正在为您跳转...
桃之妖妖
个人资料
昵称:桃之妖妖 粉丝:4 访问:880 标签:
正文
2017-06-26 10:42:29 | 分类:结构专业| 标签:结构专业,规范,绿色建筑

    介绍了结构计算一般步骤,以SATWE例介绍了结构计算参数的正确设定以及如何判定整体结构的合理性。对于多层少墙框架抗震墙结构的提出了设计建议。对于采用常规桩基础时,如何确定底板受力的问题进行了探讨,最后给出了以沉降控制为主的复合桩基的适用条件。

1 结构计算及构件设计

    新的建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造等方面均有重大更新和补充,特别是对抗震计算及结构的整体性、规则性提出了更高的要求,使结构计算不可能一次完成。如何正确运用设计软件进行建筑结构设计计算,以满足新规范的要求,是每个设计人员都非常关心的问题。以SATWE软件为例,进行结构计算一般步骤的讨论对一个典型工程而言,使用软件进行结构计算分四步较为科学。

    1.1完成整体参数的正确设定

    计算开始以前,设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述,以及工程的实际情况,对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的,必须首先确定其合理取值,才能保证后续计算结果的正确性。这些参数主要包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等,在计算前很难估计,需要经过试算才能得到。

    (1)振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的地震振型数量,使计算结果失真;取值太大,不仅浪费时间,还可能使计算结果发生畸变。抗震计算时,宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应,振型数不应小于15,对多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。一般而言,振型数的多少与结构层数及结构自由度有关,当结构层数较多或结构层刚度突变较大时,振型数应取得多些,如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。振型组合数是否取值合理,可以看软件计算书中的x,y向的有效质量系数是否大于90%。具体操作是,首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数,计算后考察有效质量系数是否大于90%,若小于90%,可逐步加大振型个数,直到x和y两个方向的有效质量系数都大于90%为止。必须指出的是,结构的振型组合数并不是越大越好,其最大值不能超过结构的总自由度数。例如对采用刚性板假定的单塔结构,考虑扭转耦联作用时,其振型数不得超过结构层数的3倍。如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3位,其有效质量系数仍不能满足要求,也不能再增加振型数,而应认真分析原因,考虑结构方案是否合理。

    (2)最大地震力作用方向是指地震沿着不同的方向作用,结构地震反应的大小也各不相同,那么必然存在某个角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向角并在计算书中输出,设计人员如发现该角度绝对值大于15°,应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算,以体现最不利地震作用方向的影响。

    (3)结构基本周期是计算风荷截的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值,可以保留软件的缺省值,待计算后从计算书中读取其值,填入软件的“结构基本周期”选项,重新计算即可。

    上述计算的目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来,正确设置,否则其后的计算结果与实际差别很大。

    1.2确定整体结构的合理性

    整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调的内容。新规范用于控制结构整体性的指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。

    (1)周期比是控制结构结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不至出现过大的扭转。也就是说,周期比不是要求结构足够结实,而是要求结构承载布局合理。《高规》即《高层建筑混凝土结构技术规程》的简称第4.3.5条对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之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范要求,说明该结构的扭转效应明显,设计人员需要增加结构周边构件的刚度,降低结构中间构件的刚度,以增大结构的整体抗扭刚度。设计软件通常不直接给出结构的周期比,需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转(平动)周期。以下介绍实用周期比计算方法:①扭转周期与平动周期的判断:从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的扭转周期,按周期值从大到小排列。同理,将所有平动系数大于0.5的平动周期按其值从大到小排列。②第一周期的判断:从队列中选出数值最大的扭转(平动)周期,查看软件的“结构整体空间振动简图”,看该周期值所对应振型的空间振动是否为整体振动,如果其仅仅引起局部振动,则不能作为第一扭转(平动)周期,要从队列中取出下一个周期进行考察,依此类推,直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值,即为第一扭转(平动)周期。③周期比计算:将第一扭转周期值除以第一平动周期值即可。

    (2)位移比(层间位移比)是控制结构平面不规则性的重要指标。其限值在《建筑抗震设计规范》(简称《抗震规范》)和《高规》中均有明确的规定,不再赘述。需要指出的是,新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的,如果在结构模型中设定了弹性板,则必须在软件参数设计设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”,以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后,再去掉“对所有楼韦驮强制采用刚性楼板假定”的选择,以弹性楼板设定进行后续配筋计算。

