建筑結構設計新手入門.doc

結構設計之新手入門2008-05-29 10:00分類：默認分類 字號： 大大 中中 小小 第一章：結構設計之新手入門的討論一、地質報告看什么1、先看清楚地質資料中對場地的評價和基礎選型的建議，好對場地的大致情況有一個大概的了解；2、根據地質剖面圖和各土層的物理指標對場地的地質結構、土層分布、場地穩(wěn)定性、均勻性進行評價和了解；3、確定基礎形式； 4、根據基礎形式，確定地基持力層、基礎埋深、土層數據等；5、沉降數據分析；6、是否發(fā)現影響基礎的不利地質情況，如土洞、溶洞、軟弱土、地下水情況.等等。注意有關地下水地質報告中經常有這樣一句“勘察期間未見地下水”，如果帶地下室，而且場地為不透水土層，例如巖石，設計時必須考慮水壓，因為基坑一旦進水，而水又無處可去，如果設計時未加考慮那就麻煩了。二、鋼筋驗收驗什么1 鋼筋錨固2 鋼筋數量與直徑；3 鋼筋間距；4 鋼筋保護層；5 箍筋彎鉤；6 后澆帶鋼筋；7 拉結筋；8 鋼筋搭接長度及接頭率；9 鋼筋接頭部位；10 鋼筋合格證及試驗報告。三、驗槽到底該驗什么 驗槽是為了普遍探明基槽的土質和特殊土情況，據此判斷異常地基的局部處理；原鉆探是否需補充，原基礎設計是否需修正，對自己所接受的資料和工程的外部 環(huán)境進行確認。1 地基土層是否是到達設計時由地質部門給的數據的土層，是否有差別，主要由勘察人員負責；2 基礎深度是否達設計深度，持力層是否到位或超挖，基坑尺寸是否正確，軸線位置及偏差、基礎尺寸；3 驗證地質報告，有不相符的情況下協(xié)商解決，修改設計方案；4 基坑是否積水，基底土層是否被攪動；5 有無其他影響基礎施工質量的因素(如基坑放坡是否合適，有無塌方）；四、主體驗收驗什么主體驗收，結構工程師主要注意的內容有：1、梁柱板尺寸定位是否設計要求，其成形質量如何，是否有蜂窩麻面等。還有是否有修補的痕跡，如果有，應詢問修補的原因，是否有對結構有影響。2、預埋件是否準確埋設，插筋是否預留，雨水管過水洞是否留設準確，衛(wèi)生間等設備留是否按要求留設，對后封的洞板鋼筋是否預留等。3、砌體工程的砂漿是否飽滿，強度是否夠（可以用手扳一下），砌體的放樣如何，是否平直，墻面是否平整。砌體中的構造柱是否設槎，框架梁下砌體是否密實，圈梁是否按要求設置。墻面的砂漿找平層厚度是否過厚。等等。4、看看各層施工時的沉降記錄如何 ，是否有過大的差異沉降。每層增加的沉降量，及各觀測點間的沉降差如何。如有差異過大，首先加大觀測密度。5、查看施工記錄,各種材料合格證,試件的強度檢驗報告等。五、結構專業(yè)擴初說明包含什么（一）、設計依據1.主要設計規(guī)范和規(guī)定2. 巖土工程勘察（二）、自然條件:基本風壓值、建筑物抗震設防烈度、建筑物抗震重要性分類、地震作用、抗震措施、場地土類型、建筑物安全等級、場地穩(wěn)定性、場地土層描述。（三）、基礎1擬建建筑物地基基礎設計等級?；A持力層。2擬建建筑物基礎形式。3場地地下水對混凝土結構和鋼筋混凝土中鋼筋有無腐蝕性及措施。（四）、上部結構形式及平面布置說明（五）、材料1混凝土強度等級2隔墻材料（六）、使用荷載標準值（七）、計算方法和結果1 計算軟件2 主要技術參數：自震周期、 層間位移、剪重比、總質量G。六、樁基礎的設計的步驟是什么 1 結構計算，取出柱底內力；2 根據地質報告確定樁型；3 綜合1、2確定樁徑、單樁承載力并完成布樁；4 承臺設計計算，包括彎、剪、沖切；5 沉降計算；6 拉梁設計；7 繪圖，包括基礎平面、樁位圖、詳圖dz37七、結構施工圖主要畫什么1 結構設計說明；2 基礎平面圖及詳圖：基礎尺寸定位、暖溝圖及基礎留洞圖；3 結構平面圖及詳圖，主要包括模板圖、特殊節(jié)點詳圖、預制板的布置、現澆板的配筋、過梁布置、雨蓬、陽臺、挑檐布置和其剖面詳圖、樓梯布置、板頂標高、梁布置及其編號、板上開洞洞口尺寸及其附加筋、屋面上人孔、通氣孔位置及詳圖；4 樓梯詳圖；5 梁詳圖、平面配筋圖；6 柱詳圖及構造；7 墻、暗柱詳圖及構造；8 圈梁、構造柱布置及其剖面詳圖 ；9 非結構構件詳圖及構造。dz5八、軟件出來的結果配筋調整時注意什么配筋的調整注意事項：1 無特殊理由不可小于計算值；2 符合基本的構造，鋼筋間距、箍筋肢距、梁側鋼筋配置等；3 正常使用驗算，裂縫、撓度等，特別是前者；4 計算中未考慮的因素影響，例如多梁相交引起的ho損失；5 配筋方式是否與模型相符，梁相交處等，注意查看內力圖，不可簡單按梁高區(qū)分主次梁，十字交叉梁，無論梁高是否相同，均宜按一跨配筋；6 抗震結構的相應構造措施，加密區(qū)、配筋率、鋼筋直徑等；7 一些構造措施是否具備滿足的條件，例如較小的柱，較粗的鋼筋，錨固的水平段很難滿足0.4La;8 框架梁配筋確定后應核算柱配筋是否滿足“強柱弱梁”；9 一些相對特殊的梁應多加注意，例如連梁、深梁、薄腹梁等；10 正確理解輸出文件的格式和意義；11 應用“平法”應注意支座負筋長度的取值，特別是相鄰跨跨度相差較大時；12 梁邊與柱邊相齊時，計算每排鋼筋根數時應把梁寬減去3-5cm；13 抗扭鋼筋應足夠注意，特別是抗扭箍筋直徑應滿足計算；14 柱鋼筋根數上下盡量相同，方便鋼筋變化時的搭接；15 盡量考慮到施工時混凝土的澆筑振搗需要；第二章：結構設計注意問題根據建設部要求2003年1月1日起全面執(zhí)行新規(guī)范，相應的89系列規(guī)范廢止。