用户登陆
站点日历
站点统计
最新评论
建筑结构设计常见问题(转帖) [ 日期：2008-04-17 ] [ 来自：建筑结构设计常见问题(转帖)
本讲座共讲解六个问题，分别是：
一 概念设计
二 荷载作用
三 地震作用
四 结构设计的基本规定
五 多高层钢筋混凝土结构
六 砌体结构和底框架结构
一．概念设计
1．结构设计中为什么要强调概念设计？
我们在结构设计中强调概念设计，就是要求建筑师和结构工程师在建筑设计中应特别重视规范和规程中有关结构概念设计的各条规定，设计中不能陷入只凭计算的误区。若结构严重不规则，整体性差，则仅按目前的结构设计水平，难以保证结构的抗震和抗风性能，尤其是抗震性能。
而在高层建筑抗震设计中，更要非常重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性，发生地震时地震动的不规则性，人们对地震时结构响应认识的局限性以及其它不可预测的因素，致使设计计算结果可能和实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。
因此在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据。但仅此往往不能满足结构安全性和可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，还必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要。概念设计是通过无数的事故分析，历年来国内外震害分析和模拟试验的定量定性分析以及长期以来国内外的设计与使用经验分析和归纳总结出来的。而概念设计所要求的原则、规定和方法，往往都是基础性、整体性和全局性以及关键性的，有些概念设计的要求，为整个设计设置了两道防线，保证了建筑物的安全可靠。
2．做好概念设计应掌握哪些方面知识？
概念设计是结构设计人员运用所掌握的知识和经验，从宏观上决定结构设计中的基本问题，要做好概念设计，应掌握以下各方面的内容：结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防等选择合理的结构类型；竖向荷载、风荷载及地震作用对不同结构体系的受力特点；竖向荷载、风荷载及地震作用的传递途径；结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节；建筑结构的整体性，承载力和刚度在平面内及沿高度均匀分布，避免突变和应力集中； 预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围；抗震房屋应设计成具有高延性的耗能结构并具有多道防线；地基变形对上部结构的影响，地基基础与上部结构协同工作的可能性；各类结构材料的特性及其受温度变化的影响；非结构性部件对主体结构抗震产生的有利和不利影响，要协调布置，并保证与主体结构连接构造的可靠性。
3．结构抗震概念设计的基本原则是什么？
结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，地震能量的耗散如果仅集中在极少数的薄弱部位，将导致结构过早破坏。现有抗震设计方法的前提之一是假定整个结构都能发挥耗散地震能量的作用，在此前提下，才能以多遇地震作用进行结构计算和构件设计并加以构造措施，或采用动力时程分析进行验算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标，所以结构抗震概念设计的基本原则是：
（1）结构的简单性
结构简单是指结构在抗震作用下具有直接和明确的传力途径，结构的计算模型、内力和位移分析以及限制薄弱部位出现都易于把握，对结构抗震性能的估计也比较可靠。
（2）结构的规则性和均匀性
① 沿建筑物竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位，这些部分将产生过大的应力集中或过大的变形。容易导致结构过早的倒塌。
② 建筑平面比较规则。平面内结构布置比较均匀，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。建筑平面规则，结构布置均匀，有利于防止薄弱的子结构过早破坏和倒塌，使地震作用能在各子结构之间重分布，增加结构的自由度数量，发挥整个结构耗散地震能量的作用。
（3）结构的刚度和抗震能力
① 水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。结构的抗震能力则是结构承载力及延性的综合反映。
② 结构刚度选择时，虽可考虑场地特征，选择结构刚度，以减少地震作用效应，但也要注意控制结构变形的增大，过大的变形将会因P-△效应过大而导致结构破坏 。
③ 结构除需要满足水平方向的刚度和抗震能力外，还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转震动的能力。现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量。在概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转震动的能力。
