建筑形体设计结构建议一

建筑形体设计——钢筋混凝土结构建议篇关键词：建筑形体、结构形体；平面布置、竖向布置；结构高度；引言：随着人类的进步展、社会的发展，建筑平面形状多种多样，立面造型也越来越复杂，这些都给结构设计带来很大的挑战且经济性不佳。而合理的建筑形体在设计中就显得至关重要！针对建筑物形体复杂多样，我们就必须对建筑形体的规则性有一个比较深的认识。下面本文以结构设计规范为依据，并结合一定的工程经验，阐述建筑形体的重要性、对其规则性认识判别及针对不规则建筑采取的加强措施作一些总结。建筑形体规则的重要性《混规》3.2.1条要求：“1、选用合理的结构体系、构件形式和布置；2、结构的平、立面布置宜规则，各部分的质量和刚度宜均匀、连续；3、结构传力途径应简捷、明确，竖向构件宜连续贯通、对齐……”《抗规》3.4.1条（强条）“建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑……”3.4.2条“建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化……”《高结规》3.1.4条“高层建筑不应采用严重不规则的结构体系……”3.4节结构平面布置中具体要求；3.5节结构竖向布置中具体要求；建筑形体对于经济性影响：抗震烈度非抗震6度7度8度及以上多层建筑微小小中大高层建筑小中大规避建筑形体规则性认识及判别结构竖向布置高层建筑的竖向体型（形）宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9度框架543——板柱-剪力墙654——框架-剪力墙、剪力墙7654框架-核心筒8764筒中筒8875异型柱结构适用的最大高宽比结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度0.05g0.10g0.15g0.20g异型柱4.543.532.5异型柱-剪力墙554.543.5抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。抗震设计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的75%（图3.5.5a、b）；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，上部楼层水平尺寸B1不宜大于下部楼层的水平尺寸B的1.1倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m（图3.5.5c、d）。总结：建筑形体竖向规则条件：存在条件H1/H＞0.2时4m＞a＞0时需满足条件B1/B≥0.75B1/B＜1.1注：H是指结构高度（嵌固标高至结构大屋面标高的垂直距离）；B是指建筑体形宽度（包括外挑尺寸）；附件重庆市高层建筑工程结构抗震基本参数表（2010年版）大空间结构屋盖跨度（m）悬挑长度（m）单向最大长度（m）8D上部楼层收进部位的高度，与房屋总高度之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸与小于下部楼层水平尺寸之比限值A无限值B≥0.75E竖向构件位置缩进与相应方向抗侧力结构总尺寸的比值限值A无限值B≤0.25F竖向构件水平外挑与相应方向抗侧力结构总尺寸的比值限值A无限值B≤0.10G竖向构件水平外挑尺寸(m)限值A无限值B≤4H上部塔楼数量限值A无限值B≤1结构平面布置平面不规则程度超限时，应加强抗震概念设计和对超限程度的控制。当某一项指标超过规范限值较多时或有多项指标超过规范限值时，宜改变建筑和结构平面布置。《抗规》平面不规则的主要类型不规则类型定义和参考指标凹凸不规则平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如：有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层《高结规》在高层建筑的一个独立结构单元内，结构平面形状宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置。高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。抗震设计的混凝土高层建筑，其平面布置宜符合下列规定：1平面宜简单、规则、对称，减少偏心；2平面长度不宜过长，L/B宜符合表3.4.3的要求；3平面突出部分的长度l不宜过大、宽度b不宜过小，l/Bmax、l/b宜符合表3.4.3的要求；4建筑平面不宜采用角部重叠或细腰形平面布置。当楼板平面比较狭长、有较大的凹入或开洞时，应在设计中考虑其对结构产生的不利影响。有效楼板宽度不宜小于该层楼面宽度的50%；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每边的楼板净宽度不应小于2m。