為正確理解、有效執(zhí)行各有關2000系列規(guī)范，提出以下要點，請各結構設計人員予以注意：一一般規(guī)定1、 設計說明應注明工程設計使用年限，安全等級，選用的建筑材料，應注明規(guī)格、型號、性能等技術指標，其質量必須符合國家標準的要求。2、 2003年簽訂合同的設計項目，一律采用與新規(guī)范配套的軟件作計算分析，TBSA用6.0版，SATWE用2003.1及以后的版本。3、 用新版本軟件計算結果用鋼量將會提高，我院規(guī)定用新版本軟件計算梁、柱主筋，鋼材優(yōu)先采用HRB400。一級柱箍筋優(yōu)先采用HRB400.4、風荷載取值，南京地區(qū)設計周期50年，w00.40Kpa，設計周期100年w00.45，對風荷載敏感的建筑以及60米以上的高層建筑按w00.45取值。5、 基本雪壓，南京地區(qū)設計 周期50年，取0.65Kpa，設計周期100年取0.75Kpa。6、 對小塔樓的界定應慎重，當塔樓高度對房屋結構適宜高度有影響時，小塔樓應報院結構專業(yè)委員會確定。7、 施工圖涉及到鋼網架、電梯及其它設備予留的孔洞、機坑、基礎、予埋件等一定要寫明：“有關尺寸在澆筑混凝土之前必須得到設備廠家簽字認可方可施工。”8、 砌體結構不允許設轉角飄窗。9、 鋼結構工程設計必須注明：焊縫質量等級，耐火等級，除銹等級，及涂裝要求。10、 砌體工程設計必須注明設計采用的施工質量控制等級。（一般采用B級）。11、 砌體結構不宜設置少量的鋼筋混凝土墻。12、 砌體結構樓面有高差時，其高差不應超過一個梁高（一般不超過500mm）。超過時，應將錯層當兩個樓層計入總樓層中。二結構計算13、 結構整體計算總體信息的取值：（1） 混凝土容重（KN/m3）取2627，全剪結構取27，若取25，對于剪力墻需輸入雙面粉層荷載。（2） 地下室層數，取實際地下室層數，當含有地下室計算時，不指定地下室層數是不對的，請審核人 把關。（3） 計算振型數，取3的倍數，高層建筑應至少取9個，考慮扭轉耦聯計算時，振型應不少于15個，對多塔結構不應少于塔數9。計算時要檢查Cmass-x及Cmass-y兩向質量振型參與系數，均要保證不小于90，達不到時，應增加振型數，重新計算。（4） 地震信息中的“活荷質量折減系數”RMC取1.0。（5） 自振周期應考慮填充墻體對剛度的影響進行折減。當添充墻為磚墻時：框架結構0.6-0.7，框剪結構0.7-0.8，剪力墻結構0.9-1.0。（6）活荷載信息中“柱、墻活荷載是否折減”，一般不折減，“傳到基礎的活荷載是否折減”，應折減。（7） 調整信息中“中梁剛度增大系數”BK取2.00； “梁端彎矩調幅系數”BT0.850.9；“梁跨中旁矩增大系數”BM1.051.10，一般取1.05；活荷載大于3.0Kpa的多高層，1.11.2“連梁剛度折減系數”BLZ取0.500.7，在內力和位移計算中，最小取0.50，一般取0.55,當結構位移由風荷載控制，不宜小于0.8；“梁扭矩折減系數”TB，一般取0.40；“全樓地震力放大系數”一般1.0，當不滿足”抗震規(guī)范“5.25條時，用此系數調至滿足；“0.2Q0”框剪結構必須要求調整；“頂塔樓內力放大”當振型數多于9個，取1，否則需放大取3。14、 結構審核人應在初步設計階段對電算結果進行審核把關。對主要參數應作控制，如：剪重比、周期比（以扭轉為主的基本周期與第一平動周期之比）、位移比（最大彈性層間位移與層間平均位移之比），滿足規(guī)范基本要求。15、 有斜樓座的看臺、劇場由于整體性差，樓層剛度無窮大的假定難于形成，應補充單榀驗算三、對地質勘察報告的基本要求：16、如果由設計院布置鉆孔，提勘察要求，須加注明：勘察部門應根據勘察規(guī)范及現場地質情況作必要調整。若業(yè)主委托設計已完成鉆探，設計人應根據以下基本要求作審查：（1）鉆孔控制點的布置應布置在建筑物的外圍，即建筑物四角應有鉆孔。（2）鉆孔分一般性鉆孔和控制性鉆孔，對孔深要求：勘探孔深應能控制主要持力層，當基礎底面寬度不大于5m時，勘探孔的深度對條形基礎不應小于基礎底面寬度的3倍，對單獨基礎不應小于1.5倍，且不小于5米；對高層建筑和需作變形驗算的地基，控制性勘探孔的深度應超過地基變形計算深度。（3）樁基勘探深度a.