（4）结构的整体性
① 在建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到了非常重要的作用，楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要使这些子结构能够协同承受地震力，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使各抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连接，当结构空旷，平面狭长或平面凹凸不规则，或楼盖开大洞口时，更应特别注意。设计中不能误以为，在多遇地震作用计算中考虑了楼板平面内弹性变形影响后，就可削弱楼盖体系。
② 结构基础的整体性尤其是高层结构基础的整体性以及基础与上部结构的可靠连接是结构整体性的重要保证。
4．结构抗震设计的基本要求是什么
（1）三水准设防要求
结构采用三个水准进行抗震设防，即"小震不坏，中震可修，大震不倒"
第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震（重现期约50年）影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。结构仍处于弹性状态，可以用弹性反应谱进行地震作用计算，按承载力要求进行截面设计，并控制结构弹性变形符合要求。
第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震（重现期约475年）影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。结构产生塑性变形，依靠塑性耗能能力，使结构保持稳定得以保存下来，此时结构抗震设计应按变形要求设计。
第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震（重现期约1600～2400年）影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。结构进入弹塑性大变形状态，此时应考虑防倒塌设计。
多遇地震：50年一遇，比抗震设防烈度约低1.55度。
罕遇地震：1600～2400年一遇，比抗震设防烈度约高1度。
抗震设防烈度：地震475年一遇。
（2）二阶段抗震设计要求
二阶段抗震设计是对三水准抗震设计的具体事实，通过二阶段设计中的第一阶段对构件截面承载力验算和第二阶段对弹塑性变形验算，并与构造措施相结合，从而实现"小震不坏，中震可修，大震不倒"的抗震要求。
① 第一阶段设计
对于结构设计，首先应满足第一和第二水准的抗震要求，先按多遇地震的地震动参数设计地震作用，进行结构分析和地震内力计算，考虑各分析系数和荷载组合系数等进行荷载与地震作用产生内力的组合，进行截面、配筋计算以及结构弹性位移控制，并采取构造措施保证结构的延性，使之满足第二水准的变形能力，这样就实现了"小震不坏，中震可修"。这一阶段设计对所有抗震设计的建筑结构都必须进行。
② 第二阶段设计
对地震时地震能力较弱或抗震要求较高的甲类建筑结构要进行薄弱层的塑性变形验算，并采取措施提高薄弱层的承载力和变形能力，这一阶段设计主要是针对甲类建筑和特别不规则的结构。
（3） 结构延性要求
结构的延性好，吸收地震能量就大，有较好的抗震性能和耐震性能。多高层混凝土结构的延性要求为μ=4～8，从保证延性的重要性而言，抗震结构的构造措施比计算更重要。
（4）结构自振周期要求
结构自振周期应与地震动卓越周期错开，避免共振造成灾害。
结构自振周期参考值：
框架结构 ：T=0.085N
框-剪结构：T=0.065N
框-筒结构：T=0.06SN
剪力墙结构：T=0.05N
（5）结构抗震设防要求
抗震结构尽可能设置多道抗震防线，应采用具有联肢墙、壁式框架的剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架核心筒结构，筒中筒结构等多重抗侧力结构体系。高层结构避免采用框架结构。
（6）抗震结构的承载力和刚度要求
抗震结构的承载力和刚度要适应在地震作用下的动力要求，并应均匀连续分布。在一般静力设计中，任何部位的超强设计都不会影响结构的安全。而抗震设计中，某一部分结构的超强，就可能造成某些部位相对薄弱，因此在抗震设计中要严格遵循该强就强该弱就弱的设计原则，不得任意加强。在施工过程中，以大代小，以高强钢号代替低钢号改变配筋，应按钢筋承载力相等的原则进行换算。
（7）结构的塑性铰区要求
合理的控制结构的塑性铰区位置，掌握结构的屈服过程和屈服机制，要采取有效措施防止过早的混凝土剪切破坏、钢筋锚固滑移和混凝土压碎等脆性破坏。
为保证混凝土和钢筋共同工作，必须使钢筋有足够的锚固长度和混凝土饱和层厚度。在设计中无论柱、梁的纵向钢筋、墙的分布钢筋和楼板钢筋，直径宜细不宜粗，间距宜密不宜稀。
二．荷载作用
1．高层建筑和公共建筑的走廊、门厅、楼梯和楼面的均布活荷载标准值取2.5KN/㎡?
