建筑结构设计新手入门.doc

结构设计之新手入门2008-05-29 10:00分类：默认分类 字号： 大大 中中 小小 第一章：结构设计之新手入门的讨论一、地质报告看什么1、先看清楚地质资料中对场地的评价和基础选型的建议，好对场地的大致情况有一个大概的了解；2、根据地质剖面图和各土层的物理指标对场地的地质结构、土层分布、场地稳定性、均匀性进行评价和了解；3、确定基础形式； 4、根据基础形式，确定地基持力层、基础埋深、土层数据等；5、沉降数据分析；6、是否发现影响基础的不利地质情况，如土洞、溶洞、软弱土、地下水情况.等等。注意有关地下水地质报告中经常有这样一句“勘察期间未见地下水”，如果带地下室，而且场地为不透水土层，例如岩石，设计时必须考虑水压，因为基坑一旦进水，而水又无处可去，如果设计时未加考虑那就麻烦了。二、钢筋验收验什么1 钢筋锚固2 钢筋数量与直径；3 钢筋间距；4 钢筋保护层；5 箍筋弯钩；6 后浇带钢筋；7 拉结筋；8 钢筋搭接长度及接头率；9 钢筋接头部位；10 钢筋合格证及试验报告。三、验槽到底该验什么 验槽是为了普遍探明基槽的土质和特殊土情况，据此判断异常地基的局部处理；原钻探是否需补充，原基础设计是否需修正，对自己所接受的资料和工程的外部 环境进行确认。1 地基土层是否是到达设计时由地质部门给的数据的土层，是否有差别，主要由勘察人员负责；2 基础深度是否达设计深度，持力层是否到位或超挖，基坑尺寸是否正确，轴线位置及偏差、基础尺寸；3 验证地质报告，有不相符的情况下协商解决，修改设计方案；4 基坑是否积水，基底土层是否被搅动；5 有无其他影响基础施工质量的因素(如基坑放坡是否合适，有无塌方）；四、主体验收验什么主体验收，结构工程师主要注意的内容有：1、梁柱板尺寸定位是否设计要求，其成形质量如何，是否有蜂窝麻面等。还有是否有修补的痕迹，如果有，应询问修补的原因，是否有对结构有影响。2、预埋件是否准确埋设，插筋是否预留，雨水管过水洞是否留设准确，卫生间等设备留是否按要求留设，对后封的洞板钢筋是否预留等。3、砌体工程的砂浆是否饱满，强度是否够（可以用手扳一下），砌体的放样如何，是否平直，墙面是否平整。砌体中的构造柱是否设槎，框架梁下砌体是否密实，圈梁是否按要求设置。墙面的砂浆找平层厚度是否过厚。等等。4、看看各层施工时的沉降记录如何 ，是否有过大的差异沉降。每层增加的沉降量，及各观测点间的沉降差如何。如有差异过大，首先加大观测密度。5、查看施工记录,各种材料合格证,试件的强度检验报告等。五、结构专业扩初说明包含什么（一）、设计依据1.主要设计规范和规定2. 岩土工程勘察（二）、自然条件:基本风压值、建筑物抗震设防烈度、建筑物抗震重要性分类、地震作用、抗震措施、场地土类型、建筑物安全等级、场地稳定性、场地土层描述。（三）、基础1拟建建筑物地基基础设计等级。基础持力层。2拟建建筑物基础形式。3场地地下水对混凝土结构和钢筋混凝土中钢筋有无腐蚀性及措施。（四）、上部结构形式及平面布置说明（五）、材料1混凝土强度等级2隔墙材料（六）、使用荷载标准值（七）、计算方法和结果1 计算软件2 主要技术参数：自震周期、 层间位移、剪重比、总质量G。六、桩基础的设计的步骤是什么 1 结构计算，取出柱底内力；2 根据地质报告确定桩型；3 综合1、2确定桩径、单桩承载力并完成布桩；4 承台设计计算，包括弯、剪、冲切；5 沉降计算；6 拉梁设计；7 绘图，包括基础平面、桩位图、详图dz37七、结构施工图主要画什么1 结构设计说明；2 基础平面图及详图：基础尺寸定位、暖沟图及基础留洞图；3 结构平面图及详图，主要包括模板图、特殊节点详图、预制板的布置、现浇板的配筋、过梁布置、雨蓬、阳台、挑檐布置和其剖面详图、楼梯布置、板顶标高、梁布置及其编号、板上开洞洞口尺寸及其附加筋、屋面上人孔、通气孔位置及详图；4 楼梯详图；5 梁详图、平面配筋图；6 柱详图及构造；7 墙、暗柱详图及构造；8 圈梁、构造柱布置及其剖面详图 ；9 非结构构件详图及构造。dz5八、软件出来的结果配筋调整时注意什么配筋的调整注意事项：1 无特殊理由不可小于计算值；2 符合基本的构造，钢筋间距、箍筋肢距、梁侧钢筋配置等；3 正常使用验算，裂缝、挠度等，特别是前者；4 计算中未考虑的因素影响，例如多梁相交引起的ho损失；5 配筋方式是否与模型相符，梁相交处等，注意查看内力图，不可简单按梁高区分主次梁，十字交叉梁，无论梁高是否相同，均宜按一跨配筋；6 抗震结构的相应构造措施，加密区、配筋率、钢筋直径等；7 一些构造措施是否具备满足的条件，例如较小的柱，较粗的钢筋，锚固的水平段很难满足0.4La;8 框架梁配筋确定后应核算柱配筋是否满足“强柱弱梁”；9 一些相对特殊的梁应多加注意，例如连梁、深梁、薄腹梁等；10 正确理解输出文件的格式和意义；11 应用“平法”应注意支座负筋长度的取值，特别是相邻跨跨度相差较大时；12 梁边与柱边相齐时，计算每排钢筋根数时应把梁宽减去3-5cm；13 抗扭钢筋应足够注意，特别是抗扭箍筋直径应满足计算；14 柱钢筋根数上下尽量相同，方便钢筋变化时的搭接；15 尽量考虑到施工时混凝土的浇筑振捣需要；第二章：结构设计注意问题根据建设部要求2003年1月1日起全面执行新规范，相应的89系列规范废止。