布置1/3-1/2的勘探孔為控制性孔，且安全等級為一級建筑樁基場地至少布置3個控制性鉆孔，安全等級為二級的建筑樁基不應少于2個控制性鉆孔，控制性孔深度應穿過樁端以下壓縮層厚度，一般性鉆孔應深入樁端平面以下35米。b.嵌巖樁鉆孔應深入持力層巖層不小于35倍樁徑，當持力層較薄時，控制性鉆孔應穿過持力巖層，巖溶地區(qū)，應查明溶洞、溶溝分布情況。（4）勘察報告，除了要作取土勘探孔，還應要求現場原位測試，單橋靜力觸探和標準貫入測試，對于適于采用予制樁基的場地，應要求提供JGJ94-94-公式5.2.6-1所要求的單橋靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周側阻力和樁端阻力。（5）嵌巖樁基，應要求勘察報告提供南京地基規(guī)范，嵌巖樁公式9.9.4-3所要求的各項系數、巖石單軸抗壓強度以及基巖的完整性。（6）對于有地下室的工程，應要求勘察報告提供基坑支護設計所要求的各項工程特性指標。（7）當地下水埋藏較淺，建筑地下室存在上浮問題時，應要求勘察報告提供用于計算地下水浮力的設計水位。（8）勘探報告應劃分場地土類型和場地土類別，并對飽和砂土及粉土進行液化判別。（9）樁基設計應要求勘探報告提供各種樁型的參數，以便作多種樁基方案的技術經濟對比，避免只有一種樁基參數，思路受到勘探部門的限制，而不能選擇更好的基礎方案。四、基礎設計17、地基基礎設計時，確定基礎面積或樁數量，上部的荷載效應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合。相應的抗力應采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。18、計算地基變形時，傳至基礎底面上的荷載效應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久組合，不計入風荷載和地震作用。19、基礎底板的配筋，應按抗彎計算確定，地基反力采用的是荷載效應基本組合時的地基反力設計值。承臺配筋計算時，采用相應于荷載效應基本組合時的樁豎向力設計值。20、靜載試驗所確定的單樁豎向極限承載力除以安全系數2為單樁豎向承載力特征值Ra。21、（1）人工挖孔樁的樁長不宜大于40m，亦不宜小于6m，樁長少于6m的按墩基礎考慮，樁長雖大于6m，但L/D(D為擴大端直徑)150時采用10200；否則用8200.PMCAD生成的板配筋圖應注意以下幾點：1.單向板是按塑性計算的，而雙向板按彈性計算，宜改成一種計算方法。2.當厚板與薄板相接時，薄板支座按固定端考慮是適當的，但厚板就不合適，宜減小厚板支座配筋，增大跨中配筋。3.非矩形板宜減小支座配筋，增大跨中配筋。4.房間邊數過多或凹形板應采用有限元程序驗算其配筋。PMCAD生成的板配筋圖為PM？。T.板一般可按塑性計算，尤其是基礎底板和人防結構。但結構自防水、不允許出現裂縫和對防水要求嚴格的建筑，如坡、平屋頂、櫥廁、配電間等應采用彈性計算。室內輕隔墻下一般不應加粗鋼筋，一是輕隔墻有可能移位，二是板整體受力，應整體提高板的配筋。只有垂直單向板長邊的不可能移位的隔墻，如廁所與其他房間的隔墻下才可以加粗鋼筋。坡屋頂板為偏拉構件，應雙向雙排配筋。（3）。關于過梁布置及輕隔墻?，F在框架填充墻一般為輕墻，過梁一般不采用預制混凝土過梁，而是現澆梁帶。應注明采用的輕墻的做法及圖集，如北京地區(qū)的京94SJ19，并注明過梁的補充筋。當過梁與柱或構造柱相接時，柱應甩筋，過梁現澆。不建議采用加氣混凝土做圍護墻，裝修難做并不能用在廁所處。（4）。雨蓬、陽臺、挑檐布置和其剖面詳圖。注意：雨棚和陽臺的豎板現澆時，最小厚度應為80，否則難以施工。豎筋應放在板中部。當做雙排筋時，高度900時，最小板厚120.陽臺的豎板應盡量現澆，預制擋板的相交處極易裂縫。雨棚和陽臺上有斜的裝飾板時，板的鋼筋放斜板的上面，并通過水平挑板的下部錨入墻體圈梁（即挑板雙層布筋）。兩側的封板可采用泰柏板封堵，鋼筋與泰柏板的鋼絲焊接，不必采用混凝土結構。挑板挑出長度大于2米時宜配置板下構造筋，較長外露挑板（包括豎板）宜配溫度筋。挑板內跨板上筋長度應大于等于挑板出挑長度，尤其是挑板端部有集中荷載時。內挑板端部宜加小豎沿，防止清掃時灰塵落下。當頂層陽臺的雨搭為無組織排水時，雨搭出挑長度應大于其下陽臺出挑長度100，頂層陽臺必須設雨搭。挑板配筋應有余地，并應采用大直徑大間距鋼筋，給工人以下腳的地方，防止踩彎。挑板內跨板跨度較小，跨中可能出現負彎距，應將挑板支座的負筋伸過全跨。挑板端部板上筋通常兜一圈向上，但當鋼筋直徑大于等于12時是難以施工的，應另加筋。（5）。樓梯布置。采用X型斜線表示樓梯間，并注明樓梯間另詳。盡量用板式樓梯，方便設計及施工，也較美觀。（6）。板頂標高?？稍趫D名下說明大多數的板厚及板頂標高，廚廁及其它特殊處在其房間上另外標明。（7）。