    此外,位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据,对选择偶然偏心计算还是双向地震计算起着重要的参考作用,软件可以同时输出偶然偏心、单向地震、双向地震下的位移比,设计人员应正确运用。

    (3)刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。根据《抗震规范》和《高规》的要求,软件提供了三种刚度比的计算方式,分别是剪切刚度、剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键:①剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定。②剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构。③地震力与层间位移比是执行《抗震规范》第3.4.2条和《高规》4.3.5条的相关规定,通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比,这也是软件的缺省方式。

    (4)层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。其限值可参考《抗震规范》和《高规》的有关规定。

    (5)刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定的重要因素,也是影响重力二阶效应的主要参数。该值如果不满足要求,则有可能引起结构不稳移倒塌,应当引起设计人员的足够重视。

    (6)剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所有规定剪重比,主要是因为在长周期作用下,地面影响系数下降较快,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用,但采振型分解法时无法对此作出较准确的计算。因此出于安全考虑,规范规定了各楼层水平地震剪力最小值,该值如果不满足要求,则说明该结构有可能出现比较明显的薄弱部位,须进行调整。除以上计算以外,设计软件还会按照规范的要求对整体结构地震作用进行调整,如最小地震剪力调整、特殊结构地震作用下内力调整、20%剪力调整、强柱弱梁与强剪弱弯调整等,因程序可以自动完成这些调整,就不再详述了。

    1.3对单构件作优化设计

    前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整,这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算,包括梁、柱、剪力墙的配筋计算,柱和剪力墙轴压比计算,构件截面优化设计等。

    (1)软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况:①当梁的弯矩设计值大于梁的极限承载弯矩时,提示超筋。②规范对混凝土受压区高度限制

    四级及非抗震:ξ≤ξb

    二、三级:ξ≤ξ0.35(计算时取As′=0.3As)

    一级:ξ≤0.25(计算时取As′=0.5As)

    当ξ不满足以上要求时,程序提示超筋。③《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋最大配筋率2.5%,当大于此值时,提示超筋。④混凝土梁斜截面计算要满足最小截面要求,如不满足则提示超筋。

    (2)剪力墙超筋分三种情况:①剪力墙暗柱超筋:软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的,而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出,滑最大配筋率。所以程序给出的剪力墙暗柱超筋是警告信息,设计人员可以酌情考虑。②剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够,应予以调整。③剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力的作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减,折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形,即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时,还应考虑其配筋是否满足正常使用状态下极限承载力的要求。

    (3)柱轴压比计算:柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样,《抗震规范》第6.3.7条规定,计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合,也包括非地震组合,而《高规》第6.4.2条规定,计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时,当工程考虑地震作用,程序仅取地震作用组合下的柱轴力设计值计算;当该工程不考虑地震作用时,程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现,对于同一个工程,计算地震力和不计算地震力其柱轴压比的计算结果会不一样。

    (4)剪力墙轴压比计算:为了控制在地震力作用下结构的延性,新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比计算的要求。需要指出的是,软件在计算短肢剪力墙轴压比时,是按单向计算的,这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按比向计算有所不同,设计人员可以酌情考虑。

    (5)构件截面优化设计:计算结构不超筋,并不表示构件初始设置的截面和形状合理,设计人员还应进行构件优化设计,使构件在保证受力要求的条件下截面的大小和形状合理,并节省材料。但需要注意的是,在进行构件截面优化设计时,应以保证整体结构合理性为前提,因为构件截面大小直接影响到结构的刚度,从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系数参数产生影响,不可盲目减小构件截面尺寸,使结构整体安全性降低。

    1.4满足规范抗震措施的要求

    在施工图设计阶段,还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土结构设计规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定,这些措施是很多震害调查和抗震设计经验的总结,也是保证结构安全的最后一道防线,设计人员切不可麻痹大意。

    (1)设计软件进行施工图配筋计算时,要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等,如一次计算结果不满意,要进行多次试算和调整。

    (2)生成施工图以前,要认真输入出图参数,如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式、箍筋形式、钢筋放大系数等,以便生成符合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋,还可以考虑梁支座宽度对裂缝宽度的影响。

    (3)施工图生成以后,设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出,属于强制性条文,万万不可掉以轻心。

