浅谈高层建筑及抗震概念设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除浅谈高层建筑的抗震概念设计【关键词】高层建筑；抗震；结构立面从20世纪70年代以来，人们在总结大震灾害经验中发现:对结构抗震设计来说，“概念设计”远比“计算设计”更重要。然而抗震概念设计的重要性和丰富内涵往往在严格的规范规定和一体化的程序设计中被淡化了。历次地震表明:如果概念设计不利于抗震，那么不论计算多“精密”，也常常无济于事;如果概念设计非常成功，建筑物往往能承受大大超过计算时的抗震烈度而安然无恙。但设计中建筑师不可能完全按照结构“概念设计”的准则进行设计，常常是结构师要向业主、建筑师作一定的妥协和让步。从工程安全、经济出发，妥协让步不是无底线的，结构师面临的难点就是如何守住结构不规则的底线。现行的高层建筑混凝土结构技术规程jgj3 -2002(以下简称高规)对抗震概念设计的要求作了更全面、更符合实际的规定，并作了诸多定量的限制，使得抗震概念设计在工程应用中能更具体、更明确地落到实处。本文主要从现行规范的相关规则性条款为切人点讨论结构抗震概念设计中应该注意的若干问题。1 结构平面布置中的规则性探讨1.1 位移比对扭转不规则的控制高规对于扭转不规则的控制主要可概括为对位移比、周期比两个宏观比值的控制，对楼层最大位移与平均位移比值的下限和上限分别是1.2和1.5，扭转不规则对抗震的不利影响可根据如下分析:1为同一侧楼层角点竖向构件最小水平位移或最小层间位移;2为同一侧楼层角点竖向构件最大水平位移或最大层间位移。当2达到不规则判别准则的界限值时，即:2=1.2 ；2 =1.51（下限）或2=1.5 ；2 =31（上限）；此时整个结构无论是竖向受力体系还是水平受力体系都处于受力非常不均匀的状态。高层建筑结构按单向水平地震作用计算位移比时，需考虑质量偶然偏心的影响，比抗震规范的规定严格(多层建筑可不考虑)，这主要是考虑高层建筑结构的需要。当质量与刚度分布明显不对称、不均匀时，应按双向水平地震作用计算扭转影响，此时可不考虑质量偶然偏心的影响。1.2 周期比对扭转不规则的控制当扭转振型成为结构第一振型时，结构抗扭刚度小，扭转振动成为主振型，对结构抗震非常不利。高规4.3.5条规定:结构扭转为主的第一自振周期tt与平动为主的第一自振周期t1之比，a级高度高层建筑不应大于0.9，b级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。当两者接近时，由于振动耦连的影响，结构的扭转效应明显增大。但高规对t1与t2的比值却无限制，主要考虑该限制对一般工程偏严。对特殊工程(如比较规则、扭转中心与质心相重合的结构)，当两个主轴的侧向刚度相差过大时，可对t1与t2的比值加以限制，一般不宜大于1.0。从抗震历史经验看，高规对缝宽的规定是底线，只可提高，不得放宽。1.3凹凸不规则和楼板局部不连续的的控制高规5.1.5条规定:进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应设计时应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度。但当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，楼板可能产生显著的面内变形和应力集中效应，且平面有较长的外伸时，外伸段容易产生局部振动而引发凹口处破坏。从实际设计情况来看，高层住宅建筑常采用井字形、凹形等平面以有利于通风采光，而将楼电梯间集中配置于中央位置从而出现此类情况。可采用的应对措施主要有:1.3.1 从计算角度看，这时宜采用考虑楼板变形影响的计算方法，使受力、变形计算模型更符合实际情况，减少计算误差，具体可根据情况采用不同的处理方法:对于平面尺寸较小的建筑(如点式建筑)，可将整个楼面都考虑为弹性楼板，使建模和计算比较简单，并且计算精确，但计算工作量较大;其他情况可采用分块刚性模型加弹性楼板连接的计算模型，可将凹口周围两开间或局部突出部位的根部开间的楼板考虑为弹性楼板，而其余楼板考虑为刚性楼板。1.3.2 从构造措施看，由于楼电梯间无楼板而使楼面产生较大削弱，对楼板应力集中部位(凹入部位、局部突出楼板的根部及洞口的四角)和弱连接的楼板截面的配筋予以加强，剩余板厚加厚，改善这些楼板关键部位的强度和延性;1.3.3 当凹口深度接近超限上限时，宜在凹口部位设计拉梁或拉板。当开口尺寸接近最大限值时宜在洞口周围设置钢筋混凝土梁增加整体性，拉梁和拉板宜每层均匀设置。2 结构立面布置中的规则性探讨实际工程中，常由于以下几个方面原因产生竖向不规则体系:2.1 建筑立面造型导致立面体型复杂，如立面收进、外挑结构、立面大开洞、连体建筑、大底盘多塔楼。2.2 建筑平面布置变化导致竖向结构不连续(如带转换层的高层结构)、错层结构及有薄弱层的结构形式。2.3 沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级。高规4.4.2条规定:抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。在实际工程中，往往沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级，这种改变使刚度发生变化。从施工的角度讲，改变次数不宜太多;但从结构受力角度讲，改变次数太少，每次变化太大易产生刚度突变。所以一般沿竖向变化不超过4次。每次改变，梁、柱尺寸减少100150mm,墙厚减少50 mm，混凝土强度降低一个等级为宜。最好尺寸减少与强度等级降低错开楼层，避免同时改变。刚度发生变化的另一种情况是底层或若干层由于取消一部分剪力墙或柱子产生的刚度突变，常出现在底部大空间框支剪力墙结构。设计时应该尽量加大落地剪力墙和下部柱的截面尺寸，并提高这些楼层混凝土强度等级，尽量减少刚度削弱的程度。立面收进和外挑在高规4.4.5条也有明确的规定，设计时应与建筑协调采用台阶式多次内收的立面。连体建筑也是容易出现竖向规则性超限。连体建筑顶部重量大，不利于抗震，要尽量减轻连体的质量(如采用轻质隔墙等)，一般情况下连体部位的层数不宜超过建筑总层数的20%。大底盘多塔建筑近些年在商业与民用建筑中得到大量应用，计算分析的重点是裙房的整体性和裙房协调上部多塔楼变形的能力。计算时可根据裙房工作条件采用不同的计算模型。在设计过程中，结构师应该对结构的不规则性有深刻认识，几何形状的变化、荷载传递途径的突变、承载力和结构刚度的非连续性变化，甚至是非结