浅析高层民用建筑结构设计的要点和常见问题

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析高层民用建筑结构设计的要点 和常见问题 摘要：结合笔者从事多年的建筑 结构设计实践经验，就我国现在高层民 用建筑结构设计中所存在的一些问题， 提出一些相对应的处理措施。同时提出 笔者认为能够有效提高建筑结构设计水 平一些建议，旨在为同行提供参考借鉴， 共同探讨，以期共同进步。 中国论文网 /2/view-12900278.htm 关键词高层； 民用建筑；结构 设计；结构参数；计算简图 TU208.3 随着我国国民经济不断发展、人 民对生活水平要求的不断提升以及建筑 行业的蓬勃发展，这给本来就具有复杂 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 性的建筑设计带来了更多的挑战，这种 情况为建筑结构的设计带来更大的难度。 就最近二十年我国建筑物的发展来看， 建筑的规模变得越来越规模化，并且建 筑复杂性也是越来越大。这种不断的变 化已经给建筑结构师们对高层民用建筑 的设计带来了很多新的课题与更高的挑 战。怎么才能够设计出安全又实用的高 层民用建筑，用来满足消费者的不断需 求，是设计师们不可避免，必须要面对 的现实问题。只有熟练掌握高层民用建 筑结构设计特点，结构设计时必须要正 确，并及时地处理所出现的问题，是结 构设计人员笔需具备的基本要求，笔者 就实际情况并结合实践经验，针对高层 民用建筑结构设计中所存在的一些问题， 提出一些相对应的处理措施，与同行机 构设计人员参考借鉴，共同探讨，共同 进步。 1 高层建筑结构体系的合理选择 高层建筑的结构体系，是指机构 抵抗外部作用的构建类型和组成方式。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 所以结构设计人员在参与设计某个建筑 结构时必须要明确结构体系的选择，设 计出经济合理的结构必须要合理、正确 的选取结构体系。就目前高层建筑大多 数都是采用钢筋混凝土结构，其结构体 系主要有框架结构、剪力墙结构、实腹 筒结构、框筒结构等，但高层民用建筑 大多数采取使用剪力墙结构与框架剪力 墙结构，而框架结构多被采用于低层建 筑。 1.1 框架剪力墙结构体系 框架与剪力墙组合而成的结构体 系就是框架剪力墙结构，剪力墙是此结 构体系中主要抗侧力构建，绝大部分的 水平荷载都由其承受；而竖向荷载的主 要承受部分则是框架部门。框架剪力墙 结构中框架和剪力墙两者共同受力，合 理分工。而剪力墙布置应均匀的设置在 建筑物的周边、电梯间等平面形状变化 较大和竖向荷载较大的部位。由于此结 构以框架结构为主，剪力墙为辅助，所 以这种结构体系仅适合用于 25 层以下 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的建筑，最高不宜大于 30 层。 1.2 剪力墙结构体系 剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板 来代替框架结构中的梁柱，能承担各类 荷载引起的内力，并能有效控制结构的 竖向力和水平力，这种用钢筋混凝土墙 板来承受竖向和水平力的结构称为剪力 墙结构。这种结构体系通常使用平面布 置的方式，因为剪力墙受竖向荷载与水 平荷载的共同作用，剪力墙应该双向或 者多向的进行布置。同时由于这个结构 都是由剪力墙组合，它的刚度会会比框 架剪力墙结构更加好，该结构体系常常 在 40 层以下的高层住宅建筑中用到， 还有这个结构高宽比最好要小于 6，因 为其高度也需要考虑到抗震要求。 2 计算简圈的处理 在对结构进行设计的时候，一般 情况下，结构设计人员都会先对结构进 行简化，采取计算简图的方式进行计算、 分析并处理，当然计算简图的合理性、 有效性都十分重要，因为计算简图是保 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 证后续计算分析工作有效性的基础。计 算简图的处理有相当的讲究，笔者联系 多年的设计经历，就框架结构计算简图 的选取为例子进行说明。 对于没有地下室的框架结构，其 基础埋深比较深的时候。为了增强底层 的整体性，可以在0.00m 附近设计建 立基础连系梁。由于基础连系梁的设计 只是为了构造设计，无法平衡底部柱脚 的弯矩，更不能够作为上部结构的嵌固 部分，底层计算高度明显无法采用从基 础连系梁顶面至一层楼盖顶面的高度当 做 H。