不可以。荷载规范中当人流密集时，其走廊、门厅、楼梯和楼面的均布活荷载标准值取3.5KN/㎡。
2．楼梯间是否按消防疏散楼梯楼面活荷载标准值取值？
这要根据建筑要求，是否是消防疏散楼梯，如果是，则按3.5KN/㎡取值，如果不是则按相应项取值。
3．消防车荷载如何确定？
荷载规范规定，消防车均布活荷载标准值，当单向板楼盖（板跨不小于2m）取3.5KN/㎡，双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6mx6m）取20KN/㎡。而实际上当楼盖上方有较厚的地面作法及较厚的填土层时，取上述荷载是不确切的，应按当地使用的最大消防车轮压值及楼盖上覆盖层厚度确定，作用在结构面上的面积和重量，按此计算内力和配筋。而某些楼盖处地面作法较薄时，还应按轮压验算楼板的冲切及局部荷载作用下的内力和配筋。
4．框架结构设计时，是否考虑灵活布置的非固定隔墙荷载
这一问题，在设计时我们应征求甲方的意见，将其利弊和甲方说明白，利用框架结构的优点，便于以后进行不同用途的分隔。对这种荷载取每沿米墙重KN/m的1/3作为活荷载标准值（KN/㎡）加在楼面活荷载中，并加以说明。
5．地下室顶板是否考虑施工堆载？
地下室顶板设计应考虑施工过程中的材料堆放荷载，可取4.0KN/㎡，并在说明中加以注明。
6．在何种情况下采用永久荷载分享系数1.35？
根据荷载规范，对于基本组合
当由可变荷载效应控制的组合：S1=γGSGK+γQSQK （1）
γG--当其作用对结构不利时1.2，γQ=1.4
S1=1.2SGK+1.4SQK
当由永久荷载效应控制的组合：S2=1.35SGK+1.4x0.7SQK
S2> S1 则1.35SGK+1.4x0.7SQK>1.2SGK+1.4SQK
SGK>2.8SQK
则当永久荷载大于可变荷载2.8倍时，永久荷载分项系数取1.35。
7．怎样估算各类结构楼层单位面积的重量特征值？
钢筋混凝土多高层建筑，单位面积的重量标准值与结构类型、层数、使用性质、抗震设防烈度和填充墙材料等有关。根据实际工程的统计结果，下列数值可作为估算地基基础结构构件截面，结构底部总剪力的参考依据：
框架结构：11～14KN/㎡
框架-剪力墙结构：12～15 KN/㎡
剪力墙结构：13～16 KN/㎡
框架-核心筒结构：13～15 KN/㎡
当建筑物高度较高（大于20层）可取上限，较低时可取下限，地下室每层可按20 KN/㎡估算。
8．风荷载的基本风压怎样取值？
基本风压W0是以当地比较空旷平坦地面上离地面10米高平均最大风速为标准。荷载规范规定，基本风压应按规范附录中给出的50年（n=50）一遇风压采用，但不得小于0.3 KN/㎡，对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。
对于特别重要的高层建筑，目前尚无统一明确的定义，一般可根据《建筑结构可靠度设计统一标准》规定的设计使用年限和安全等级确定，设计使用年限为100年的或安全等级为一级的高层建筑可认为是特别重要的高层建筑。
对风荷载是否比较敏感，主要与高层建筑的自振特性有关，如结构的自振频率和振型等。对于前几阶振型频率比较密集和振型比较复杂的高层建筑结构，高振型影响不可忽视，因此应适当提高风压取值。为了便于执行，《高规》说明指出，一般情况下，房屋高度大于60m的高层建筑可取100年一遇的风压值；对于房屋高度不超过60m的高层建筑其风压值是否提高，根据结构的侧向刚度确定，侧向刚度较大的就不用提高。
对房屋相互间距较近的建筑群，由于旋涡的相互干扰，房屋的某些部位的局部风压会显著增大，设计时宜考虑其不利影响。群体效应情况比较复杂，荷载规范未给出具体计算方法，一般可将风荷载体型系数进行放大。
9．高层建筑的阳台栏板如何配筋？
根据荷载规范，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值WK=ВZμSμZw0 ，对檐口、雨篷和遮阳板等突出构件，风压体型系数μS=-2。而由于建筑物高度大，μZ也相应很大。经计算WK值较大，如果阳台栏板钢筋仅沿内侧配置，满足不了风荷载的要求，所以这种情况阳台栏板应双侧配筋。
