高層建筑結構設計是一項長期而又復雜的系統(tǒng)性工程,由于結構設計對整個建筑的影響相當重大,對整個建筑的安全性、可靠性、經(jīng)濟性有著決定性的作用,在結構設計過程中如果發(fā)生任何的錯誤或者紕漏都有可能造成嚴重的后果或者經(jīng)濟損失。因此,我們在進行結構設計時,應該全面考慮、認真分析處理每一個細節(jié)問題,確保結構設計的質(zhì)量。
l必須注意建筑結構的整體穩(wěn)定性
在高層建筑抗震設計中,其高寬比應該是一個值得認真考慮的參數(shù)。
(1)在抗傾覆穩(wěn)定性驗算時,應該使地震作用的傾覆力矩與重力在基礎與地基交界面得合力作用點不得超過力矩作用方向抗傾覆構件基礎邊長的1/4。
(2)為保證上部結構的穩(wěn)定性,可以適當加低層的建筑寬度,但是高寬比不得超出規(guī)范要求的限值。
(3)基礎的埋深一定要滿足要求。有些建筑物主樓與裙樓之間用變形縫分開,從而導致了主樓的基礎埋置深度不夠,當發(fā)生地震時,整個建筑物便會產(chǎn)生滑移,甚至整體傾覆。
(4)如果高層建筑的高寬比比較大時,不宜采用天然地基或者復合地基上的淺基礎,最好是采用樁基礎,基礎鋼筋深入承臺的錨固長度必須滿足要求。因為,樁基礎埋置深度較大樁基與地基間具有很大的摩擦力,可以很好的抵抗上部結構的傾覆力。
2重視結構的延性。避免截面配筋率過大
要想讓建筑物在強烈地震作用下有很強抗傾覆能力,最好的方法是將建筑結構中所有的構件的延性都提高。但是在工程實際中,考慮到經(jīng)濟等因素,是不可能實現(xiàn),而且也是沒有必要的。在實際建筑工程中通常是通過選擇性的、有針對性的增強結構中的重要構件的延性,已達到提高建筑結構的抗震性能。在豎直方向,對于體型簡單、剛度沿高度方向分布的高層建筑,應該重點增強低層建筑結構結構件的延性:對于底板較大的,則應該重點考慮增強裙樓與主樓相銜接部位的構件的延性;而對于形狀不規(guī)則的,則應該重點注意增強體型發(fā)生突變處的構件的延性。在建筑結構的平面位置上,應該注重增強以下幾個部位的構件的延性:在房屋周邊轉角處、平面突變處、復雜平面各翼相接處構件;對于偏心結構,應該增強房屋周邊尤其是剛度比較小的位置的構件延性;對于有多道抗震防線的抗側力構件,應該對第一道抗震防線構件的延性予以提高。在高層建筑結構設計時應該遵循“強柱弱梁、強剪弱彎強節(jié)點弱桿件”的原則,讓結構可以進入彈塑狀態(tài),是的結構通過彈塑性變形將地震的能量吸收一部分,從而減小地震烈度,以增強建筑結構的抗震性能。建筑結構在遭遇強地震時其結構內(nèi)力的分配是與結構的實際承載力成正比的,而構件的承載力又與其配筋和截面大小有關。因此,在結構設計時應該要注意,如果加大了某一個構件的截面配筋,形成了強梁弱柱、強桿若節(jié)點的情況,那么該結構的抗震性能將會大大減弱,因為這樣的結構設計是不具備良好的延性。所以,我們在進行建筑結構設計時,必須要注意避免出現(xiàn)構件截面的縱向筋超配的問題,此外,還應該注意避免選用剛度超大的材料。
3框架柱設計的問題
(1)框架柱承受的軸向壓力較小,對于長柱,在往復水平力的作用下,滯回曲線越豐滿表示其消耗能量的能力越強,其延性也就越好;而對于短柱,在往復水平力的作用下,滯回曲線呈較瘦的反S形,表面其消耗能量的能力較差,其延性也就較差,其破壞形式為剪切破壞。為滿足軸壓比限值的要求,高層建筑的底部柱的截面積一般較大,但受到層高的約束,往往就讓框架柱變?yōu)榱硕讨。在實際的結構設計中可以采取下列措施:①首先保證框架柱的截面媽祖規(guī)范軸壓比的要求。②讓柱的軸壓比滿足規(guī)范限制要求。③使用高強混凝土或者鋼管樁混凝土柱。確保結構設計符厶‘強柱弱梁、強剪弱彎”的原則,在發(fā)生地震時,低層框架柱不發(fā)生剪切破壞。