为正确理解、有效执行各有关2000系列规范，提出以下要点，请各结构设计人员予以注意：一一般规定1、 设计说明应注明工程设计使用年限，安全等级，选用的建筑材料，应注明规格、型号、性能等技术指标，其质量必须符合国家标准的要求。2、 2003年签订合同的设计项目，一律采用与新规范配套的软件作计算分析，TBSA用6.0版，SATWE用2003.1及以后的版本。3、 用新版本软件计算结果用钢量将会提高，我院规定用新版本软件计算梁、柱主筋，钢材优先采用HRB400。一级柱箍筋优先采用HRB400.4、风荷载取值，南京地区设计周期50年，w00.40Kpa，设计周期100年w00.45，对风荷载敏感的建筑以及60米以上的高层建筑按w00.45取值。5、 基本雪压，南京地区设计 周期50年，取0.65Kpa，设计周期100年取0.75Kpa。6、 对小塔楼的界定应慎重，当塔楼高度对房屋结构适宜高度有影响时，小塔楼应报院结构专业委员会确定。7、 施工图涉及到钢网架、电梯及其它设备予留的孔洞、机坑、基础、予埋件等一定要写明：“有关尺寸在浇筑混凝土之前必须得到设备厂家签字认可方可施工。”8、 砌体结构不允许设转角飘窗。9、 钢结构工程设计必须注明：焊缝质量等级，耐火等级，除锈等级，及涂装要求。10、 砌体工程设计必须注明设计采用的施工质量控制等级。（一般采用B级）。11、 砌体结构不宜设置少量的钢筋混凝土墙。12、 砌体结构楼面有高差时，其高差不应超过一个梁高（一般不超过500mm）。超过时，应将错层当两个楼层计入总楼层中。二结构计算13、 结构整体计算总体信息的取值：（1） 混凝土容重（KN/m3）取2627，全剪结构取27，若取25，对于剪力墙需输入双面粉层荷载。（2） 地下室层数，取实际地下室层数，当含有地下室计算时，不指定地下室层数是不对的，请审核人 把关。（3） 计算振型数，取3的倍数，高层建筑应至少取9个，考虑扭转耦联计算时，振型应不少于15个，对多塔结构不应少于塔数9。计算时要检查Cmass-x及Cmass-y两向质量振型参与系数，均要保证不小于90，达不到时，应增加振型数，重新计算。（4） 地震信息中的“活荷质量折减系数”RMC取1.0。（5） 自振周期应考虑填充墙体对刚度的影响进行折减。当添充墙为砖墙时：框架结构0.6-0.7，框剪结构0.7-0.8，剪力墙结构0.9-1.0。（6）活荷载信息中“柱、墙活荷载是否折减”，一般不折减，“传到基础的活荷载是否折减”，应折减。（7） 调整信息中“中梁刚度增大系数”BK取2.00； “梁端弯矩调幅系数”BT0.850.9；“梁跨中旁矩增大系数”BM1.051.10，一般取1.05；活荷载大于3.0Kpa的多高层，1.11.2“连梁刚度折减系数”BLZ取0.500.7，在内力和位移计算中，最小取0.50，一般取0.55,当结构位移由风荷载控制，不宜小于0.8；“梁扭矩折减系数”TB，一般取0.40；“全楼地震力放大系数”一般1.0，当不满足”抗震规范“5.25条时，用此系数调至满足；“0.2Q0”框剪结构必须要求调整；“顶塔楼内力放大”当振型数多于9个，取1，否则需放大取3。14、 结构审核人应在初步设计阶段对电算结果进行审核把关。对主要参数应作控制，如：剪重比、周期比（以扭转为主的基本周期与第一平动周期之比）、位移比（最大弹性层间位移与层间平均位移之比），满足规范基本要求。15、 有斜楼座的看台、剧场由于整体性差，楼层刚度无穷大的假定难于形成，应补充单榀验算三、对地质勘察报告的基本要求：16、如果由设计院布置钻孔，提勘察要求，须加注明：勘察部门应根据勘察规范及现场地质情况作必要调整。若业主委托设计已完成钻探，设计人应根据以下基本要求作审查：（1）钻孔控制点的布置应布置在建筑物的外围，即建筑物四角应有钻孔。（2）钻孔分一般性钻孔和控制性钻孔，对孔深要求：勘探孔深应能控制主要持力层，当基础底面宽度不大于5m时，勘探孔的深度对条形基础不应小于基础底面宽度的3倍，对单独基础不应小于1.5倍，且不小于5米；对高层建筑和需作变形验算的地基，控制性勘探孔的深度应超过地基变形计算深度。（3）桩基勘探深度a.