1. 高層建筑結(jié)構(gòu)的定義

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以上選自《高規(guī)》。

拿到一個(gè)項(xiàng)目首先要分清楚是否屬于高層建筑結(jié)構(gòu),再進(jìn)行下一步的工作,因?yàn)楦邔优c多層在規(guī)范要求上有部分是不一樣的(例如:整體指標(biāo)的計(jì)算、抗震構(gòu)造措施的變化等等)。

2. 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)體系是由剪力墻同時(shí)承受豎向荷載和側(cè)向水平力的,利用建筑專業(yè)給定的墻體,布置鋼筋混凝土墻(即剪力墻),從受力上講剪力墻是一個(gè)懸臂板(平面內(nèi))。(名稱:抗規(guī)是抗震墻、高規(guī)是剪力墻、也稱之為鋼筋混凝土墻)

剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指:剪力墻和由于剪力墻開洞而形成的連梁組成的結(jié)構(gòu)。

連梁是指兩端與剪力墻在平面內(nèi)相連的梁。一般在風(fēng)荷載和地震荷載的作用下 ,連梁的內(nèi)力往往很大。連梁是第一道防線,能夠很好地起到耗能的作用。(高層剪力墻結(jié)構(gòu)中梁的種類)

要能夠形象地理解連梁的工作原理:在水平力作用下,墻肢產(chǎn)生彎曲變形,連梁為了協(xié)調(diào)這種變形,產(chǎn)生內(nèi)力,梁端產(chǎn)生的彎矩、剪力、軸力反作用于墻肢,約束墻肢變形,反復(fù)作用下,梁端形成塑性絞,結(jié)構(gòu)剛度降低,變形加大,從而吸收大量的地震能量,同時(shí)通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力,對(duì)墻肢起到一定的約束作用,使剪力墻保持足夠的剛度和強(qiáng)度,不至于發(fā)生傾覆和倒塌,此即為延性破壞。在這一過程中,連梁起到了一種耗能的作用,對(duì)減少墻肢內(nèi)力,延緩墻肢屈服有著重要的作用。此種工作狀態(tài)是最理想的狀態(tài),屬于延性破壞,塑性鉸的形成對(duì)耗能起到了很大的作用,而耗能能力的大小取決于塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。此種情況一般出現(xiàn)在連梁跨高比較大的時(shí)候(不小于5,高規(guī)275頁7.1.2建議宜大于6就是這個(gè)原因)。而脆性破壞是指對(duì)于跨高比較小的連梁,剛度大,吸收的地震力也大,發(fā)生剪切破壞時(shí),各墻肢喪失了連梁對(duì)它的約束作用,將成為單片的獨(dú)立墻。這會(huì)使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低,變形加大,墻肢彎矩加大,由于沒有連梁的約束,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌(根源在于轉(zhuǎn)動(dòng)能力很弱)。連梁越柔,協(xié)調(diào)變形的能力越強(qiáng),延性越好。

高層剪力墻結(jié)構(gòu)中,連梁是第一道防線,要保證連梁是延性破壞,起到耗能的作用,保證強(qiáng)墻弱連梁。設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免采用強(qiáng)連梁(跨高比小于2.5的連梁),盡量采取減小梁高加大跨度的辦法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)的受力性能

高層建筑結(jié)構(gòu),風(fēng)荷載和水平地震作用是影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形的主要因素(此處區(qū)別于多層框架,多層框架結(jié)構(gòu)中一般是豎向荷載起控制作用)。

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高層建筑結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是從其自身地基上升起的豎向懸臂構(gòu)件,可以認(rèn)為是一個(gè)懸臂梁,承受著水平荷載(風(fēng)、地震)和豎向荷載(自重、恒活荷載)。大家在理解高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候可以和懸挑梁對(duì)比來理解,例如:底部加強(qiáng)區(qū)的設(shè)定、高寬比對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響等等。

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4.與框架結(jié)構(gòu)的區(qū)別

框架結(jié)構(gòu)屬于一種比較柔的結(jié)構(gòu)形式,不能做太高,但是對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu),由于其自身剛度較大,抗側(cè)力能力很強(qiáng),能夠做的比較高,因此在高層中普遍應(yīng)用。框架柱與剪力墻在抵抗水平地震方面,其能力不是一個(gè)量級(jí)的。截面截面慣性矩I. (理解剪力墻平面內(nèi)平面外、截面高度)

首先要理解反彎點(diǎn)的概念(從彎矩圖和變形兩個(gè)角度來理解,也是理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理之一,即力與變形的關(guān)系)。反彎點(diǎn):彎矩一正一負(fù)的零點(diǎn)位置;變形突變的點(diǎn)。反彎點(diǎn)的出現(xiàn)從根本上來講是豎向構(gòu)件與水平梁的線剛度的比值來決定的,墻體的剛度相對(duì)于連梁來說是很大的,因此不會(huì)在墻體內(nèi)出現(xiàn)反彎點(diǎn),而框架柱的剛度相對(duì)于梁來說不會(huì)相差很大,因此會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