根据规范，下列情况之一应视为平面不规则：表3.4.3平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值设防烈度L/Bl/Bmaxl/b6、7度≤6.0≤0.35≤2.08、9度≤5.0≤0.30≤1.5其中、、、、如图4.3-1所示（其中的尺寸指结构平面尺寸而非建筑平面尺寸）。（1）平面不规则（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）图4.3-1这里要注意的是，当或，且或时，如图4.3-2所示，其伸出部分按凸出不规则对待。（a）（b）（c）图4.3-2附件重庆市高层建筑工程结构抗震基本参数表（2010年版）大空间结构屋盖跨度（m）悬挑长度（m）单向最大长度（m）3A结构平面凹进或凸出的一侧尺寸与相应投影方向总尺寸的百分比限值A≤0.40限值B≤0.35B结构平面中部两侧收进的总尺寸占平面宽度的百分比限值A≤0.50限值B无4角部重叠的结构平面其角部重叠面积与较小一侧的比值限值A≥0.20限值B≥0.255结构平面突出部分长度与连接宽度的比值限制A无限值B≤2.006A楼板有效宽度占该层楼板典型宽度的百分比限值A≥0.40限值B≥0.50B楼板开洞面积占该层楼面面积的百分比限值A≤0.35限值B≤0.30C楼板开洞后任一方向的净宽限值A无限值B≥5.00D错层高度与梁高的比值限制A无限值B≤1.007楼板开洞后每一边的净宽（m）限值A≥2.00限值B无（2）楼板局部不连续（细腰结构）在高层中定义：楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度小于5m，且开洞后每一边的楼板净宽度小于2m；或较大的楼层错层，错层面积大于该层总面积的30%。典型宽度是指在规则平面前提下相应的有代表性的宽度，在考虑平面规则性时，可以认为满足图4.3-1中、、条件时的建筑平面为规则平面。在不同部位就有其对应的典型宽度。下面举个例子来探讨一下这个问题：（a）（b）图4.3-3图4.3-3（a）类似4.3-1（f）,接近1，满足的限值，为规则平面。按角部重叠考虑，图4.3-3（b），。因此，图4.3-3（a）不超限。实际平面如图4.3-4所示。图4.3-4相对于1-1剖面处，典型宽度为。该处有效楼板宽度占典型宽度的47.30%，超过规范限值。相对于2-2剖面处，典型宽度为。该处有效楼板宽度（不包括电梯井的洞口）占典型宽度的45.87%，超过规范限值。附件重庆市高层建筑工程结构抗震基本参数表（2010年版）大空间结构屋盖跨度（m）悬挑长度（m）单向最大长度（m）3A结构平面凹进或凸出的一侧尺寸与相应投影方向总尺寸的百分比限值A≤0.40限值B≤0.35B结构平面中部两侧收进的总尺寸占平面宽度的百分比限值A≤0.50限值B无4角部重叠的结构平面其角部重叠面积与较小一侧的比值限值A≥0.20限值B≥0.255结构平面突出部分长度与连接宽度的比值限制A无限值B≤2.006A楼板有效宽度占该层楼板典型宽度的百分比限值A≥0.40限值B≥0.50B楼板开洞面积占该层楼面面积的百分比限值A≤0.35限值B≤0.30C楼板开洞后任一方向的净宽限值A无限值B≥5.00D错层高度与梁高的比值限制A无限值B≤1.007楼板开洞后每一边的净宽（m）限值A≥2.00限值B无（3）扭转不规则设防烈度结构外围框架梁高外围竖向构件最大建议净距6度及以下5006m7度500~7005m8、9度700及以上4m由于建筑功能要求，楼板有较大凹入或开有较大洞口而使结构成为平面不规则，除会使楼板平面内的刚度减弱外，还造成凹口或洞口分开的各部分间连接变弱，不能很好地传递水平力。同时，凹角附近也容易产生应力集中，地震时常会在这些部位产生较严重的震害。为保证结构具有很好的整体性，使整个结构协同工作，应采取相应的措施予以加强。楼板开大洞削弱后，可采取如图4.3-5所示的构造措施：=1\*GB3①加厚洞口附近楼板，提高楼板的配筋率，采用双层双向配筋，每层、每向配筋率，不宜小于0.25%。=2\*GB3②洞口边缘设置边梁、暗梁；暗梁宽度可取板厚的2倍，纵向钢筋配筋率不宜小于1.0%。=3\*GB3③在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。（a）（b）（c）图4.3-5サ字形、井字形平面等楼板有较大的凹入时的加强措施主要有：=1\*GB3①设置拉梁或拉板，且宜每层均匀设置。拉板厚宜取250～300mm，按暗梁的配筋方式配筋。拉梁、拉板内纵向钢筋的配筋率不宜小于1.0%。纵向受拉钢筋不得搭接，并锚人支座内不小于。=2\*GB3②设置阳台板或不上人的外挑板，板厚不宜小于180mm，双层双向配筋，每层、每向配筋率不宜小于0.25%，并按受拉钢筋锚固在支座内。=3\*GB3③凹角部位增配斜向钢筋。当中央部分楼、电梯间使楼板有较大削弱时，应将楼、电梯间周边楼板加厚并加强配筋，加强连接部位墙体的构造措施。此外，这时应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。如在结构分析中根据开洞情况考虑采用弹性楼板模型等。抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免设置防震缝。