布置1/3-1/2的勘探孔为控制性孔，且安全等级为一级建筑桩基场地至少布置3个控制性钻孔，安全等级为二级的建筑桩基不应少于2个控制性钻孔，控制性孔深度应穿过桩端以下压缩层厚度，一般性钻孔应深入桩端平面以下35米。b.嵌岩桩钻孔应深入持力层岩层不小于35倍桩径，当持力层较薄时，控制性钻孔应穿过持力岩层，岩溶地区，应查明溶洞、溶沟分布情况。（4）勘察报告，除了要作取土勘探孔，还应要求现场原位测试，单桥静力触探和标准贯入测试，对于适于采用予制桩基的场地，应要求提供JGJ94-94-公式5.2.6-1所要求的单桥静力触探比贯入阻力值估算的桩周侧阻力和桩端阻力。（5）嵌岩桩基，应要求勘察报告提供南京地基规范，嵌岩桩公式9.9.4-3所要求的各项系数、岩石单轴抗压强度以及基岩的完整性。（6）对于有地下室的工程，应要求勘察报告提供基坑支护设计所要求的各项工程特性指标。（7）当地下水埋藏较浅，建筑地下室存在上浮问题时，应要求勘察报告提供用于计算地下水浮力的设计水位。（8）勘探报告应划分场地土类型和场地土类别，并对饱和砂土及粉土进行液化判别。（9）桩基设计应要求勘探报告提供各种桩型的参数，以便作多种桩基方案的技术经济对比，避免只有一种桩基参数，思路受到勘探部门的限制，而不能选择更好的基础方案。四、基础设计17、地基基础设计时，确定基础面积或桩数量，上部的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。18、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用。19、基础底板的配筋，应按抗弯计算确定，地基反力采用的是荷载效应基本组合时的地基反力设计值。承台配筋计算时，采用相应于荷载效应基本组合时的桩竖向力设计值。20、静载试验所确定的单桩竖向极限承载力除以安全系数2为单桩竖向承载力特征值Ra。21、（1）人工挖孔桩的桩长不宜大于40m，亦不宜小于6m，桩长少于6m的按墩基础考虑，桩长虽大于6m，但L/D(D为扩大端直径)150时采用10200；否则用8200.PMCAD生成的板配筋图应注意以下几点：1.单向板是按塑性计算的，而双向板按弹性计算，宜改成一种计算方法。2.当厚板与薄板相接时，薄板支座按固定端考虑是适当的，但厚板就不合适，宜减小厚板支座配筋，增大跨中配筋。3.非矩形板宜减小支座配筋，增大跨中配筋。4.房间边数过多或凹形板应采用有限元程序验算其配筋。PMCAD生成的板配筋图为PM？。T.板一般可按塑性计算，尤其是基础底板和人防结构。但结构自防水、不允许出现裂缝和对防水要求严格的建筑，如坡、平屋顶、橱厕、配电间等应采用弹性计算。室内轻隔墙下一般不应加粗钢筋，一是轻隔墙有可能移位，二是板整体受力，应整体提高板的配筋。只有垂直单向板长边的不可能移位的隔墙，如厕所与其他房间的隔墙下才可以加粗钢筋。坡屋顶板为偏拉构件，应双向双排配筋。（3）。关于过梁布置及轻隔墙。现在框架填充墙一般为轻墙，过梁一般不采用预制混凝土过梁，而是现浇梁带。应注明采用的轻墙的做法及图集，如北京地区的京94SJ19，并注明过梁的补充筋。当过梁与柱或构造柱相接时，柱应甩筋，过梁现浇。不建议采用加气混凝土做围护墙，装修难做并不能用在厕所处。（4）。雨蓬、阳台、挑檐布置和其剖面详图。注意：雨棚和阳台的竖板现浇时，最小厚度应为80，否则难以施工。竖筋应放在板中部。当做双排筋时，高度900时，最小板厚120.阳台的竖板应尽量现浇，预制挡板的相交处极易裂缝。雨棚和阳台上有斜的装饰板时，板的钢筋放斜板的上面，并通过水平挑板的下部锚入墙体圈梁（即挑板双层布筋）。两侧的封板可采用泰柏板封堵，钢筋与泰柏板的钢丝焊接，不必采用混凝土结构。挑板挑出长度大于2米时宜配置板下构造筋，较长外露挑板（包括竖板）宜配温度筋。挑板内跨板上筋长度应大于等于挑板出挑长度，尤其是挑板端部有集中荷载时。内挑板端部宜加小竖沿，防止清扫时灰尘落下。当顶层阳台的雨搭为无组织排水时，雨搭出挑长度应大于其下阳台出挑长度100，顶层阳台必须设雨搭。挑板配筋应有余地，并应采用大直径大间距钢筋，给工人以下脚的地方，防止踩弯。挑板内跨板跨度较小，跨中可能出现负弯距，应将挑板支座的负筋伸过全跨。挑板端部板上筋通常兜一圈向上，但当钢筋直径大于等于12时是难以施工的，应另加筋。（5）。楼梯布置。采用X型斜线表示楼梯间，并注明楼梯间另详。尽量用板式楼梯，方便设计及施工，也较美观。（6）。板顶标高。可在图名下说明大多数的板厚及板顶标高，厨厕及其它特殊处在其房间上另外标明。（7）。梁布置及其编号，应按层编号，如L-1-XX，1指1层，XX为梁的编号。柱布置及编号。（8）。板上开洞（厨、厕、电气及设备）洞口尺寸及其附加筋，附加筋不必一定锚入板支座，从洞边锚入La即可。