高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)限值的意義

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1、軸壓比：

　　軸壓比是指有地震作用組合的柱組合軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和砼軸心受壓抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值，是影響柱子破壞形態(tài)和延性的主要因素之一。

　　為控制結(jié)構(gòu)的延性，規(guī)范對(duì)墻肢和柱均有相應(yīng)限值要求，見(jiàn)抗規(guī)6.3.7和6.4.6，在剪力墻的軸壓比計(jì)算中，軸力取重力荷載代表設(shè)計(jì)值，與柱子的不一樣。

　　2、剪重比：

　　主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性，見(jiàn)抗規(guī)5.2.5.

　　3、剛重比：

　　主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆，要求見(jiàn)高規(guī)。

　　4、側(cè)向剛度比：

　　主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性。

　　位移比：主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響?？刂票壤秊?.5.見(jiàn)抗規(guī)3.4.2、3.4.3.

　　5、周期比：

　　主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，要求見(jiàn)高規(guī)4.3.5.

　　6、剪跨比：

　　梁的剪跨比，剪力的位置a與h0的比值。剪跨比影響了剪應(yīng)力和正應(yīng)力之間的相對(duì)關(guān)系，因此也決定了主應(yīng)力的大小和方向，也影響著梁的斜截面受剪承載力和破壞的方式；同時(shí) 也反映在受剪承載力的公式上。

　　柱的剪跨比：（剪跨比λ＝M／Vh） ，若反彎點(diǎn)在柱子層高范圍內(nèi)，可取 柱子的剪跨比小于2時(shí)，需要全長(zhǎng)加密，見(jiàn)混凝土規(guī)范11.4.12、11.4.17.

　　7、剪壓比

　　（梁柱截面上的名義剪應(yīng)力V/bh0與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值）：梁塑性鉸區(qū)的截面剪壓比對(duì)梁的延性、耗能能力及保持梁的強(qiáng)度、剛度有明顯的影響，當(dāng)剪壓比大于0.15的時(shí)候，梁的強(qiáng)度和剛度有明顯的退化現(xiàn)象，此時(shí)再增加箍筋用量，也不能發(fā)揮作用，因此對(duì)梁柱的截面尺寸有所要求。

　　8、跨高比：

　　梁的跨高比（梁的凈跨與梁截面高度的比值）對(duì)梁的抗震性能有明顯的影響。梁（非剪力墻的連梁）的跨高比小于5和深梁都按照深受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。

　　9、延性比：

　　延性比即為彈塑性位移增大系數(shù)。延性是指材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)在初始強(qiáng)度沒(méi)有明顯退化的情況下的非彈性變形能力。延性比主要分為三個(gè)層面，即截面的延性比、構(gòu)件的延性比和結(jié)構(gòu)的延性比。結(jié)構(gòu)的延性比多指框架或者剪力墻等結(jié)構(gòu)的水平荷載-頂層水平位移（P-delta）、水平荷載-層間位移等曲線。

　　高層抗震

　　1.應(yīng)當(dāng)注意防震縫的設(shè)計(jì)，必須留有足夠的寬度。

　　2.平面形狀或剛度不對(duì)稱(chēng)，會(huì)使建筑物產(chǎn)生顯著的扭轉(zhuǎn)，震害嚴(yán)重。

　　3.凸出屋面的塔樓受高振型的影響，產(chǎn)生顯著的鞭梢效應(yīng)，破壞嚴(yán)重。

　　4.高層部分和低層部分之間的連接構(gòu)造不合理。

　　5.框架柱截面太少，箍筋不足，柱子的延性和抗震能力不夠而發(fā)生剪切破壞或柱頭壓碎。

　　6.由于沿豎向樓層質(zhì)量與剛度變化太大，是樓層變形過(guò)分集中而產(chǎn)生破壞。

　　7.地基的穩(wěn)定性問(wèn)題要特別注意。

　　8.伸縮縫和沉降縫寬度過(guò)小，碰撞破壞很多。

　　9.不應(yīng)在建筑物端部設(shè)置樓梯間，樓板有大洞口，因剛度不均勻而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。

