結構方案及概念的調研

2021-04-03 19:07:00 字數 4873 閱讀 7633

1. 加強或減弱建築物構件水平構件(樓屋蓋的梁和板)的剛度;

2. 加強或減弱建築物構件豎向構件(如增減剪力牆和柱的數量及截面尺寸)的整體性和剛度;

3. 加強或削弱構件間的連線,改變節點剛度;

4. 增大或減小建築物在平面上的寬度,降低或增高其高寬比;

5. 改變建築物的形狀,將一字形改為#,y,⌒型或相反;

6. 改變建築結構構件的剛度可以從以下方面來實現:增大,減小結構構件的橫截面面積,增大,減小構件縱向配筋率和提高或降低構件的混凝土強度等級。

e剛度的分配:在建築結構達到適宜的剛度(含滿足變形,振動加速度,自振週期等要求)後按如下原則分配:在平面布置時剛度即要相對集中又要均勻分布。

相對集中可節約材料,減輕結構自重,減少**力;均勻分布可以減小某些構件產生過大變形。

f有關剛度分配方面的幾個問題:

1. 當剛度小分布均勻,但過於分散建築物很高時不經濟(見方案一);

2. 剛度過分集中,分布不均勻,在水平力作用下產生過大變形(見方案二);

3. 剪力牆的間距過大樓板在**作用下產生彎曲破壞,甚至會被拉裂破壞,在**作用下已不完全是整體變形,他除了整體變形外,樓板還產生區域性彎曲(見方案三);

4. 剛度分布較好地符合了相對集中與分散的原則(見方案四);

5. 除了充分考慮建築物橫向剛度外,一定要使建築物在縱向上也有比較適宜的剛度,尤其在抗震建築中,縱向剛度是必不可少的,而這正是一般設計人員最容易忽視的問題。

(2) 認識和掌握結構的破壞機制和塑化歷程

建築物的破壞機制一般分為兩種,即樓層破壞機制和整體破壞機制(如圖)

設計中應盡量避免結構產生樓層破壞機制,這種破壞說明結構在柱中村村在薄弱環節,即在其它構件承載力尚未充分發揮作用之前,整個結構已經提前破壞。要使整個結構達到整體破壞機制是容易的,但在**作用下,出現介於樓層破壞和整體破壞之間的某種機制,也是完全可以理解的。設計人員的責任和義務就是努力實現理想的建築結構的整體破壞機制,就是正確布置和掌握塑性鉸出現的位置和出現順序,就是盡量使結構達到理想破壞機制。

各種不同的結構體系,其理想的破壞過程是不同的,如下圖

a純框架結構的理想破壞機制

**作用下首先在樑端產生塑性鉸,消耗**能量。產生塑性鉸後,結構剛度下降,計算簡圖發生變化,**力減小,結構受力狀態自然會得到改善。如繼續強震作用,底層柱底彎矩增大,導致底層柱底最終出現塑性鉸,結構進入失穩狀態成為幾何可變體系。

在設計時必須千方百計保證底層柱的抗彎和抗剪強度,要破例提高這一部分的可靠度,以推遲底層柱塑性鉸的出現和提高底層柱的延性。

另外,在設計時注意以下幾點措施:

1框架計算中將梁固端彎矩進行適當調幅

梁調幅後,對梁支座是不利的,強震作用下樑支座可能過早出現塑性鉸,但對整個結構來說是有利的,可以提高框架的延性。

2框架梁的下部鋼筋如不是計算需要和構造要求,以不伸入柱中或不完全錨固在柱中為好。

3人為地對不同構件的部位給予不同的安全等級,或在配筋時認為的增減。

b剪力牆結構的理想破壞機制

剪力牆結構的剛度一般都很大,設計的任務抗彎和抗剪強度設計。塑化過程比較簡單,就是在底部(與牆肢寬相當或1/8總高度且小於底層層高的層高範圍內)出現塑性鉸,直至破壞。在設計剪力牆結構時要對這一部位特殊關照,盡量提高其延性,對它的抗彎和抗剪可靠度給予適當提高。

