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高層建筑結(jié)構(gòu)底部嵌固部位的討論
結(jié)構(gòu)底部嵌固部位是個比較復(fù)雜的問題,HiStruct讀過張維斌總工的一些觀點,覺得相當(dāng)不錯,整理出來與大家探討交流。
高層建筑一般都帶著多層地下室,而在進行結(jié)構(gòu)分析之前必須確定結(jié)構(gòu)的嵌固部位,該嵌固部位的正確選擇是高層建筑結(jié)構(gòu)計算模型的一個重要環(huán)節(jié),它直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)計算模型與實際受力狀態(tài)之間的符合程度,涉及到構(gòu)件的內(nèi)力和位移計算。那么什么是嵌固部位呢?一般的觀點是嵌固部位可以認為就是預(yù)期豎向構(gòu)件塑性鉸出現(xiàn)的部位(HiStruct注:有些人認為嵌固層應(yīng)滿足剛度的要求,即嵌固層的位置不影響整理結(jié)構(gòu)的周期和位移等,這樣的觀點對于高層建筑而言實際上非常難滿足)。嵌固層部位分析和選擇涉及到的一些問題具體包括:
一、地下室的建筑宜將上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)在地下室頂板,此時應(yīng)滿足下列條件:1) 地下室頂板與室外地坪的高差不能太大,一般宜小于本層層高的1/3。(HiStruct注:假如高差過大,那么其實相當(dāng)于此處存在一個錯層,這對于水平力的傳遞非常不利)2) 地下室頂板應(yīng)為梁板體系,樓面框架梁應(yīng)有足夠的抗彎剛度,地下室頂板的梁截面實際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實際的承載力之和。(HiStruct注:對于一般高度的高層建筑而言,這一點或許可以實現(xiàn),但是對于較高的高層建筑而言,這一點很難實現(xiàn),因為柱很多是軸壓比控制了尺寸,而非實際的承載力,這一點對于超高層建筑而言,根本無法滿足)3)地下室結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)保證地下室頂板及地下室各層樓板有足夠的平面內(nèi)整體剛度和承載力,能將上部結(jié)構(gòu)的地震作用傳遞到所有的地下室抗側(cè)力構(gòu)件上,為此地下室頂板的厚度不宜小于180mm,且該層樓面不得留有大洞,混凝土強度等級不得小于C30,并應(yīng)雙層雙向配筋,每個方向每層配筋率不小于0.25%。(HiStruct注:實際上塔樓的水平力傳遞一般不會到所有的地下室抗側(cè)力構(gòu)件,比如大概45度錐體范圍內(nèi)的構(gòu)件能共同作用才是最關(guān)鍵的,這個范圍內(nèi)的稍大開洞都必須根據(jù)傳力途徑做剩余樓板承載力復(fù)核)4) 地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受上部結(jié)構(gòu)屈服超強及地下室本身的地震作用,地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的2倍。一般情況下,地下室外墻可參與地下室樓層剪切剛度的計算,但是當(dāng)?shù)叵率彝鈮嚯x上部塔樓太遠時,則在確定結(jié)構(gòu)底部嵌固部位時,則不宜考慮其參與樓層剪切剛度的計算。5) 地下室柱截面每側(cè)配筋面積除應(yīng)滿足計算要求外,不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積,地下室剪力墻的配筋也不應(yīng)少于地上部分。6) 上部為多塔且地下室連成一片時,應(yīng)滿足兩條:(a)大底盤地下室的整體剛度與上部所有塔樓的總剛度之比應(yīng)滿足2倍的要求。(b)每棟塔樓范圍內(nèi)(可取塔樓向周邊外擴45度范圍)的地下室樓層剪切剛度與相鄰上部塔樓的剪切剛度之比不小于1.5。(HiStruct注:這雖然不是規(guī)范規(guī)定的方法,但是也是被默許采用的方法,實際上有待商榷,見最后的補充說明)
二、若由于地下室大部分頂板與地面高差較大,開大洞,或地下一層為車庫墻體很少等原因,造成剪切剛度比計算不能滿足頂板作為結(jié)構(gòu)嵌固部位的剛度計算要求時:1) 可以將結(jié)構(gòu)嵌固部位置于地下一層底板,此時除了應(yīng)滿足上面所提到的條件外,還必須滿足下列條件:(a)地下一層的樓層剪切剛度應(yīng)大于地上一層的樓層剪切剛度;(b)地下二層的樓層剪切剛度應(yīng)大于地上一層的樓層剪切剛度的2倍。
三、HiStruct補充一些說明1)嵌固層部位的選擇還涉及到地震能量的大小,假如地下室有20米深,那么嵌固在地面與嵌固在基礎(chǔ)底板上,實際地震波是不一樣,嵌固在基礎(chǔ)時地震波比較小,因為地震波是一個逐漸放大的過程,但是此時結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量又大,因此很難權(quán)衡嵌固在哪里計算更合適。實際上很多較高的高層建筑的底部嵌固情況都是界于地面和基礎(chǔ)之間的,因此對于有些重要的項目,經(jīng)常取不同的嵌固層都計算進行包絡(luò)和偏保守設(shè)計,并且整個構(gòu)造都是要考慮的。2)關(guān)于梁柱承載力的設(shè)計要求,為了保證嵌固層處實現(xiàn)“強梁弱柱”的塑性鉸破壞機制要求,需要梁設(shè)計的非常巨大,而對于很高的樓而言由于柱子太大(小偏壓),這個承載力條件一般滿足不了,因此光從剛度比一個角度來評價和確定嵌固層是不夠的,合理的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計,應(yīng)該要考慮相對承載力的影響。
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