　　10.外縱墻門(mén)窗洞口過(guò)大，連梁尺寸太小，容易產(chǎn)生破壞。

　　11.中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消了部分剪力墻，產(chǎn)生剛度或承載力突變，形成結(jié)構(gòu)薄弱層。

　　高層抗震設(shè)計(jì)的基本原則：小震不壞，中震可修，大震不倒。

　　高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)房屋高度和高寬比、抗震設(shè)防類(lèi)別、抗震設(shè)防烈度、場(chǎng)地類(lèi)別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)條件等因素考慮其適宜的結(jié)構(gòu)體系。

　　高層建筑的高寬比是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。

　　沉降縫、伸縮縫和抗震縫要注意的問(wèn)題：

　　高層建筑應(yīng)當(dāng)調(diào)整平面尺寸和結(jié)構(gòu)不止，采取構(gòu)造措施和施工措施，能不設(shè)縫就不設(shè)縫，能少設(shè)縫就少設(shè)縫，如果沒(méi)有采取措施或必須設(shè)縫時(shí)，則必須保證必要的縫寬以防止震害。

　　鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的溫度-收縮問(wèn)題，一般由構(gòu)造措施來(lái)解決。

　　后澆帶可選擇在對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較小的部位曲折通過(guò)，不要在一個(gè)平面內(nèi)，以免全部鋼筋都在同一平面內(nèi)搭接。一般可設(shè)置在梁和樓板的1/3處。

　　目前許多工程是采用調(diào)整個(gè)部分沉降差，在施工過(guò)程中留后澆段作為臨時(shí)沉降縫，等到沉降基本穩(wěn)定后再連為整體，不設(shè)永久性的沉降縫。

　　高層建筑的主樓和裙房的層數(shù)相差很遠(yuǎn)，在下列條件時(shí)可不留永久沉降縫：

　　1.采用端承樁，樁支承在基巖上。2.地基條件好，沉降差小。3.有較多的沉降觀測(cè)資料，沉降計(jì)算比較可靠。

　　后兩種情況下，可調(diào)壓力差，主樓和裙房部分才用不同的基礎(chǔ)，使其沉降接近。

　　調(diào)時(shí)間差，先施工主樓，待主樓基本建成，沉降基本穩(wěn)定，再建裙房。

　　抗震設(shè)計(jì)的高層建筑在下列情況下宜設(shè)防震縫：

　　1.平面長(zhǎng)度和外伸長(zhǎng)度尺寸超出了規(guī)程限值而又沒(méi)有采取加強(qiáng)措施時(shí)；

　　2.各部分結(jié)構(gòu)剛度相差太遠(yuǎn)，采取不同材料和不同結(jié)構(gòu)體系時(shí)；

　　3.各部分質(zhì)量相差很大時(shí)；

　　4.各部分又較大錯(cuò)層時(shí)。

　　此外，各結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)了伸縮縫和沉降縫時(shí)，其縫寬應(yīng)滿(mǎn)足防震縫寬度的要求。

　　防震縫應(yīng)在地面以上全高設(shè)置，當(dāng)不作為沉降縫時(shí)，基礎(chǔ)可以不設(shè)防震縫，但要加強(qiáng)構(gòu)造和連接。

　　高層建筑各部分之間凡是設(shè)縫的，就要分得徹底；凡是不設(shè)縫的，就要連接牢固。

　　《高層規(guī)程》規(guī)定：

　　1.框架結(jié)構(gòu)房屋，高度不超過(guò)15m的部分，可取70mm；超過(guò)15m的部分，6、7、8、9度相應(yīng)每增加高度5、4、3、2m，宜加寬20mm.

　　2.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按第一項(xiàng)數(shù)值的70%采用，剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按第一項(xiàng)規(guī)定數(shù)值的50%采用，但二者均不宜小于70.