梁布置及其編號，應按層編號，如L-1-XX，1指1層，XX為梁的編號。柱布置及編號。（8）。板上開洞（廚、廁、電氣及設備）洞口尺寸及其附加筋，附加筋不必一定錨入板支座，從洞邊錨入La即可。板上開洞的附加筋，如果洞口處板僅有正彎距，可只在板下加筋；否則應在板上下均加附加筋。留筋后澆的板宜用虛線表示其范圍，并注明用提高一級的膨脹混凝土澆筑。未澆筑前應采取有效支承措施。住宅躍層樓梯在樓板上所開大洞，周邊不宜加梁，應采用有限元程序計算板的內力和配筋。板適當加厚，洞邊加暗梁。（9）。屋面上人孔、通氣孔位置及詳圖。（10）。在平面圖上不能表達清楚的細節(jié)要加剖面，可在建筑墻體剖面做法的基礎上，對應畫結構詳圖。3.基礎平面圖及詳圖：（1）。在柱下擴展基礎寬度較寬（大于4米）或地基不均勻及地基較軟時宜采用柱下條基。并應考慮節(jié)點處基礎底面積雙向重復使用的不利因素，適當加寬基礎。（2）。當基礎下有防空洞或枯井等時，可做一大厚板將其跨過。（3）?；炷粱A下應做墊層。當有防水層時，應考慮防水層厚度。（4）。建筑地段較好，基礎埋深大于3米時，應建議甲方做地下室。地下室底板，當地基承載力滿足設計要求時，可不再外伸以利于防水。每隔3040米設一后澆帶，并注明兩個月后用微膨脹混凝土澆注。設置地下室可降低地基的附加應力，提高地基的承載力（尤其是在周圍有建筑時有用），減少地震作用對上部結構的影響。不應設局部地下室，且地下室應有相同的埋深?？稍诜ぐ鍏^(qū)格中間挖空墊聚苯來調整高低層的不均勻沉降。（5）。地下室外墻為混凝土時，相應的樓層處梁和基礎梁可取消。（6）。抗震縫、伸縮縫在地面以下可不設縫，連接處應加強。但沉降縫兩側墻體基礎一定要分開。（7）。新建建筑物基礎不宜深于周圍已有基礎。如深于原有基礎，其基礎間的凈距應不少于基礎之間的高差的1.5至2倍，否則應打抗滑移樁，防止原有建筑的破壞。建筑層數相差較大時，應在層數較低的基礎方格中心的區(qū)域內墊焦碴來調整基底附加應力。（8）。獨立基礎偏心不能過大，必要時可與相近的柱做成柱下條基。柱下條形基礎的底板偏心不能過大，必要時可作成三面支承一面自由板（類似筏基中間開洞）。兩根柱的柱下條基的荷載重心和基礎底版的形心宜重合，基礎底板可做成梯形或臺階形，或調整挑梁兩端的出挑長度。（9）。采用獨立柱基時，獨立基礎受彎配筋不必滿足最小配筋率要求，除非此基礎非常重要，但配筋也不得過小。獨立基礎是介于鋼筋混凝土和素混凝土之間的結構。面積不大的獨立基礎宜采用錐型基礎，方便施工。（10）。獨立基礎的拉梁宜通長配筋，其下應墊焦碴。拉梁頂標高宜較高，否則底層墻體過高。（11）。底層內隔墻一般不用做基礎，可將地面的混凝土墊層局部加厚。（12）?？紤]到一般建筑沉降為鍋底形、結構的整體彎曲和上部結構和基礎的協(xié)同作用，頂、底板鋼筋應拉通（多層的負筋可截斷1/2或1/3），且縱向基礎梁的底筋也應拉通。（13）。基礎平面圖上應加指北針。（14）?；A底板混凝土不宜大于C30，一是沒用，二是容易出現裂縫。（15）?？捎肑CCAD軟件自動生成基礎布置和基礎詳圖。生成的基礎平面圖名為JCPM.T，生成的基礎詳圖名為JCXT？。（16）?；A底面積不應因地震附加力而過分加大，否則地震下安全了而常規(guī)情況下反而沉降差異較大，本末倒置。請參照建筑地基基礎設計規(guī)范GBJ7-89和各地方的地基基礎規(guī)程。4.暖溝圖及基礎留洞圖：（1）。溝蓋板在遇到電線管時下降（500），室外暖溝上一般有400厚的覆土。（2）。注明暖溝兩側墻體的厚度及材料作法。暖溝較深時應驗算強度。（3）。洞口大于400時應加過梁，暖溝應加通氣孔。（4）?；A埋深較淺時暖溝入口底及基礎留洞有可能比基礎還低，此時基礎應局部降低。（5）。濕陷性黃土地區(qū)或膨脹土地區(qū)暖溝做法不同于一般地區(qū)。應按濕陷性黃土地區(qū)或膨脹土地區(qū)的特殊要求設計。（6）。暖溝一般做成1200寬，1000的在維修時偏小第四章：結構設計之高層建筑抗震設計中短柱問題的處理在層高一定的情況下，為提高延性而降低軸壓比則會導致柱截面增大，且軸壓比越小截面越大；而截面增大導致剪跨比減小，又降低了構件的延性。因此，在高層特別是超高層建筑結構設計中，為滿足規(guī)程對軸壓比限值的要求，柱子的截面往往比較大，在結構底部常常形成短柱甚至超短柱。另外，諸如圖書館的書庫、層高較低的儲藏室、高層建筑的地下車庫等由于使用荷載大，層高較低，在設計中也不可避免地會出現短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區(qū)設防烈度或高于本地區(qū)設防烈度的地震影響時，很容易發(fā)生剪切破壞而造成結構破壞甚至倒塌，無法滿足“中震可修，大震不倒”的設計準則。