板上开洞的附加筋，如果洞口处板仅有正弯距，可只在板下加筋；否则应在板上下均加附加筋。留筋后浇的板宜用虚线表示其范围，并注明用提高一级的膨胀混凝土浇筑。未浇筑前应采取有效支承措施。住宅跃层楼梯在楼板上所开大洞，周边不宜加梁，应采用有限元程序计算板的内力和配筋。板适当加厚，洞边加暗梁。（9）。屋面上人孔、通气孔位置及详图。（10）。在平面图上不能表达清楚的细节要加剖面，可在建筑墙体剖面做法的基础上，对应画结构详图。3.基础平面图及详图：（1）。在柱下扩展基础宽度较宽（大于4米）或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基。并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。（2）。当基础下有防空洞或枯井等时，可做一大厚板将其跨过。（3）。混凝土基础下应做垫层。当有防水层时，应考虑防水层厚度。（4）。建筑地段较好，基础埋深大于3米时，应建议甲方做地下室。地下室底板，当地基承载力满足设计要求时，可不再外伸以利于防水。每隔3040米设一后浇带，并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力（尤其是在周围有建筑时有用），减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。可在筏板区格中间挖空垫聚苯来调整高低层的不均匀沉降。（5）。地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础梁可取消。（6）。抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设缝，连接处应加强。但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。（7）。新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基础之间的高差的1.5至2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。（8）。独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的柱做成柱下条基。柱下条形基础的底板偏心不能过大，必要时可作成三面支承一面自由板（类似筏基中间开洞）。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底版的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。（9）。采用独立柱基时，独立基础受弯配筋不必满足最小配筋率要求，除非此基础非常重要，但配筋也不得过小。独立基础是介于钢筋混凝土和素混凝土之间的结构。面积不大的独立基础宜采用锥型基础，方便施工。（10）。独立基础的拉梁宜通长配筋，其下应垫焦碴。拉梁顶标高宜较高，否则底层墙体过高。（11）。底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。（12）。考虑到一般建筑沉降为锅底形、结构的整体弯曲和上部结构和基础的协同作用，顶、底板钢筋应拉通（多层的负筋可截断1/2或1/3），且纵向基础梁的底筋也应拉通。（13）。基础平面图上应加指北针。（14）。基础底板混凝土不宜大于C30，一是没用，二是容易出现裂缝。（15）。可用JCCAD软件自动生成基础布置和基础详图。生成的基础平面图名为JCPM.T，生成的基础详图名为JCXT？。（16）。基础底面积不应因地震附加力而过分加大，否则地震下安全了而常规情况下反而沉降差异较大，本末倒置。请参照建筑地基基础设计规范GBJ7-89和各地方的地基基础规程。4.暖沟图及基础留洞图：（1）。沟盖板在遇到电线管时下降（500），室外暖沟上一般有400厚的覆土。（2）。注明暖沟两侧墙体的厚度及材料作法。暖沟较深时应验算强度。（3）。洞口大于400时应加过梁，暖沟应加通气孔。（4）。基础埋深较浅时暖沟入口底及基础留洞有可能比基础还低，此时基础应局部降低。（5）。湿陷性黄土地区或膨胀土地区暖沟做法不同于一般地区。应按湿陷性黄土地区或膨胀土地区的特殊要求设计。（6）。暖沟一般做成1200宽，1000的在维修时偏小第四章：结构设计之高层建筑抗震设计中短柱问题的处理在层高一定的情况下，为提高延性而降低轴压比则会导致柱截面增大，且轴压比越小截面越大；而截面增大导致剪跨比减小，又降低了构件的延性。