(2)處于同一樓層的各個柱的剛度盡量相同。多次的地震災害對結構產(chǎn)生的破壞表明,當結構中同時存在長短柱時,由于構件的剛度及受力差異很大,很容易被地震作用各個擊破,一次遭受破壞。
(3)在框架體系與框簡體系結構中,角柱的受力要遜色與其他柱。主要有以下幾方面的原因:①在雙向剛接的框架中,角柱在縱橫兩個方向都是單邊有梁,也就是說在結構重力的作用下,角柱雙向受彎。②高層建筑在水平力的作用下產(chǎn)生比較大的傾覆力矩,當框架整體發(fā)生彎曲時,角柱受到的附加軸力最大。③結構的質(zhì)心不可能與鋼心完全重合,當結構發(fā)生扭轉振動時,角柱產(chǎn)生的相對側移量最大。所以,為了避免角柱的斜向壓彎以及扭轉破壞,其截面尺寸不宜過小,另外還應該適當?shù)募用芄拷睿蕴岣呓侵某休d力。但是也比必要刻意的增大角柱的截面尺寸。
4剪力墻設計的問題
(1)鋼筋混凝土抗震墻的延性以及破壞形態(tài)同墻體的高寬比、結構超靜定的次數(shù)有著密切的關系。為增強抗震墻的柔韌性,防止產(chǎn)生剪切破壞,當抗震墻較長時,可以利用洞口設置弱連梁,將墻體分為小開口墻、單肢墻或者多肢墻,并且將每一個墻段的高寬比控制在2.0以內(nèi)。弱連梁指的是地震作用下各層連梁的總約束彎矩不超過該墻段總地震彎矩的l/5;連梁結構不得太強,防止在地震作用下出現(xiàn)某一墻肢全截面受拉,對于建筑結構來講,這是相當危險的。但是連墻有不能設計太弱,當連梁僅相當于一般小梁時,墻肢也就成為了單肢墻,其延性很差,只有多肢墻的一半左右,而且單肢墻只有一道抗震防線,其結構超靜定次數(shù)少,在地震作用下很容易產(chǎn)生破壞。在實際建筑結構設計時,都得對連梁的剛度進行折減,因為剪力墻一半都具有較大的剛度,在水平荷載的作用下,連梁會產(chǎn)生很大的內(nèi)力,往往會超出截面的允許值。解決該問題的辦法是可以先讓這些連梁屈服,讓連梁成為塑性鉸而不發(fā)生脆性破壞。連梁的設計也必須滿足強剪弱彎的要求,實際上對連梁的剛度進行折減也就是減弱其抗彎能力。
(2)規(guī)范明確規(guī)定了剪力墻的端部應該設置暗柱、端柱等邊緣構件。這些邊緣構件的作用與磚混結構中的約束住一樣,當結構剛度比較小時,在地震作用下層間位移及定點的位移就會較大,此時邊緣構件也就起到相當大的約束作用,因此,要適當增大暗柱、端柱等邊緣構件的截面尺寸與配筋。
5地下室外墻設計的問題
高層建筑一般都設置有地下室,地下室外墻主要承受結構自重、地面活載及側向土壓力等。在已經(jīng)建設完成的高層建筑中,地下室的外墻設計存在較大的差異,主要是外墻的厚度與配筋差別較大,怎么樣在確保結構安全的同時又最大限度體現(xiàn)經(jīng)濟性,是廣大設計人員應該認真考慮的一個問題。地下室外墻的受力與上部建筑結構的類型及布置有著很大的關系。當采用框架結構時,地下室外墻頂端受到上部填充砌體與±O.OO樓板的約束較小,可以將墻體底端認定為鉸接而當采用鋼筋混凝土剪力墻結構時,地下室外墻頂端受剪力墻與±O.OO樓板的約束則較大,可以認定墻壁為固結。由于基礎的剛度比墻體的剛度大很多,因此,墻的下端可視為固定端。而在實際的設計中,考慮到邊界條件不是很明確,以策安全,可對同一邊界采取兩種不同的假設,進行計算。一般情況下,當采用框架結構時,地下室的外墻的截面尺寸及配筋要大一點;采用剪力墻結構時,地下室外墻厚度及配筋相對要小點。
6結束語
高層建筑工程結構設計中,結構設計措施至關重要。結構體系日趨多樣化,出現(xiàn)了各種形式的多塔、錯層、帶轉換層、樓板局部開大洞的結構類型,其中立面布置也越來越復雜,所有這些都對高層建筑的結構提出了更高的要求。作為設計單位或設計人員,應該在更加充分理解規(guī)范的基礎上,認真做好細節(jié)工作,把深刻的理論、概念在實際工作中正確地淋漓盡致地表現(xiàn)出來。為社會發(fā)展和進步做出更大貢獻。