体形复杂、平立面不规则的建筑，应根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素的比较分析，确定是否设置防震缝。总结超限高层建筑抗震设防应明确该工程的抗震薄弱部位和薄弱程度，有针对性地采取抗震措施，使之尽可能满足使用性能的要求，又确保整个结构达到抗震设防的要求，有利于避免或消除超限高层建筑的抗震安全隐患，有利于促进高层建筑技术的进步。超限高层建筑的设计要有可行性论证，明确超限的类型和程度，提出理论分析或试验研究等技术依据，采取有效的抗震加强措施，避免采用严重不规则结构。一个体型特别不规则的超限高层建筑，要达到国家标准规定的抗震设防目标，应采取比规范的具体要求更加有效的技术措施，需要较高的投资，这一情况应引起关注。在每一个工程项目设计的开始，结构工程师应善解建筑师的心思和业主的要求。不但不能拿所谓的条条框框，一个劲地摇头来阻止或束缚建筑师所追求的梦想，而应反过来主动去帮助建筑师开拓更令人兴奋的空间形式和三大功能。可以说，结构工程师的创造力和创新才是对建筑师、业主和该项目设计的最大贡献。要做到这一点，结构工程师就必须在每一个工程项目的设计中都能做到不断地探求自然法则，不懈地追求相对的最佳最优，通过反思、比较，甚至能从一个陌生外行的无意之言中得以启示，这才能不断地充实自己，越来越顺从自然。要想提高设计的效率，只有在方案设计阶段建筑师主动与结构工程师合作，而结构工程师用自身拥有的结构体系功能及其受力、变形特征的整体概念去构思结构总体系，并以承载力、刚度和延性来主导总结构体系和分体系之间关系的概念设计，通过不断反馈交流和优化，以至最后确定该设计方案的可行性，及其主要分体系和构件的基本尺寸。这样，在施工图设计阶段就不会再引起较大的变更和反复。同时也就不会出现由于结构方案不合适而全部返工重新再设计的不良后果。附件：地震震级、地震烈度、设防烈度、抗震等级的区别和联系每次地震发生，可能很多人都会有类似的问题。有时候，有些媒体也会在这里犯一些错误，被大家诟病为「不专业」。当然，这些东西也挺复杂的，媒体搞混了也正常。地震震级地震震级是什么意思呢？简单说，震级衡量的是地震的大小，或者严谨一点，地震所释放的能量的大小。注意到，可能对于某次地震，不同媒体的报道有所不同，那是因为他们采用了不同的震级标准。由于历史原因，不同的专家学者发明过不同的震级标准，比如里氏震级、面波震级、体波震级等等。比如说，有些国内官方媒体采用的就是面波震级，所以2008年汶川大地震的震级为面波震级8.0。目前大家认为比较合理的、应用较广泛的是矩震级。地震烈度地震烈度衡量的是某次地震发生之后对某个地区的影响。越靠近震中最大，越远离震中越小。烈度的大小与地震震级相关，但并没有明确的数值关系，而是因为其它条件的不同而不同。简单说，烈度是一个主观性比较强的参数，跟震源深浅、地震类型、地质条件等等都有关系，不同的地震会有不同的情况。比如说，1976年唐山大地震，震中唐山的烈度为11度，天津的烈度为8度，北京为6度，石家庄为5度。抗震设防烈度抗震设防烈度是某个地区的属性。在的抗震规范，采用的是50年内超越概率为10%的地震烈度作为抗震设防烈度。也就是说，50年之内，发生比这个设防烈度还大的地震烈度的可能性是10%。折算下来，也就是俗称的「475年一遇」。什么意思呢？475年一遇的地震，今年发生的概率是475分之一，也就是0.211%，今年不发生的概率是1减去0.211%，也就是99.789%。50年之内都不发生这样的地震，这个概率是99.789%的50次方，也就是90%。而50年之内发生这样的地震的概率，则是1减去90%，等于10%。也就是说，我们的目标是475年一遇的地震。100年一遇的地震，小意思，都在我们的设防范围之内，也就是俗称的「小震不坏」；500年一遇的地震，刚刚好跟我们的设防目标差不多，次要结构可能会有小范围破坏，但是主体结构不会发生大的破坏，也就是俗称的「中震可修」；1000年一遇的地震，已经超过了我们的设防目标，但是尽量通过合理的构造措施，保证结构足够的延性和塑性变形能力，争取做到房子虽然变形很大，但不会整体垮塌，保证逃生通道和逃生时间，这也就是俗称的「大震不倒」。4、抗震等级抗震等级是建筑结构的属性。同一个地区、同一个结构类型、差不多高度的建筑物，中小学、医院等等通常要比菜市场、普通办公楼、住宅楼高一个抗震等级。A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度0.10g0.15g0.20g0.30g框架（异型柱）70（24）60（24）50（21）50（21）4035——框架（异型柱）-剪力墙150(45)130(45)120(40)120(35)100(28)8050剪力墙全部落地剪力墙1501401201008060部分框支剪力墙1501201008050不应采用筒体框架-核心筒1601501301009070筒中筒20018015012010080板柱-剪力墙11080705540不应采用B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度0.20g0.30g框架-剪力墙170160140120100剪力墙全部