因此，在高层特别是超高层建筑结构设计中，为满足规程对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较大，在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。另外，诸如图书馆的书库、层高较低的储藏室、高层建筑的地下车库等由于使用荷载大，层高较低，在设计中也不可避免地会出现短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，无法满足“中震可修，大震不倒”的设计准则。为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生，笔者认为，首先要正确判定短柱，然后对短柱采取一些构造措施或处理，提高短柱的延性和抗震性能。1、 短柱的正确判定规程和规范都规定，柱净高与截面高度之比 为短柱，工程界许多工程技术人员也都据此来判定短柱，这是一个值得注意的问题。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比 的柱才是短柱，而柱净高与截面高度之比的柱其剪跨比不一定小于，亦即不一定是短柱。按来判定的主要依据是： ；考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点，取 ，则.，由此即得。但是，对于高层建筑，梁、柱线刚度比较小，特别是底部几层，由于受柱底嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的一半高得多，甚至不出现反弯点，此时不宜按来判定短柱，而应按短柱的力学定义-剪跨比来判定才是正确的。框架柱的反弯点不在柱中点时，柱子上、下端截面的弯矩值大小就不一样，即。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一样的，即。此时，应采用哪一个截面的剪跨比来判断框架柱是不是属于短柱呢？笔者认为，应该采用框架柱上、下端截面中剪跨比的较大值，即取（，）。其理由如下：框架柱的受力情况有如一根受有定值轴压力的连续梁，柱高相当于连续梁的剪跨，已有的试验研究结果表明：对于剪跨不变的连续梁，当截面上、下配置的纵筋相同时，剪切破坏总是发生在弯矩较大的区段；对于框架柱，临界斜裂缝也总是发生在弯矩较大的区段。事实上，在柱高或连续梁剪跨的范围内，最大剪跨比是出现在弯矩较大区段上的。钢筋砼构件的抗剪承载力是随剪跨比增大而降低的。所以，同样条件下，弯矩较大区段的截面抗剪承载力要比弯矩较小区段的小，在荷载作用下，如果发生剪切破坏，就只能是在弯矩较大区段上。用来判断框架柱是否属于短柱的剪跨比当然应是可能发生剪切破坏截面的剪跨比。一般情况下，在高层建筑的底部几层，框架柱的反弯点都偏上，即。此时，可按式（）或式（）判定短柱：或Hnh2yn(2)式中，- -层柱的反弯点高度比，根据几何关系，可得：()，其中，；- -层柱的净高。式（）具有一般性。当反弯点在柱中点时，.，式（）即成为；当反弯点在柱上端截面时，式（）即成为；如果框架柱上不出现反弯点，就应采用最大弯矩作用截面的剪跨比来判断短柱。当需要初步判断框架柱是否属于短柱时，可先按值法确定柱子的反弯点高度比，然后按式（）判断短柱。在施工图设计阶段，可根据电算结果作进一步判断。2 改善短柱抗震性能的措施当按剪跨比判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可；确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。2.1 使用复合螺旋箍筋高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的，柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此，使用复合螺旋箍筋4来提高柱子的抗剪承载力，改善对砼的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。2.2 采用分体柱由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。人为削弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为或个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键，以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般，连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。