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發(fā)生，筆者認為，首先要正確判定短柱，然后對短柱采取一些構造措施或處理，提高短柱的延性和抗震性能。1、 短柱的正確判定規(guī)程和規(guī)范都規(guī)定，柱凈高與截面高度之比 為短柱，工程界許多工程技術人員也都據此來判定短柱，這是一個值得注意的問題。因為確定是不是短柱的參數是柱的剪跨比，只有剪跨比 的柱才是短柱，而柱凈高與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。按來判定的主要依據是： ；考慮到框架柱反彎點大都靠近柱中點，取 ，則.，由此即得。但是，對于高層建筑，梁、柱線剛度比較小，特別是底部幾層，由于受柱底嵌固的影響且梁對柱的約束彎矩較小，反彎點的高度會比柱高的一半高得多，甚至不出現反彎點，此時不宜按來判定短柱，而應按短柱的力學定義-剪跨比來判定才是正確的?？蚣苤姆磸濣c不在柱中點時，柱子上、下端截面的彎矩值大小就不一樣，即。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一樣的，即。此時，應采用哪一個截面的剪跨比來判斷框架柱是不是屬于短柱呢？筆者認為，應該采用框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值，即?。?，）。其理由如下：框架柱的受力情況有如一根受有定值軸壓力的連續(xù)梁，柱高相當于連續(xù)梁的剪跨，已有的試驗研究結果表明：對于剪跨不變的連續(xù)梁，當截面上、下配置的縱筋相同時，剪切破壞總是發(fā)生在彎矩較大的區(qū)段；對于框架柱，臨界斜裂縫也總是發(fā)生在彎矩較大的區(qū)段。事實上，在柱高或連續(xù)梁剪跨的范圍內，最大剪跨比是出現在彎矩較大區(qū)段上的。鋼筋砼構件的抗剪承載力是隨剪跨比增大而降低的。所以，同樣條件下，彎矩較大區(qū)段的截面抗剪承載力要比彎矩較小區(qū)段的小，在荷載作用下，如果發(fā)生剪切破壞，就只能是在彎矩較大區(qū)段上。用來判斷框架柱是否屬于短柱的剪跨比當然應是可能發(fā)生剪切破壞截面的剪跨比。一般情況下，在高層建筑的底部幾層，框架柱的反彎點都偏上，即。此時，可按式（）或式（）判定短柱：或Hnh2yn(2)式中，- -層柱的反彎點高度比，根據幾何關系，可得：()，其中，；- -層柱的凈高。式（）具有一般性。當反彎點在柱中點時，.，式（）即成為；當反彎點在柱上端截面時，式（）即成為；如果框架柱上不出現反彎點，就應采用最大彎矩作用截面的剪跨比來判斷短柱。當需要初步判斷框架柱是否屬于短柱時，可先按值法確定柱子的反彎點高度比，然后按式（）判斷短柱。在施工圖設計階段，可根據電算結果作進一步判斷。2 改善短柱抗震性能的措施當按剪跨比判定柱子不是短柱時，按一般框架柱的抗震要求采取構造措施即可；確定為短柱后，就應當盡量提高短柱的承載力，減小短柱的截面尺寸，采取各種有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。2.1 使用復合螺旋箍筋高層建筑框架柱的抗剪能力是應該滿足剪壓比限值和“強剪弱彎”要求的，柱端的抗彎承載力也是應該滿足“強柱弱梁”要求的。對于短柱，只要符合“強剪弱彎”和“強柱弱梁”的要求，是能夠做到使其不發(fā)生剪切型破壞的。因此，使用復合螺旋箍筋4來提高柱子的抗剪承載力，改善對砼的約束作用，能夠達到改善短柱抗震性能的目的。2.2 采用分體柱由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，其抗彎強度不能完全發(fā)揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應于或略低于抗剪強度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達到抗彎強度，從而呈現出延性的破壞狀態(tài)。人為削弱抗彎強度的方法，可以在柱中沿豎向設縫將短柱分為或個柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開配筋。在組成分體柱的柱肢之間可以設置一些連接鍵，以增強它的初期剛度和后期耗能能力。一般，連接鍵有通縫、預制分隔板、預應力摩擦阻尼器、素砼連接鍵等形式。對分體柱工作性態(tài)的理論分析和試驗研究表明：采用分體柱的方法雖然使柱子的抗剪承載力基本不變，抗彎承載力稍有降低，但是使柱子的變形能力和延性均得到顯著提高，其破壞形態(tài)由剪切型轉化為彎曲型，從而實現了短柱變“長柱”的設想，有效地改善了短柱尤其是剪跨比.的超短柱的抗震性能。分體柱方法已在實際工程中得到應用。2.3 采用鋼骨砼柱鋼骨砼柱由鋼骨和外包砼組成。鋼骨通常采用由鋼板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。