    (4)最后设计人员还应根据工程的实际情况,对计算机生成的配筋结果作合理性审核,如钢筋排数、直径、架构等,如不符合工程需要或不便于施工,还要作最后的调整计算。

    1.5结论

    提出分4步进行结构计算,是基于以下几点考虑:

    (1)在复杂多样的结构计算中,不能不分主次、眉毛胡子一把抓,而必须从全局到局部,从总体到具体,分层次有序进行,在取得合理结果以前,匆忙进行下一步计算的做法是极不可取的。

    (2)在每一步计算中还要进行多次试算,以达到满足规范要求,方案科学,构造优化,经济合理,便于施工的目的,这也是“精心设计”指导思想的充分体现。

    (3)以上介绍的是使用一个软件的计算过程。《高规》5.1.12条要求,体型复杂、结构布置复杂时应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算。就是说,要进行2-4步或3-4步计算,虽然大大增加了结构计算的工作量,但对保证设计质量,防止单一软件计算可能出现的纰漏和误差是完全必要的。

    (4)为了完成复杂的结构设计任务,设计人员必须计算机以提高效率,但不能单纯依赖计算机,提倡强调人在设计中的主导作用。计算前设计人员要依据规范要求和工程的实际情况,根据自己积累的设计经验,比总体上把握工程设计要点,设定好计算参数;计算中要根据出现的情况灵活处理,调整计算流程和方式;计算后要对计算结果作出正确判断,以确定后续处理方法及对设计结果进行必要的调整完善。

    总之,设计人员应当树立“主人翁”意识,当软件的主要,不做软件的奴隶。设计人员只有既认真学习规范,又努力学习软件,并且不断在实践中总结经验,才能高屋建瓴,得心应手地驾驭软件去完成复杂的计算任务,设计出经得起历史考验的精品工程。

2 抗震设计中一些具体问题的分析和讨论

    2.1多层少墙框架抗震墙结构的设计建议

    在工程实践中发现,现行《抗震规范》执行后,北京地区一些多层框架结构很难满足规范对层间变形的限值,其原因就是前面所述,由于新抗震规范特征周期Tg的提高和III类场地范围的扩大,使结构地震作用增加较多。因此,实际工程设计中往往布置少量抗震墙来满足规范对层间变形的限值。在基本振形地震作用下,这种多层少墙框架抗震墙结构的抗震墙所承担的地震倾覆力矩百分比往往达不到50%。对这类工程,现行《抗震规范》第6.1.3条仅规定了框架的抗震等级应按框架结构确定,没有明确计算方法、抗震墙的抗震等级和构造措施。目的一些设计人员对这类工程所确定的抗震等级差别很大,并且对这种结构在计算上的一些特有问题没有加以注意。

    规范将抗震高防分为3个标准,分别为“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒”。我们认为多层少墙框架抗震墙结构中抗震墙的作用是减小多遇地震作用下弹性层间位移角,以满足抗震规范中弹性层间位移角限值,达到“小震不坏”的要求。在大震作用下,由于抗震墙数量少,抗震墙开裂,但框架结构仍能承担地震作用,这时要求结构应满足抗震规范中纯框架结构的一系列规定,包括结构在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算。

    一方面,即使少量的抗震墙也会使结构整体刚度增加,地震作用增大。因此应将抗震墙和框架一起考虑进行整体抗震计算。另一方面,即使抗震墙数量很少的结构,由于其刚度大于框架,大部分地震作用首先作用在抗震墙上,当其出现裂缝而刚度退化后,引起框架和抗震墙之间塑性内力重分布,使框架结构成为主要抗侧力构件。此时虽然因为抗震墙开裂刚度退化,引起整个结构刚度减小,所吸收的地震作用也减小,但框架部分所承担的地震作用反而有可能增大。因此,还应不考虑少量抗震墙,按纯框架结构进行整体抗震计算。

    因此为安全起见,对这类少墙框架抗震结构应按下面两种模型分别进行整体抗震计算,并按计算结果大者进行构件配筋验算:

    模型一:考虑少量抗震墙的框架抗震墙的计算模型,此时结构弹性层间位移角应满足规范对框架结构的限制要求。另外应该特别注意的是,上机计算总信息中结构形式应选框架结构。这是因为框架是这类少墙框架抗震墙结构的主要抗侧力构件,为避免底层柱底过早出现塑性屈服,影响整个框架结构的变形能力,二、三级框架结构的底层,柱下端截面组合的弯矩设计值,应分别乘以增大系数1.25和1.15(框架抗震墙结构中的底层框架柱的下端截面组合弯矩设计值不乘以此增大系数)。

    模型二:不考虑少量抗震墙,按纯框架结构的计算模型,此时结构弹性层间位移角不一定满足规范对框架结构的限制要求,但也不宜过大。

    采用上述2种模型计算时,框架抗震等级均应按纯框架结构确定,抗震墙抗震等级可比框剪结构低一级,且抗震墙可不设底部加强部。

    抗震规范认为,次要抗侧力构件的抗震要求可低于主要抗侧力构件。对于抗震墙承担地震倾覆力矩百分比达不到50%的少墙框架抗震墙结构,抗震墙是次要抗侧力构件,其抗震要求可以低于作为主要抗侧力构件的框架。也就是说,如果少墙框架抗震墙结构的框架抗震等级为二级,其抗震墙抗震等级可以取三级,而且由于房屋不高,作为次要抗侧力构件,抗震墙的墙肢底部塑性铰区的曲率延性要求也可降低,因此可不设底部加强部位。

    考虑较大地震时抗震墙开裂和发生破坏早而丧失竖向承载力,抗震墙边框梁或暗梁应满足承受本层竖向荷载的要求,且应满足框架梁相应抗震等级的最小配筋要求。考虑抗震墙应合理布置,避免由于地震作用下各道墙不同时破坏而引起结构整体扭转,抗震墙也宜设计成剪跨比较大、延性较好的抗震墙。

    2.2正确合理地确定抗震墙厚度的建议

    抗震墙截面厚度的确定与许多因素有关,其中平面外稳定是十分重要的因素。在确定墙厚时,部分设计人员容易走两个极端,其中一部分人认为抗震墙厚必须满足规范规定的最小高厚比要求,另一部分人在任何情况下只要求墙厚仅满足《高规》JGJ3-2002附录D墙体稳定计算公式。实际上这两种做法都存在片面性。

    一方面,如果严格遵守《抗震规范》GB50011-2001第6.4.2条和《高规》JGJ3-2002第7.2.2条中第1,2,3,4款规定,会使一些层数不高但层高较高的建筑的抗震墙厚度过大。

    一座7层抗震墙层结构工程中,层高为5米和10米,抗震墙抗震等级为二级,如果按《抗震规范》规定,那么5米层高处墙厚需要350mm,10米层高处墙厚需要650mm。实际上由于层数不多,墙轴力并不大,如果按《高规》附录D进行稳定计算后,可以将墙厚减下来。5米层高墙厚取300mm,10米层高墙厚取400mm,就可以满足稳定要求和抗震要求。

    实际上,规范规定最小墙厚的目的也是为保证抗震墙出平面的刚度和稳定性能。规范规定的最小墙厚是根据一般情况总结出来的,目的是方便设计,但不是任何情况都适用。对于工程中的一些特殊情况,不能机械地执行规范条款,否则,不是墙过厚就是墙厚不满足平面外稳定的要求。应该领会规范条款的意图,对特殊情况作进一步的稳定验算。

    在工程实践中,规范规定的最小墙厚在两种情况下不适用:一种是前面讲的层数不多但层高较高的建筑,轴力不大的墙肢;另一种是层数较多、较高的建筑,轴力较大的墙肢,特别是因受倾覆力矩影响附加轴力较大的墙肢。比如80米以上的高层建筑中组合轴力较大的外墙、多肢墙的端墙肢或轴压比较大的一字型墙肢,如果按规范规定的最小墙厚确定墙厚,往往不能保证抗震墙出平面的刚度和稳定性能,有必要用高层规程JGJ3-2002附录D抗震墙稳定计算公式来校核。另外应该注意的是,应用高层JGJ3-2002附录D抗震墙稳定计算公式时,墙肢轴力应采用包括地震作用下组合的各种组合轴力设计值的最大值。