对分体柱工作性态的理论分析和试验研究表明：采用分体柱的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变，抗弯承载力稍有降低，但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高，其破坏形态由剪切型转化为弯曲型，从而实现了短柱变“长柱”的设想，有效地改善了短柱尤其是剪跨比.的超短柱的抗震性能。分体柱方法已在实际工程中得到应用。2.3 采用钢骨砼柱钢骨砼柱由钢骨和外包砼组成。钢骨通常采用由钢板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。与钢结构相比，钢骨砼柱的外包砼可以防止钢构件的局部屈曲，提高柱的整体刚度，显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨砼结构，一般可比钢结构节约钢材达50%以上。此外，外包砼增加了结构的耐久性和耐火性。与钢筋砼结构相比，由于配置了钢骨，使柱子的承载力大大提高，从而有效地减小柱截面尺寸；钢骨翼缘与箍筋对砼有很好的约束作用，砼的延性得到提高，加上钢骨本身良好的塑性，使柱子具有良好的延性及耗能能力。由于钢骨砼柱充分发挥了钢与砼两种材料的特点，具有截面尺寸小，自重轻，延性好以及优越的技术经济指标等特点，如果在高层或超高层钢筋砼结构下部的若干层采用钢骨砼柱，可以大大减小柱的截面尺寸，显著改善结构的抗震性能。2.4 采用钢管砼柱钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束，使得砼处于三向受压状态，从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，砼特别是高强砼的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在以下，这相当于配筋率至少都在.以上，这远远超过抗震规范对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。由于钢管砼的抗压强度和变形能力特佳，即使在高轴压比条件下，仍可形成在受压区发展塑性变形的“压铰”，不存在受压区先破坏的问题，也不存在像钢柱那样的受压翼缘屈曲失稳的问题。因此，从保证控制截面的转动能力而言，无需限定轴压比限值。规程规定，钢管砼单肢柱的承载力可按式()计算：N1eN0(3)式中，=faAafcAc称为套箍指标，.3；1，e的物理意义及计算方法见规程。由式（）可以看出，当选用了高强砼和合适的套箍指标后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比普通钢筋砼柱减小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。3 小 结3.1确定是不是短柱不宜按来判别，而应按剪跨比来判别。一般情况下，可采用本文式（）来判别。当需要初步判别是否属于短柱时，可先按值法确定反弯点高度比，然后按本文式()来判别。3.2当按剪跨比判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可；确为短柱，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。使用复合螺旋箍筋，采用分体柱技术均可有效地改善短柱的抗震性能；采用钢骨砼、钢管砼等新结构，可显著提高柱的承载力，减小柱截面尺寸，避免在结构下部出现短柱尤其是超短柱。因此，在高层建筑抗震设计中应根据工程的具体情况，尽量采用上述新结构、新技术，来避免短柱脆性破坏问题的发生。第五章：结构设计之高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计探讨随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式，即“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”型式。这两种新的结构由于在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，受到了建筑师的肯定，更得到了住户与房开商的欢迎，为此，本文对这两种新的高层住宅结构型式的受力特点、结构分析及构造要求进行阐述。1 短肢剪力墙结构短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5-8倍剪力墙结构，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。