為了保證剪力牆結構結構不出現樓層破壞,既不使剪力牆在上部首先出現塑性鉸,規範規定用提高的彎矩萊計算剪力牆的抗彎和抗剪鋼筋。

當為聯肢剪力牆結構時,其塑化歷程是首先在聯肢樑中出現塑性鉸吸收**能量,改變建築物剛度,**力減小。如繼續強震作用,會導致聯肢牆部出現塑性鉸,建築物變形急劇增大並將失穩,最後倒塌。設計的關鍵是牆底部的抗彎和抗剪強度問題,設計時只要在這一部位給予充分的考慮重視,可靠度給予適當提高,注意其延性設計,就可基本做到「大震不倒」。

另外,在設計時注意以下幾點措施:

1剪力牆內豎向鋼筋的配筋率不宜過小,避免在大震作用下產生脆性破壞。水平分布筋直徑不宜過小間距不宜過大,否則對混凝土起不到約束作用;豎向鋼筋直徑更不能太細間距不宜過大,否則混凝土澆築時,鋼筋揮發生移位,牆厚大於160時,應作雙層鋼筋,水平筋應放在豎向筋的外側,與利於抗剪且便於施工。據北京和廣東調查,溫度應力的影響,在剪力牆頂部和底部一定範圍內,其配筋率還應適當增大。

2在剪力牆的端部以及牆與牆交叉處應該設定暗柱。暗柱可以提高剪力牆的承載力,可以對邊緣處混凝土起約束作用,避免區域性壓碎,與暗梁一起組成邊框,對抗倒塌和抗扭均有利。

3在樓屋面板處,沿建築物周邊作封閉式圈樑,以保證樓板的整體性和在強震下;樓屋面板不被撕裂。圈樑在多數情況下是由主次梁所組成,在無樑時要做暗梁,尤其對端山牆,更加需要,它的設定對抗扭是有利的。

4設計中要特別注意剪力牆的與樓板的連線,尤其在採用預製板時,更需採用特殊措施。一般剪力牆均比較薄,且有豎向鋼筋,這時樓屋面板支承長度不可能太長,又時僅20,全靠預留出板端的鋼筋拉接;此時如果如錨固不好,或接縫出混凝土強度不足,在強**作用下,樓板就會脫落。剪力牆失去支承後也會喪失穩定而倒塌。

為此,建議將預製板的端部做成槽齒形,錯開剪力牆的豎向鋼筋伸入支座,這樣可以增長搭接長度。與預製板相比,現澆板就優越的多,在高烈度區最好採用現澆板。

c框架-剪力牆結構的理想破壞機制

框架-剪力牆結構的結構剛度介於框架和剪力牆之間,是目前採用的各種鋼筋混凝土結構中比較容易調整總剛度的結構體系,適用面廣。框架結構剛度比較小,設計時出發點是保證結構有良好的延性和變形能力,即框架結構設計的重點在於延性,而剪力牆結構的剛度較大,設計中首先遇到的問題是強度設計,包括抗彎和抗剪強度設計,同時也要保證剪力牆有良好的延性。框架-剪力牆結構是兩者的有機結合,首先是強度設計,其次也是延性設計。

其塑化歷程是首先在聯肢樑中出現塑性鉸,而後在剪力牆的底部出現塑性鉸,再後發展才是在框架梁上,最後在底層柱底部產生塑性鉸。

要使框架-剪力牆結構按理想機制進行破壞,除了遵守框架結構和剪力牆結構的各種設計要求外,還應在設計中注意以下幾點要求:

1剪力牆的數量不宜按所謂的合理數量直接採用,而應比這個數值要求高一些。因剪力牆的合理數量,多數是單純從控制頂點位移和層間位移的需要出發計算出來的。並未考慮其它不利因素。

否則在強震作用下,由於剪力牆的數量不足首先遭到破壞,水平力大部分傳給框架結構;而框架結構在設計中又沒有過多地考慮承受過多的水平作用,會產生連續破壞,造成嚴重後果。

2剪力牆數量確定後,還要驗算其頂點加速度是否符合要求,建築物自振週期是否避開場地的卓越週期。當這些要求全部滿足後,在剪力牆的平面布置中,也要採取相對集中和分散布置相結合的原則,要盡量使橫向與縱向剪力牆連成整體構成十字形,t字形或l字形。這樣既可省材料,又可增大結構的整體剛度和穩定性,同時還有利於抗扭。