三．地震作用
1．计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值如何取值？风荷载参与组合吗？
抗震规范将地震发生时恒载与其它重力荷载可能的组合结果总称为"抗震设计的重力荷载代表值"，即永久荷载标准值GK和与重力有关的可变荷载组合值之和。可变荷载的组合值系数为：
（1）雪荷载取0.5；
（2）屋面积灰荷载取0.5；屋面活荷载不计入；
（3）楼面活荷载按实际情况计算取1.0；按等效均布活荷载计算时，藏书库和档案库取0.8，一般民用建筑取0.5，由此可见，计算结构重力荷载代表值时，只有各类结构构件和非结构构件的自重及竖向可变荷载参与组合，水平可变荷载和风荷载不参与组合。但在进行结构构件截面抗震验算时，地震作用效应与其它荷载效应的基本组合时，考虑风荷载的组合。当风荷载控制作用的高层建筑，风荷载组合值系数取为1.2，一般结构仍取0.0。
2．6度区的建筑结构是否进行地震作用计算和截面抗震验算？
抗震规范规定，6度时位于Ⅳ类场地土上的较高的高层建筑（高度大于40m的钢筋混凝土框架，以及高度大于60m的其他钢筋混凝土房屋）需要进行地震作用计算和截面抗震验算。
另外，对于钢筋混凝土房屋的抗震等级，四级以上的结构截面抗震验算涉及到内力调整，而位于6度区的钢筋混凝土房屋其框架和抗震墙的抗震等级有许多为三级和二级，所以也应进行地震作用计算和截面抗震验算。
还有一些不规则的结构，也需要进行地震作用效应的调整，这样看来，6度区的建筑结构，还是应该进行地震作用计算和截面抗震验算的。
3．突出屋面的屋顶间、女儿墙和烟囱等的抗震设计如何规定？
突出屋面的小结构明显存在刚度突变，其抗震设计应注意采取可靠措施。计算地震作用时，当采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙和烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3，采用振型分解法时，突出屋面部分可作为一个质点进行计算，同时还要根据计算结果加强构造措施。突出屋面的屋顶间应作为局部易损部件对待，其最大抗震横墙间距和宽度宜按一般楼层的1/3采用。
而对突出屋面的屋顶间定义为突出屋面的屋顶房间面积小于楼层面积的30%时，可按突出屋面的屋顶间计算。
对于广播、通信和电力调度等建筑物，由于其功能要求，常在主体建筑物的顶部再建一个细高的塔楼，塔高通常超过主体建筑物的1/4以上，其层数多，刚度小。塔楼的高振型影响很大。其地震作用比按底部剪力法的计算结果大很多，远远不止3倍，有些工程甚至大8～10倍，因此，一般情况下应采用振型分解法或时程分析法进行分析。求出其水平地震作用。
4．规范规定了楼层最小地震剪力系数，不满足时是否可以仅仅将地震作用按比例放大？
对于刚度较弱，周期较长的结构，地震发生时地面运动的长周期可能对结构的破坏具有更大的影响，但目前抗震规范所采用的振型分解反应谱法无法对此做出估计。现规范要求控制楼层地震作用的最小值，取地震剪力系数作为控制指标。
楼层最小地震剪力系数值
类别 7度 8度 9度
扭转效应明显或基本周期小于3.5S 0.016（0.024） 0.032（0.048） 0.064
基本周期大于5.0S 0.012（0.018） 0024（0.032） 0.040
括号内数字用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区
如果结构部分楼层实际计算的地震剪力系数与规范规定的相差较多，说明该结构整体刚度偏小，宜调整结构总体布置，增加结构刚度，如果部分楼层的地震剪力系数小于规定较多，说明结构存在明显的软弱层，对抗震不利，也应对于结构体系进行调整，增强这些软弱层的抗侧刚度，不能简单的采用地震作用增大系数的方法。
对于高层建筑的地下室，当嵌固部位在地下室顶板时，一般不要求单独核算地下室部分的楼层最小地震剪力系数。
四 结构设计的基本规定
1．设计基准期和设计使用年限有何区别？