    另一方面应该注意到,如果只要求墙厚满足《高规》JGJ3-2002附录D墙体稳定计算公式,而不考虑抗震墙所在位置和其重要性,对于底部加强部位、角窗等一字形短墙肢、框支抗震墙结构的落地墙等较重要性和受力的复杂性,确定这些部位墙厚时,应该将高层规程稳定计算公式的计算结果适当放大。

    总之,应根据工程具体情况,综合运用规范规定的最小墙厚和稳定计算公式,确定抗震墙的合理墙厚。

    2.3抗震墙底部加强部位约束边缘构件的合理设置

    2.3.1设计误区

    对于抗震墙底部加强部位约束边缘构件设计,目前在部分设计人员中存在一些误区,如:

    ⑴不同高长比H/hw(或剪跨比)和轴压比的墙肢,抗震墙底部加强部位所有墙肢两端一律设置约束边缘构件,甚至抗震墙上配电盘小洞口两边也设置约束边缘构件。

    ⑵忽视抗震墙翼墙对约束边缘构件长度1c的影响,所有几何形状的抗震墙的1c取值标准相同,如均取0.2倍墙肢长度。

    ⑶未考虑强连梁开洞抗震墙的受力特点,对有强连梁相连的多肢墙,两端的墙肢没有按实际受力情况进行加强,却在中部所有墙肢均设置约束边缘构件。

    在工程设计中,我们可以遇到各种不同情况的抗震墙,抗震墙的受力特点和破坏模式也各不相同,因此对抗震墙底部加强部位的不同位置,应根据具体受力情况不同,采取不同的加强措施,而不应该设置相同的约束边缘构件。

    抗震墙的破坏模式分为弯曲型、弯剪型和剪切型三种,不同的受力情况其破坏模式也不尽相同。高长比H/hw或剪跨比均大于2的抗震墙,受力状态为弯剪型和弯曲型,其破坏模式以弯曲破坏为主,称为高墙。以弯曲破坏为主的墙肢,通过合理设计,可以形成延性抗震墙,在抗震墙底部形成塑性铰。高长比H/hw或剪跨比不大于2的抗震墙,在水平地震作用下的破坏模式或为剪切破坏,或为弯剪破坏,很难避免出现剪切斜裂缝,尤其H/hw≤1的抗震墙均为剪切破坏,类似短柱,属于脆性破坏,称为短墙效应。

    《抗震规范》GB50011-2001中关于一般钢筋混凝土抗震墙对边缘构件的规定,是以受力状态为弯剪型和弯曲型为出发点的,不包括“矮墙”。对于矮墙的抗震设计,目前研究还不够,因此抗震规范未作明确规定。但实际工程中经常会遇到高长比H/hw或剪跨比不大于2的“中矮墙”,其中包括两侧连梁跨高比均小于5的墙肢。

    墙肢两端是否应该设置约束边缘构件,主要取决于其受力特点和破坏模式。剪跨比大于2的墙肢破坏模式以弯曲为主,墙肢在轴压力和弯矩共同作用下,压区混凝土压碎而发生破坏,墙肢的延性与压区混凝土的变形能力有关,在压区设置约束边缘构件,可以增加对压区混凝土的约束,提高压区混凝土的变形能力。试验表明,矩形截面抗震墙,有约束边缘构件与无约束边缘构件时相比,极限承载力约提高40%,极限层间位移角约增加一倍,对地震能量的消耗能力增大20%左右,且有利于墙板的稳定。

    对于剪跨比不大于2的墙肢,其破坏模式为剪切破坏,多肢墙内部墙肢的弯曲变形较小,这时边缘构件的主要作用是限制剪切斜裂缝的延伸。

    2.3.2设计建议

    有关抗震墙底部加强部位边缘构件的设置,我们建议如下:

    ⑴抗震墙底部加强部位,剪跨比大于2的墙肢和两侧与一般连梁(跨高比大于2.5)相连的剪跨比不大于2的墙肢,当轴压比大于规范规定时,墙肢两端应该设置约束边缘构件。抗震墙底部加强部位,剪跨比不大于2的多肢墙的内部墙肢,当与强连梁(跨高比不大于2.5)相连时,主要发生剪切破坏,弯曲变形较小,应加强水平钢筋并严格限制剪压比,墙肢两端不一定设置很强的约束边缘构件。