　　結(jié)構(gòu)豎向布置

　　沿豎向剛度突變還由于下述兩個(gè)原因產(chǎn)生：

　　1.抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（框架、剪力墻、筒體等）的突然改變布置。

　　2.結(jié)構(gòu)的豎向體型突變。

　　當(dāng)小墻肢截面的高度小于等于墻厚的4倍時(shí)，應(yīng)按框架柱設(shè)計(jì)，箍筋按框架柱全長(zhǎng)加密。

　　抗震設(shè)計(jì)的軸壓比控制：

　　特一級(jí)、一級(jí)（9度）為0.4；一級(jí)（7、8度）為0.5；二級(jí)為0.6.

　　抗震墻的翼墻長(zhǎng)度小于其3倍厚度或端柱截面邊長(zhǎng)小于2倍墻厚時(shí)，視為無(wú)翼墻和無(wú)端柱。

　　按照結(jié)構(gòu)延性系數(shù)的大小排序：剛結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、配筋砌體結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的延性系數(shù)大，說(shuō)明結(jié)構(gòu)抗震的變形能力大，結(jié)構(gòu)的耐震性能好。有條件時(shí)，建筑的主體結(jié)構(gòu)可采用延性系數(shù)較大的結(jié)構(gòu)材料。

　　地下室頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，其樓板厚度不小于180，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜小于C30，并應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每個(gè)方向的配筋率不宜小于0.25%.

　　抗震框架柱配筋要注意的三個(gè)方面：

　　最小配箍率、最小體積配箍率、最小縱筋配筋率。

　　當(dāng)?shù)叵率易鰹樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用。

　　地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外，不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。

　　短柱：柱凈高與截面寬度之比小于4的柱子。箍筋需全長(zhǎng)加密。

　　剪跨比

　　柱剪跨比：柱子凈高與2倍柱子截面高度的比值。

　　梁剪跨比：剪跨與梁截面有效高度的比值。廣義剪跨比=M/Vh=a/h.剪跨比反映了截面上正應(yīng)力和剪應(yīng)力的相對(duì)比值，在一定程度上也反映了截面上彎矩與剪力的相對(duì)比值。它對(duì)梁的斜截面受剪破壞形態(tài)和斜截面受剪承載力，有著極為重要的影響。

　　高寬比

　　6、7度抗震設(shè)防烈度的A級(jí)高度建筑，其高寬比限值分別為：框架4，框剪5，剪力墻6，筒體6.

　　抗震設(shè)計(jì)一般剪力墻結(jié)構(gòu)底部的加強(qiáng)部位：墻肢總高度小于50m時(shí)取其總高度的1/6，大于50m時(shí)取 1/8，超過(guò)150m，取1/10.

　　裙房與主樓相連時(shí)，加強(qiáng)范圍也宜高出裙房至少一層。

　　對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)或框筒結(jié)構(gòu)，采用模擬算法2是比較合理的，可以避免剪力墻軸力遠(yuǎn)大于實(shí)際的不合情形。

　　振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。振型個(gè)數(shù)至少取3，最好為3的倍數(shù)。

　　當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí)，振型數(shù)應(yīng)不少于9.對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)振型個(gè)數(shù)應(yīng)大于12.

　　高規(guī)要求有效質(zhì)量系數(shù)不應(yīng)小于90%.

　　樓梯柱可視為短柱，箍筋需全長(zhǎng)加密。

　　高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要控制的六個(gè)比值

　　1、軸壓比：主要為控制結(jié)構(gòu)的延性，規(guī)范對(duì)墻肢和柱均有相應(yīng)限值要求，見(jiàn)抗規(guī)6.3.7和6.4.6.

　　2、剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性，見(jiàn)抗規(guī)5.2.5.

　　3、剛度比：主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層，見(jiàn)抗規(guī)3.4.2.

　　4、位移比：主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。見(jiàn)抗規(guī)3.4.2.

　　5、周期比：主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，要求見(jiàn)高規(guī)

　　6、剛重比：主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆，要求見(jiàn)高規(guī)。