3當剪力牆為聯肢牆時,要避免出現一肢牆大,一肢牆小的情況,同時還要避免設計成一肢牆帶邊緣構件,而另一肢牆不帶邊緣構件的情況。否則就會出現薄弱環節,在強震作用下,造成一肢剪力牆先破壞,從而引起連續破壞的嚴重後果。

d筒中筒結構的理想破壞機制

這裡所指筒中筒結構,是外邊為框架筒,內部為核心筒的結構。這種結構具有良好的空間抗側力結構,一般認為它的破壞機制有別於框架-剪力牆結構,還沒有收到嚴重破壞的工程例項。因為外框筒結構一般開洞面積不會超過百分之五十,即外框架筒是由短梁和端柱或者是由有深梁寬柱所組成,它是一種開孔的筒,而不是框架結構。

但是,當外框架筒開孔很大或者柱很稀疏時,其破壞機制可能接近框架-剪力牆結構。究竟這種結構的破壞機制如何?其塑化歷程怎樣乙個順序,目前還很難說清楚,但注意以下幾點是不會錯的:

1加強筒體結構的角柱。目前國內外對角柱設計實際存在兩種觀點:一種要加強角柱,因為它是連線腹板與翼緣結構的紐帶,受力狀態比較複雜,設計時要加大其面積,給予足夠的可靠度。

一般角柱的面積均要比其它柱的面積達2-3倍。另一種意見認為不但不加強,反而要削弱角柱,甚至取消它,把角柱的作用相側邊移,這樣可以簡化計算。國內多數人認為加強角柱是合理的。

2外框架筒上面積不宜過大。開洞大小直接影響著框架筒的剛度和整體受力效能。當開洞面積較小時,不影響框架筒的整體工作效能;當開洞面積太大時,就不是框架筒結構而成為框架結構了,與內筒組合就成了框架-剪力牆結構。

國內外資料和試驗證明,框架筒性開洞面積與牆體面積之比在50%以下,就可以滿足同中筒結構的要求,而且其開洞的高寬比分別取層高和柱距的2/3為宜。當然,如果開洞面積與牆體面積之比比50%要小,開洞的高度和寬度可以有一定的靈活性。

3在目前國內普遍採用的高度範圍內,筒中筒結構設計主要是強度設計。筒中筒結構的剛度很大,其動力周期短,所受**力作用大。它的設計主要是強度設計,包括抗彎和抗剪的強度設計,特別是各種構件(柱,裙梁和牆體等)的抗剪強度的設計更要給予特別重視。

因為這些構件的尺寸均不同於一般框架結構,它們的截面尺寸較大,長細比小,剛度大,多數是剛性構件。

(3) 等強度與耗能設計原則

此為必須認真考慮的原則,設計時一定要避免由於設計考慮不周或施工的區域性缺陷造成在水平作用下部分主要承重結構構件提前破壞,整幢建築物連續破壞。或者由於區域性破壞嚴重,使建築物過早地處於不能正常使用的狀況。故在建築物的整體設計時要加強薄弱環節,盡量做到等強度。

框架的角柱給予加強,防止角柱先於其他結構的破壞,引起結構其它部位的連續破壞;建築物平面性狀不規則時,如下圖,就應該特別加強其○的部位,因為這是薄弱環節,強震下,這些部位可能產生應力集中,過早破壞。

在**區平面區域性突出尺寸t宜盡量減小,當t/b≤1.0且t/d≤0.3時,可認為是平面角規則。

在注意等強度的原則同時,一定要注意使建築結構在乙個恰當的部位具有能消耗大能量的效能。在設計時要在結構某些部位人為地製造若干薄弱環節,以便比較容易地產生一些塑性鉸,並耗散大量的能量,還可以增大結構的整體延性。目前已經掌握的方法主要是在剪力牆中設定垂直和水平滑動縫,選擇一些耗能構件,在**作用下,使其產生塑性變形,如聯肢牆的聯肢梁。

耗能構件應具有明顯的約束屈服階段,同時應使仍然處於彈性工作的構件保持得越久越好。

具體在選擇主要耗能構件時應注意以下幾點:

1耗能構件的屈服應仍然處於彈性階段的構件約束,即它們的屈服在整個建築結構中應該是區域性性的,不至於引起整體失穩和破壞。

2耗能構件不應該選用主要承受豎向荷載的構件,如柱,剪力牆等。

3為了更多的消耗**能量,耗能構件應該有相當的數量,而且這些耗能構件應有較好的延性。

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