结构的设计基准期是指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，它不等同于建筑结构的设计使用年限，也不等同于建筑结构的寿命。一般设计规范所采用的设计基准期为50年，即设计时所考虑荷载和作用的统计参数均是按此基准期确定的。
设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可达到其预定目的的使用年限，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和一般维护下所应达到的使用年限。当房屋建筑达到设计使用年限后，经过鉴定和维修，可继续使用。因而设计使用年限不同于建筑寿命，同一建筑中不同专业的设计使用年限可以不同，例如：保温、给排水管道、室内外装修和结构等均可有不同的设计使用年限。
在结构施工图总说明中应该写明设计使用年限，而不应写设计基准期。
2．混凝土结构环境类别的判定以及耐火性和受力钢筋保护层厚度是如何确定的？
混凝土规范规定，混凝土结构的耐久性应根据环境类别和设计使用年限进行设计。
（1）钢筋混凝土基础（基础埋深满足冻深要求），一般情况下，在非严寒和非寒冷地区其环境类别属二a类，当设计使用年限为50年时，其混凝土强度等级不应低于C25，其底筋混凝土保护层厚度不应小于40mm，当无垫层时不应小于70mm，在严寒和寒冷地区，其环境类别属二b类，其混凝土强度等级不应低于C30。而长春地区实际就属于寒冷地区，应采用C30，而根据长春地区的实际经验，可采用C25级。
（2）室外露天环境下的构件，如雨篷和遮阳板等，受大气及雨雪的交替作用，在严寒和寒冷地区，其环境类别属二b类，其混凝土强度等级不应低于C30，并相应选取受力钢筋混凝土保护层厚度。
（3）消防水池等构筑物，迎水面直接与无侵蚀性水接触，严寒地区其环境类别是二b，混凝土强度等级不低于C30，根据地下防水规范，迎水面受力钢筋保护层厚度应为50mm。
3．抗震设计时，框架结构的电梯筒墙体应选用什么材料？
有抗震设防的工程，在框架结构中电梯筒墙体宜做填充墙，使体系明确。如一定要做钢筋混凝土墙时，结构计算时要考虑墙体的作用，按框剪结构输入。不应按纯框架计算，施工图再加上混凝土墙的作法，因为地震作用过于集中在筒体周围，使与筒体相连的框架受力增大，而按纯框架考虑偏于不安全。
4．框架结构采用现浇空心板时，框架梁如何布置？
在框架结构中，楼板采用现浇空心板，框架梁应双向设置，保证双向抗侧力体系，不能用空心板中的暗梁代替框架梁，形成只单向有框架梁的体系，这时，应将该体系转化成板柱体系，又要加抗震墙。
5．在现有钢筋混凝土结构房屋上采用钢结构进行加层设计有何要求？
在现有钢筋混凝土结构房屋上加层，若采用钢结构可分为两种情况：
（1）当加层的结构体系为钢结构时，因抗震规范不包括下部为钢筋混凝土，上部为钢结构的有关规定，两种结构的阻尼比不同，上下两部分刚度存在突变，属于超规范和超规程设计，设计时应按国务院《建筑工程勘察设计管理条例》的要求执行，即需由省级以上有关部门组织的建设工程技术专家委员会进行审定。
（2）当仅屋盖部分采用钢结构时，整个结构抗侧力体系的竖向构件仍为钢筋混凝土，则按照抗震规范的有关规定进行抗震设计。此时尚应注意加层带来结构刚度突变等不利影响进行验算，必要时对原结构采取加固措施。
6．在砖混结构总高度和总层数已达到限值的情况下，若在其上再加一层轻钢结构房屋，此种结构形式应如何设计？
在这种情况下，因抗震规范无此种结构形式的有关要求，两种结构的阻尼比不同，上下部刚度存在突变，属于超规范和超规程设计，需要进行专门研究，还应按国务院《建筑工程勘察设计管理条例》的要求执行，即需由省级以上主管部门组织的建设工程技术专家委员会对设计进行审定。
7．房屋建筑改造时，如何执行抗震规范？
现行的抗震设计规范是针对新建工程而做的规定，房屋改造时，首先应进行结构安全性检测鉴定和抗震鉴定，依据鉴定结果进行设计。当新建部分与原有部分建造年代不同，且设置抗震缝分开，可分别执行不同版本的抗震设计规范。当新建部分和原有部分同属一个结构单元时，原有部分是否按现行的抗震设计规范进行复核和处理，可根据已经使用的年限和改造后预期后续使用的年限确定。一般情况下，后续使用年限50年的，按现行抗震设计规范执行，后续设计使用年限少于50年的，设计地震作用可相应做调整，抗震措施可按原版本抗震规范执行。
