈服强度和极限强度应采用标准值;当进行高层建筑钢结构的弹塑性时程反应分析时,应计入二阶效应对侧移的影响。
高层建筑钢结构的第二阶段抗震设计,应满足下列要求:
1)结构层间侧移不得超过层高的1/70;
2)结构层间侧移延性比不得大于下表规定(表3)。
2.结语
我国现已进高层钢结构房屋建设的快速发展阶段,同时我国是一个地震多发国家,把握好抗震设计理念,掌握好高层建筑钢结构抗震设计计算的两阶段设计计算方法,把握抗震设计的三准则:大震不倒,中震可修,小震不坏;保护好人民财产和生命安全是每个结构设计师责任;本文对高层钢结构抗震设计的计算要点作了简要概述,对规范概念做了简要梳理。
参考文献
[1] 《建筑抗震设计规范》.GB50011-2010.