與鋼結構相比，鋼骨砼柱的外包砼可以防止鋼構件的局部屈曲，提高柱的整體剛度，顯著改善鋼構件出平面扭轉屈曲性能，使鋼材的強度得以充分發(fā)揮。采用鋼骨砼結構，一般可比鋼結構節(jié)約鋼材達50%以上。此外，外包砼增加了結構的耐久性和耐火性。與鋼筋砼結構相比，由于配置了鋼骨，使柱子的承載力大大提高，從而有效地減小柱截面尺寸；鋼骨翼緣與箍筋對砼有很好的約束作用，砼的延性得到提高，加上鋼骨本身良好的塑性，使柱子具有良好的延性及耗能能力。由于鋼骨砼柱充分發(fā)揮了鋼與砼兩種材料的特點，具有截面尺寸小，自重輕，延性好以及優(yōu)越的技術經濟指標等特點，如果在高層或超高層鋼筋砼結構下部的若干層采用鋼骨砼柱，可以大大減小柱的截面尺寸，顯著改善結構的抗震性能。2.4 采用鋼管砼柱鋼管砼是由砼填入薄壁圓形鋼管內而形成的組合結構材料，是套箍砼的一種特殊形式。由于鋼管內的砼受到鋼管的側向約束，使得砼處于三向受壓狀態(tài)，從而使砼的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，砼特別是高強砼的延性得到顯著改善。同時，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值至少都在以下，這相當于配筋率至少都在.以上，這遠遠超過抗震規(guī)范對鋼筋砼柱所要求的最小配筋率限值。由于鋼管砼的抗壓強度和變形能力特佳，即使在高軸壓比條件下，仍可形成在受壓區(qū)發(fā)展塑性變形的“壓鉸”，不存在受壓區(qū)先破壞的問題，也不存在像鋼柱那樣的受壓翼緣屈曲失穩(wěn)的問題。因此，從保證控制截面的轉動能力而言，無需限定軸壓比限值。規(guī)程規(guī)定，鋼管砼單肢柱的承載力可按式()計算：N1eN0(3)式中，=faAafcAc稱為套箍指標，.3；1，e的物理意義及計算方法見規(guī)程。由式（）可以看出，當選用了高強砼和合適的套箍指標后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋砼柱減小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。3 小 結3.1確定是不是短柱不宜按來判別，而應按剪跨比來判別。一般情況下，可采用本文式（）來判別。當需要初步判別是否屬于短柱時，可先按值法確定反彎點高度比，然后按本文式()來判別。3.2當按剪跨比判定柱子不是短柱時，按一般框架柱的抗震要求采取構造措施即可；確為短柱，就應當盡量提高短柱的承載力，減小短柱的截面尺寸，采取各種有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。使用復合螺旋箍筋，采用分體柱技術均可有效地改善短柱的抗震性能；采用鋼骨砼、鋼管砼等新結構，可顯著提高柱的承載力，減小柱截面尺寸，避免在結構下部出現短柱尤其是超短柱。因此，在高層建筑抗震設計中應根據工程的具體情況，盡量采用上述新結構、新技術，來避免短柱脆性破壞問題的發(fā)生。第五章：結構設計之高層建筑短肢剪力墻與異形柱結構受力分析與設計探討隨著人們對住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高，原來普通框架結構的露梁露柱、普通剪力墻結構對建筑空間的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是在原有剪力墻的基礎上，吸收了框架結構的優(yōu)點，逐步發(fā)展形成了能適應人們新的住宅觀念的高層住宅結構型式，即“短肢剪力墻結構”和“異形柱框架結構”型式。這兩種新的結構由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結構的缺點，受到了建筑師的肯定，更得到了住戶與房開商的歡迎，為此，本文對這兩種新的高層住宅結構型式的受力特點、結構分析及構造要求進行闡述。1 短肢剪力墻結構短肢剪力墻結構是指墻肢的長度為厚度的5-8倍剪力墻結構，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。這種結構型式的特點是：1結合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾；墻的數量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調整剛度中心的位置；能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡單；連接各墻的梁，隨墻肢位置而設于間隔墻豎平面內，可隱蔽；根據建筑平面的抗側剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側力構件，較易滿足剛度和強度要求。