这种结构型式的特点是：1结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本上不与建筑使用功能发生矛盾；墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置；能灵活布置，可选择的方案较多，楼盖方案简单；连接各墙的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内，可隐蔽；根据建筑平面的抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙，形成主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度要求。对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，广东省建筑设计院的广厦CAD的SS模块，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清华大学的TUS，广东省建院的SSW等。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广，但对墙肢较长的短肢剪力墙，应该用空间杆-墙组元程序进行校核。在进行以上分析后，按高层建筑结构设计与施工规范进行截面与构造设计，相对于异形柱结构，短肢剪力墙结构的理论与实践较为成熟，但这种结构在结构设计中仍然有需要引起重视的方面。(1)由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防；(2)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，应加强其抗震构造措施，如减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率；(3)高层短肢剪力墙结构在水平力作用下，显现整体弯曲变形为主，底部外围小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力，由一些模型试验反映出外周边墙肢开裂，因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量，加强小墙肢的延性抗震性能。短肢墙应在两个方向上均有连接，避免形成孤立的“一”字形墙肢；(4)各墙肢分布要尽量均匀，使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近，必要时用长肢墙来调整刚度中心；(5)高层结构中的连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，应按普通框架梁要求，控制砼压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%-80%来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。2 异形柱结构异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4，相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。 这种结构的特点是：由于截面的这种特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异；对于长柱（H/h4）可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。而对短柱（H/h4），剪切变形占有相当比例，构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围，且属薄壁构件，即使发生延性的弯曲形破坏，也因截面曲率M/EI或cu/(cu为砼的极限压应变，为截面受压区高度)较小，使弯曲变形性能有限，延性较差；异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显；特别是异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析2，异形柱的破坏形态为：弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等，影响其破坏形态的因素有：荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比（剪跨比），配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂，设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。