    ⑵设置约束边缘构件的目的是为增加对压区混凝土的约束,提高压区混凝土的变形能力,增大抗震墙的延性,因此,约束边缘构件长度1c宜按相对受压区高度ξ确定更合理。计算进还应考虑抗震墙翼墙对约束边缘构件长度1c的影响。试验结果表明,由于受压区翼缘能有效地减小受压区高度,因此,参数ξ比轴压比能更准确地反映对延性的影响,利用ξ能更准确地描述约束边缘构件的合理长度。

    ⑶对于由跨高比小于2.5的强连梁连接的底部加强部位的多墙肢各墙肢如何设置约束边缘构件,尚应根据墙肢所在位置和墙肢剪跨比确定。

    对于用跨高比小于2.5的强连梁连接的各墙肢,由于连梁对各墙肢产生较大的耦联作用,使整片开洞墙体的工作状态犹如小开洞单片墙。水平地震作用在整片抗震墙底部产生的总弯矩可分为两部分:强连梁对墙肢的约束弯矩在各墙肢中形成拉压轴力,各墙肢拉压轴力形成整片抗震墙底部总弯矩中的整体弯矩;另一部分是各墙肢的局部弯矩。连梁跨高比越小,连梁刚度越大,连梁的约束弯矩越大,由各墙肢拉压轴力承担的整体弯矩在墙底部总弯矩中所占比例越大,整片开洞整体的拉压应力分布和变形越接近平截面假定。并且,越靠近整片墙体两端的墙肢轴向应力越大,越靠近整片开洞墙体中部的墙肢轴向应力越小。在实际工程中我们发现有些抗震墙整体弯矩占墙底部总弯矩的90%以上。可以看出强连梁耦联各墙肢所形成的整体弯矩占墙底部总弯矩的比例还是很大的,如果仅针对墙肢设置以单肢墙肢长度计算出来的约束边缘构件,是达不到抗震墙整体延性要求的。

    因为强连梁的耦联作用,使得整片开洞墙体的工作状态犹如小开洞单片墙,整片开洞抗震墙一端受拉,一端受压。混凝土压应力较大区域,即相对受压区高度,分布在整片墙一端较大的一个区域。这个区域可能是端头墙肢长度范围内较大一部分,甚至可能是整段墙肢。当小洞口靠端头时,这个区域还可能包括第二个墙肢的一部分。这时整片开洞抗震墙的延性将取决于整片墙端部这个相对较大的相对受压区高度范围内墙肢混凝土受压变形能力。因此,为保证整片开洞抗震墙的延性,应该在整片墙端这相相对较大的相对受压区高度范围内设置“约束边缘构件”,“约束边缘构件”长度宜按整片墙的长度计算,在此长度范围内,用墙肢轴压比限值控制,采用重力荷载代表值有时是不合适的。而整片开洞抗震墙中部的墙肢,由于局部弯矩很小,墙肢两端就不一定设置很强的约束边缘构件,也可按构造边缘构件设计。

    当整片开洞抗震墙端头“约束边缘构件”较长,端头墙肢成为小偏压构件,需要加强整个墙肢的受压变形能力时,在按计算结果加强整个墙肢的竖向钢筋和水平钢筋同时,还应保证墙肢在压坏之前不会发生剪切破坏,因此该墙肢剪力设计值还应乘以放大系数。为加强端头墙肢的受压变形能力,最好设置翼墙。目前高层抗震墙结构多设角窗,角窗旁的墙肢还多为一字形短墙肢,如果是强连梁与该墙肢相连,其在地震作用下所受轴力较大,该墙肢应具有较强的约束力,设计应加强全截面的竖向和水平钢筋。

    2.4结构

    ⑴少墙抗震墙墙结构可分别采用框架抗震墙结构和纯框架结构两种模型进行抗震整体计算。框架抗震墙结构计算模型的结构弹性层间位移角可仅满足规范对框架结构的限制要求,同时,框架的抗震墙等级按纯框架结构确定,抗震墙的抗震等级可以框剪结构低一级。

    ⑵规范规定的抗震墙构造最小高厚比限值并不适用于任何情况,特殊情况时有必要按高层规程附录D稳定计算公式作补充验算。这时应采用组合内力计算,并应注意提高抗震墙底部加强部位、角窗墙、部分框支抗震墙结构中落地墙等较重要部分的稳定要求。