對短肢剪力墻結構的設計計算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結構分析相同，可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，廣東省建筑設計院的廣廈CAD的SS模塊，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清華大學的TUS，廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況，精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應用較廣，但對墻肢較長的短肢剪力墻，應該用空間桿-墻組元程序進行校核。在進行以上分析后，按高層建筑結構設計與施工規(guī)范進行截面與構造設計，相對于異形柱結構，短肢剪力墻結構的理論與實踐較為成熟，但這種結構在結構設計中仍然有需要引起重視的方面。(1)由于短肢剪力墻結構相對于普通剪力墻結構其抗側剛度相對較小，設計時宜布置適當數量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內筒，以避免設防烈度下結構產生大的變形，同時也形成兩道抗震設防；(2)短肢剪力墻結構的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當有扭轉效應時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，應加強其抗震構造措施，如減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率；(3)高層短肢剪力墻結構在水平力作用下，顯現整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉剪力，由一些模型試驗反映出外周邊墻肢開裂，因而對外周邊墻肢應加大厚度和配筋量，加強小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應在兩個方向上均有連接，避免形成孤立的“一”字形墻肢；(4)各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近，必要時用長肢墻來調整剛度中心；(5)高層結構中的連梁是一個耗能構件，在短肢剪力墻結構中，墻肢剛度相對減小，連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁，不應在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調，使其設計內力降低，應按普通框架梁要求，控制砼壓區(qū)高度，其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調幅70%-80%來解決，按強剪弱彎，強柱弱梁的延性要求進行計算。2 異形柱結構異形柱結構是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4，相對于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。 這種結構的特點是：由于截面的這種特殊性，使得墻肢平面內外兩個方向剛度對比相差較大，導致各向剛度不一致，其各向承載能力也有較大差異；對于長柱（H/h4）可以不考慮剪切變形的影響，控制軸壓比較小時，受力明確，變形能力較好。而對短柱（H/h4），剪切變形占有相當比例，構件變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍，且屬薄壁構件，即使發(fā)生延性的彎曲形破壞，也因截面曲率M/EI或cu/(cu為砼的極限壓應變，為截面受壓區(qū)高度)較小，使彎曲變形性能有限，延性較差；異形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范圍之外，受力時要靠各柱肢交點處核心砼協(xié)調變形和內力，這種變形協(xié)調使各柱肢內存在相當大的翹曲應力和剪應力，而該剪應力的存在，使柱肢易先出現裂縫，也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài)，它使得異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯；特別是異形柱不同于矩形柱，它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況，其延性更差。