正确的设计应该是采用基础顶面 至连系梁顶面的高度当做 H 值，就是把 基础连系梁以下的部分当做计算简图的 底层，把实际建筑的底层当做计算简图 第二层，层高采用连系梁顶层到一层楼 面的高度。当采取这样的方法确定计算 简图的时候，需注意底层柱的配筋应采 用基础连系梁顶面与基础顶面中较大内 力设计值进行计算。 对于带有地下室的框架结构，计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 算简图中合理的确定上部结构嵌固位置 是十分重要的，这需要连系工程的实际 情况来进行分析。例如采用箱型基础的 地下室结构，可以把地下室顶板作为框 架上部结构的嵌固位置。在采用 PKPM 进行设计时，楼层总数仅输入地下室以 上的实际层数，底层的实际层高就是层 高 H。这样设计的地震作用与实际情况 比较相近，但是竖向荷载只计算到底层 的柱底处。当地下结构是采用的是筏板 基础时，嵌固位置最好采用在基础顶面。 3 合理的选取结构计算参数 3.1 地震力的振型组合数 地震力的振型组合数，对高层建 筑，当没有考虑扭转耦联计算时，至少 应取 3，当振型系数多于 3 时，适合取 3 的倍数，但是不应多于房屋的层数 建筑抗震设计规范指出，合适的振 型个数一般可以取振型参与质量达到总 质量的需的振型数。SATWE 已有这种 功能，可以很方便地输出这种参与质量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 的比值。另外，由于耦合计算的地震剪 力通常小于非耦合计算，仅结构存在明 显扭转时才采用耦合计算，但在必要时 应补充非耦合计算。 3.2 梁刚度放大系数 在利用 PKPM 系列软件中，TAT 或 SATW 计算软件的梁输入模型都是 矩形截面，没有考虑存在楼板形成 T 型 截面而引起的梁刚度增加，造成结构的 实际刚度大于计算刚度，算出的地震作 用剪力偏小，使结构不安全。因此计算 时应将梁刚度放大，放大系数边梁取 1.5、中梁取 2.0 为宜。 3.3 框架结构活荷载的最不利布 置、组合。 当活荷载较大时，是否进行活荷 载的最不利布置、组合对计算结果的影 响非常大。使程序给定的梁设计弯矩放 大系数，也不一定能反映出工程实际应 力分布的情况，有可能造成结构不安全 或保守。而且由于 PKPM 中无法区分荷 载规范表 4.1.1 中第 1(1)项与第 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 1(2)12 项，根本就很难实现“ 荷载规 范”区分不同荷载种类采用不同的楼面 荷载折减系数的要求。因此，结构计算 时应考虑区分不同构件进行分步计算， 并在荷载输人时将楼面活荷载折减。 4 高层结构设计的参数控制、调 蔓 高层结构设计中每个参数的控制 都会直接或间接影响到结构的安全性和 合理性，尤其是有部分参数在高层结构 中显得尤为重要。所以，恰当的选择各 控制参数，同时对各控制参数进行部分 的调整会有助于提升结构整体控制的效 率，同时会让结构设计拥有更好的安全 性、经济性与合理性。下面的这些参数 控制与调整是工程实践证明中特别重要 的参数之一。 4.1 轴压比：限制结构的轴压比， 以保证结构的延性要求。当不满足规范 要求时可以通过增大该墙、柱截面或提 高该楼层墙、柱混凝土强度的办法调整。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 4.2 层间位移角：限制结构在正 常使用条件下的水平位移，确保高层结 构应具备的刚度，避免产生过大的位移 而影响结构的承载力、稳定性和使用要 求。当不满足规范要求时，只能通过调 整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构 件的刚度的办法调整。 4.3 周期比：限制结构的抗扭刚 度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚 度，减小扭转对结构产生的不利影响。 当不满足规范要求时，只能通过调整改 变结构布置，提高结构的抗扭刚度。 4.4 剪重比：限制各楼层的最小 水平地震剪力，确保周期较长的结构的 安全。当偏小且与规范限值相差较大时， 可通过增强竖向构件，加强墙、柱等竖 向构件的刚度的办法调整。 4.5 刚重比：规范上限主要用于 确定重力荷载在水平作用位移效应引起 的二阶效应是否可以忽略不计。当不满 足规范下限要求时，可以通过调整增强 竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 度的办法调整。 4.6 刚度比：主要为限制结构竖 向布置的不规则性，避免结构网度