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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

1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,抗扭指标不满足要求,或是扭转位移比超过了1．5的限值,或是扭转周期比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、电梯问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,相应的内力也互相传递和重分配.

因此,设计成框架结构还是设计成柜框架一抗震墙结构,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、如果设计成框架一抗震墙结构,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.

2抗震墙及连粱的布置

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,同时通过塑性铰仍能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.

建筑结构概念设计中存在的问题改进参考属性评定
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3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.

4沉降缝的设置

在一般房屋结构总体布置中,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.

当主楼和裙房采用用整体基础时,由于裙房与主楼在底板交界处连成整体,而主楼刚度要比裙房大得多,相当于主楼为固定端的倒悬臂一样,结合部位弯矩较大,因此结合部位就成了基础设计的重点.无裙房时,高层建筑的基底应力中间小、四周大,有裙房时,裙房的存在使基底反力的分布呈中间大、两侧小,到裙房侧边又略有回升.另外地基压缩模量较低时,它的变化对差异沉降和基础弯矩影响较大这就要求计算基础内力时,地基压