目前，异形柱结构设计还没有统一的国家规范，仅有两部地方性法规，即广东省标准DBJ/T15-15-95和天津市标准DB29-16-98可供参考。在进行异形柱结构设计时，除满足高规中对结构布置要求外，还应注意几个方面的问题：(1)异形框架的计算由于其截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平截面假定分析，按砼设计规范计算，特别是在框剪，框筒结构中，对6度及其以下烈度区的、类场地，框架柱只承担水平风载的一小部分，如按一般偏压柱计算，误差较小。此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大，且水平力作用在非主轴方向，则翘曲应力不容忽视，按平截面假定误差较大，则应对异形柱框架结构进行有限元分析，决定内力和配筋位置及大小。在进行内力计算和配筋计算时，宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。现在有一些软件没有异形柱截面形式，如要用它进行计算，要先进行等刚度等面积换算成矩形柱，进行整体分析，得到双向内力后再进行异形柱的截面设计，其工作量相当大，且截面设计的可靠性不高。目前，国内可直接进行异形柱截面内力计算和截面设计的软件有建研院的TAT、SATWE程序，广东省建院的SS、SSW程序以及天津大学的钢筋砼异形柱结构配筋计算程序CRSC。这些程序均用数值积分法进行正截面配筋设计，准确性较高，经过大量工程校算，能有效地满足结构安全性要求。(2)轴压比控制对框架结构，框-剪结构，柱的延性对于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用，且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标。由试验结构分析3，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合，剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝，产生腹剪破坏，加上异形柱多属短柱，这些导致异形柱脆性明显，使异形柱的延性普遍低于矩形柱，因而对异形柱的轴压比要严格控制。在广东规程中，其轴压比按砼设计规范中的要求减少0.05，但其适用高度较低，一般为35 m。当高层建筑的高度进一步加大时，其水平力的影响会愈来愈显著，对结构的延性要求也愈高。由天津大学土木系对异形柱延性资料可知，影响异形柱延性的因素比普通柱要复杂，且不同的柱截面形式，如L型、T型、十字型，在相同水平侧移下，其延性性能也有较大差异，因而，轴压比控制应参考天津规程。但天津规程的控制过于繁锁，在结构计算中，柱的纵筋与箍面的直径还没有设定，因而箍筋间距与纵筋直径的比值还无法确定。为在实际工作中便于使用，可按不同的截面形式（L、T、十字型）与不同的抗震等级两项指标从严控制，对低烈度地区的这类结构是能够满足其延性要求的。(3)配筋构造在正确的结构选型及计算后，截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点，柱肢端部会出现较大应力，加上梁作用于柱肢上应力的不均匀，一般越靠肢端应力越大，对柱肢形成偏心压力，进一步加大肢端压应力。因而在异形柱配筋时，应在肢端设暗柱，暗柱的外排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设214的构造纵筋，箍筋同柱，这样可限制柱肢的砼裂缝的开展，提高异形柱局部抗压抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪，也可约束砼变形，增大其延性。异形柱由于不易形成多肢复合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下，箍筋直径大，其延性指标好，因而箍筋且用8、10，其间距可比普通柱箍筋间距小。总之，短肢剪力墙结构与异形柱框架结构有着较大的市场需求，在设计中根据其受力的特点，充分了解其破坏的各种机理，选用合理的结构形式，正确掌握计算机分析方法和截面配筋，其结构才能有可靠的安全保证。第六章：结构设计之七度