4.1 下圖為框架結(jié)構(gòu)的受力圖,整體變形為剪切型變形。

變形為剪切型變形,決定了框架結(jié)構(gòu)的位移底部最大,從而影響了框架結(jié)構(gòu)的很多特性(如:不能做很高、填充墻在地震時(shí)候是底層破壞嚴(yán)重等)。

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4.2下圖為純剪力墻結(jié)構(gòu)的受力圖,整體變形為彎曲型

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以上兩圖剪力墻上開洞面積較小,彎矩圖僅僅有局部突變,基本上沒有反彎點(diǎn),變形以彎曲型為主。

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上圖為雙肢墻及多肢墻,彎矩圖僅僅有局部突變,基本上沒有反彎點(diǎn),變形以彎曲型為主。

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圖中彎矩圖在樓層位置突變,出現(xiàn)反彎點(diǎn),與框架的受力性能接近,因此變形是以剪切型變形為主,應(yīng)當(dāng)注意在高層建筑中盡量避免。因此高規(guī)規(guī)定了墻肢高度與厚度的比值,7.1.8.

當(dāng)墻肢的截面高度與厚度之比不大于4時(shí),宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

4.3 結(jié)論:樓層內(nèi)是否出現(xiàn)反彎點(diǎn),決定了結(jié)構(gòu)體系的受力性能。

從以上圖中可以得知,剪力墻的受力特點(diǎn)與洞口的大小有關(guān),即與連梁的剛度有關(guān)。

連梁與墻肢的線剛度比值決定著反彎點(diǎn)是否出現(xiàn),當(dāng)開洞過大的時(shí)候,且墻肢高厚比很小的時(shí)候,墻肢過分削弱,導(dǎo)致反彎點(diǎn)的出現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,一般的情況是雙肢墻或多肢墻的情況,彎矩為齒狀,此時(shí)的連梁起著連接墻肢,保證墻體整體穩(wěn)定性的作用,因此高規(guī)條文說明:本規(guī)程所指的剪力墻結(jié)構(gòu)是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結(jié)構(gòu),其變形特點(diǎn)為彎曲型變形,目前有些項(xiàng)目采用了大部分由跨高比較大的框架梁聯(lián)系的剪力墻形成的結(jié)構(gòu)體系,這樣的結(jié)構(gòu)雖然剪力墻較多,但受力和變形特性接近框架結(jié)構(gòu),當(dāng)層數(shù)較多時(shí)對(duì)抗震是不利的,宜避免。

5.高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟

所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作步驟:統(tǒng)計(jì)外力作用、建立計(jì)算模型、計(jì)算構(gòu)件內(nèi)力、由內(nèi)力算配筋、構(gòu)造加強(qiáng)措施。

設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟:高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

(1)看懂建筑圖(此時(shí)的建筑圖一般只有大平面或者簡(jiǎn)單的立面,建筑圖沒有細(xì)化)對(duì)建筑關(guān)系有一個(gè)大體的了解。

(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定大致的墻厚,以及結(jié)構(gòu)墻體的位置,板塊的劃分(梁和墻體的布置),并初步建模試算(注意satwe參數(shù)設(shè)置要正確)更要注意建筑的平面和豎向的體型。在這個(gè)過程,會(huì)和建筑專業(yè)不斷地溝通。

(3)根據(jù)satwe計(jì)算結(jié)果,對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整,整體計(jì)算注意幾個(gè)比值和參數(shù)(層間位移角、軸壓比、位移比、周期比、剛度比、剪重比、剛重比、層間受剪承載力之比,平均重度)一定滿足規(guī)范要求;對(duì)于連梁和墻體,要注意查看配筋率是否合理。

(4)整體指標(biāo)、單個(gè)構(gòu)件計(jì)算滿足規(guī)范要求并且經(jīng)濟(jì)合理之后,模型盡量不要再進(jìn)行大的調(diào)整。并將截面尺寸以及墻體定位提給建筑專業(yè)、水電暖專業(yè)。

(5)開始繪制施工圖:繪制施工圖的過程中,或多或少的會(huì)對(duì)已經(jīng)調(diào)整好的模型進(jìn)行再次的調(diào)整(原因:建筑圖還在不斷完善修改;結(jié)構(gòu)調(diào)模型階段沒有注意到的問題)。這時(shí)調(diào)整模型之后,一定注意對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行再次的查看,看是否滿足規(guī)范要求。

施工圖包括總說明,墻體、梁、板施工圖繪制,基礎(chǔ)施工圖繪制,樓梯墻身施工圖繪制。