由國內外大量的試驗資料和理論分析2，異形柱的破壞形態(tài)為：彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等，影響其破壞形態(tài)的因素有：荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長比（剪跨比），配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。由于其受力性能的復雜，設計中必須通過可靠的計算和必要的構造措施來保證其強度和延性。目前，異形柱結構設計還沒有統(tǒng)一的國家規(guī)范，僅有兩部地方性法規(guī)，即廣東省標準DBJ/T15-15-95和天津市標準DB29-16-98可供參考。在進行異形柱結構設計時，除滿足高規(guī)中對結構布置要求外，還應注意幾個方面的問題：(1)異形框架的計算由于其截面的特殊性，在柱截面對稱軸內受水平力作用時，彈性分析計算其翹曲應力很小，此時如同承受水平力的偏壓構件，仍可按平截面假定分析，按砼設計規(guī)范計算，特別是在框剪，框筒結構中，對6度及其以下烈度區(qū)的、類場地，框架柱只承擔水平風載的一小部分，如按一般偏壓柱計算，誤差較小。此時異形柱可用等剛度等面積代換成矩形柱后由程序進行整體分析。而在水平力較大，且水平力作用在非主軸方向，則翹曲應力不容忽視，按平截面假定誤差較大，則應對異形柱框架結構進行有限元分析，決定內力和配筋位置及大小。在進行內力計算和配筋計算時，宜選用帶有異形柱計算功能的計算軟件?，F在有一些軟件沒有異形柱截面形式，如要用它進行計算，要先進行等剛度等面積換算成矩形柱，進行整體分析，得到雙向內力后再進行異形柱的截面設計，其工作量相當大，且截面設計的可靠性不高。目前，國內可直接進行異形柱截面內力計算和截面設計的軟件有建研院的TAT、SATWE程序，廣東省建院的SS、SSW程序以及天津大學的鋼筋砼異形柱結構配筋計算程序CRSC。這些程序均用數值積分法進行正截面配筋設計，準確性較高，經過大量工程校算，能有效地滿足結構安全性要求。(2)軸壓比控制對框架結構，框-剪結構，柱的延性對于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起著十分重要的作用，且軸壓比又是影響砼柱延性的一個關鍵指標。由試驗結構分析3，柱的側移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降。在高軸壓比情況下，增加箍筋用量對提高柱的延性作用已很小，因而軸壓比大小的控制對柱的延性影響至關重要，特別是異形柱結構剪力中心與截面形心不重合，剪應力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構件出現裂縫，產生腹剪破壞，加上異形柱多屬短柱，這些導致異形柱脆性明顯，使異形柱的延性普遍低于矩形柱，因而對異形柱的軸壓比要嚴格控制。在廣東規(guī)程中，其軸壓比按砼設計規(guī)范中的要求減少0.05，但其適用高度較低，一般為35 m。當高層建筑的高度進一步加大時，其水平力的影響會愈來愈顯著，對結構的延性要求也愈高。由天津大學土木系對異形柱延性資料可知，影響異形柱延性的因素比普通柱要復雜，且不同的柱截面形式，如L型、T型、十字型，在相同水平側移下，其延性性能也有較大差異，因而，軸壓比控制應參考天津規(guī)程。但天津規(guī)程的控制過于繁鎖，在結構計算中，柱的縱筋與箍面的直徑還沒有設定，因而箍筋間距與縱筋直徑的比值還無法確定。為在實際工作中便于使用，可按不同的截面形式（L、T、十字型）與不同的抗震等級兩項指標從嚴控制，對低烈度地區(qū)的這類結構是能夠滿足其延性要求的。(3)配筋構造在正確的結構選型及計算后，截面內鋼筋的構造也是保證異形柱受力性能的重要因素。由于異形柱截面的特點，柱肢端部會出現較大應力，加上梁作用于柱肢上應力的不均勻，一般越靠肢端應力越大，對柱肢形成偏心壓力，進一步加大肢端壓應力。因而在異形柱配筋時，應在肢端設暗柱，暗柱的外排鋼筋由計算而定。離端部厚度范圍內設214的構造縱筋，箍筋同柱，這樣可限制柱肢的砼裂縫的開展，提高異形柱局部抗壓抗剪強度及變形能力。柱上的箍筋不僅能抗剪，也可約束砼變形，增大其延性。異形柱由于不易形成多肢復合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直徑和加密間距來實現。相同配箍率下，箍筋直徑大，其延性指標好，因而箍筋且用8、10，其間距可比普通柱箍筋間距小?？傊讨袅Y構與異形柱框架結構有著較大的市場需求，在設計中根據其受力的特點，充分了解其破壞的各種機理，選用合理的結構形式，正確掌握計算機分析方法和截面配筋，其結構才能有可靠的安全保證。第六章：結構設計之七度