    ⑶抗震墙底部加强部位应该按不同的受力情况和墙肢剪跨比,设置不同的约束边缘构件。约束边缘构件长度宜根据相对受压区高度ξ确定更合理。剪跨比小于2的墙肢,尤其是H/hw≤1的矮墙,弯曲变形较小,主要发生剪切破坏,应严格控制墙的剪压比和加强墙肢水平钢筋和墙肢中部拉筋,边缘构件的作用主要是限制剪切斜裂缝的发展,一般不必设置很强的约束边缘构件,但下面两种情况应特殊考虑:首先,因上部各层弱连梁约束弯矩的叠加引起墙肢底部剪跨比小于2时,墙肢两端宜根据相对受压区高度ξ设置约束边缘构件;其次,各墙肢由跨高比小于2.5的强连梁连接时,其约束边缘构件如何设置尚应根据墙肢所在位置和剪跨比确定,整片开洞墙端部“约束边缘构件”长度宜按整片墙长度计算,此长度范围内墙肢轴压比限值控制采用重力荷载代表值有时是不合适的,且该长度范围内的墙肢在加强受压变形能力的同时,应保证墙肢在压坏之前不会发生剪切破坏。

3 地基基础设计中的若干问题

    地基基础设计历来是建筑工程结构设计的重要内容,施工中问题较多的也往往是地下部分。控制沉降被提上“议事日程”后,地基基础的设计计算就更重了。

    3.1地下室底板受力

    高层建筑一般都设置地下室,多层建筑中也有设置地下室的。采用常规桩基础时,有一个如何确定底板受力的问题。许多设计人员在地下室底板计算中,仅仅考虑底板的活荷载和板底的水浮力,这是不完全的。采用常规桩基础时,即使考虑桩承担底板底面以上的全部荷载,也是认为底板与土是脱离的,但事实上,这仅仅是计算假定。测试表明,以侧阻承受荷载为主的桩,土与底板底部有些情况下是接触的,底板承受的荷载最大可以达到其上部荷载的25%-30%。所以,底板计算时,必须考虑这部分荷载的作用,否则是偏于不安全的。

    3.2沉降控制复合桩基的适用条件

    沉降控制复合桩基是由土与桩共同承受上部荷载,并能减少与控制沉降的复合基础,适用于软土地区。推行之初,都认为它对于解决承载、控制沉降的效果较好,也比较经济。然而,现在使用者日见其少,不少人认为它并不经济,甚至不如纯粹的桩基础。究其原因,主要是用得太滥。任何一种技术都有它的适用条件,超越了这些条件,非但显示不出其优越性,而且会使弊大于利,违背了使用它的初衷。沉降控制复合桩基的适用条件主要是:

    ⑴基底土应当是具有一定承载能力的持力土层,如果基底为浜填土或杂填土,就必须作处理。当这种处理的代价比较大时,一般就不经济了,这一点与纯粹的桩基是很不相同的。

    ⑵桩基本为摩擦桩,下端的持力层不可以十分坚硬。若桩端在第5层土中,则较好;若持力层为较软弱的第6层土,就应当非常谨慎;若第6层土较硬时,就不应当将之作为沉降复合桩基的桩端持力层。

    ⑶桩的间距应不小于5d-6d(d为桩截面的边长)。桩的间距过小,桩间土就难以发挥作用,难以承受上部荷载。

    ⑷为了使沉降复合桩基发挥一定的经济效益,就必须注意使用对象。对于砌体结构经济效益较好,对框架结构经济效益不明显。

    以上第⑴、⑵、⑶条与纯粹桩基都有较大的不同,第⑴、⑶、⑷条,则与“是否经济”有很大的关系。一般说来,能符合以上适用条件,并能较好地按规定的设计方法做,大都可以获得比较满意的结果。而不满足上述适用条件的,一般可以做出设计,但多半不能达到经济的目的。

4 应用背景

    在现代建筑节能施工中,越来越多的单位和企业开始研究建筑节能新技术,积极推广新型高效的建筑节能技术,在一定程序上取得了一定的节能、保温、隔热等效果;并根据不断出现的节能新技术、新材料及时地调整施工方法,有利于节约能源,推进可持续发展,修建绿色建筑,推动了国内建筑节能的发展。

<< 上一篇:《看专家对钢筋平法的详细答疑!》
评论
遵守文明上网宣言,净化网络环境