8．如何判断结构的不规则性？
根据抗震规范规则，把不规则分为平面不规则和竖向不规则，各有三种类型
平面不规则的类型
不规则类型 定义
扭转不规则 楼层的最大弹性水平位移大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍
凹凸不规则 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%
楼板局部不连续 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该楼面面积的30%，或较大的楼层错层
竖向不规则的类型
不规则类型 定义
侧向刚度不规则 该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%
竖向抗侧力构件不连续 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递
楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%
结构根据其不规则程度分为不规则、特别不规则和严重不规则。而具体区别如下：
不规则结构：指有一项或两项超过规范要求，且超过 程度不大（不超过20%）时，为不规则结构。
特别不规则结构：指的是两项以上超过规定要求，或某项超过规定的指标较多，具有较明显的抗震薄弱部位，将会引起不良后果。
特别不规则结构包括以下几类：
（1）同时具有两种以上复杂类型的高层建筑。（带转换结构、带加强层结构、错层结构、连结构和多塔楼结构）
（2）转换层位置超过5层（7度区）
（3）单塔或多塔位置偏置过大的大底盘高层建筑
（4）厚板转换的高层建筑（7度和8度区）
（5）单跨框架高层建筑
严重不规则结构：指的是体型复杂，多项不规则指标值超过规定上限值，或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。
抗震设计中，不宜采用不规则结构，如必须采用，应按照抗震规范和高规有关规定执行，特别不规则结构应尽量避免，如必须采用，须报请抗震设防专项审查合格后方可进行设计，严重不规则结构不得采用。
9．如何判定结构是否属于扭转不规则以及不规则的程度？
在刚性楼板假定条件下，当计算小震作用的楼层最大弹性水平位移值（或层间位移）与该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值大于1.2时，判断为扭转不规则，当比值接近1.5时，判断为特别不规则；当比值大于1.5时，一般判为严重不规则。此时，计算的弹性水平位移（或层间位移）为代表值，当位移值小于规范限值的50%时，判断严重扭转不规则的比值可适当放松。
一般情况下，计算高层建筑结构的弹性水平位移（或层间位移）时，需要考虑偶然偏心的影响；偏心大小的取值，可根据具体情况确定，不一定取该方向总长度的5%，还需注意，最大值和平均值的计算，均取楼层中同一轴线两端的竖向构件计算，不考虑楼板中悬挑的端部。
有几种情况需要根据结构的特点区别对待，如：平面为长条形布置的建筑、钢筋混凝土多层框架结构和带有大底盘裙房的塔式高层建筑结构等，由于建筑平面端部的相对位移较大或按建筑长度的5%偏心距取值时，计算的扭转位移比经常不能满足上述要求，此时对位移比的限值要求可适当放松。但是当筒体结构的核心筒较小或开洞过大导致结构整体抗扭刚度偏低，使计算的扭转位移比不满足要求时，则应加强结构抗扭转刚度，而不能放松要求。
10．结构抗震设计时，若计算出的第一振型以扭转为主时应如何处理？
震害表明，平面不规则，质量和刚度偏心的结构，在水平地震作用下，将产生扭转效应，而且不同振型的地震效应会严重耦连，导致严重震害。模拟地震实验也表明，扭转效应会导致结构的严重破坏。结构进行抗震设计时，若计算出的第一振型为扭转为主的振型，或高层结构以扭转为主的第一自振周期Tr与平动为主的第一自振周期Th之比大于0.9（A级高度）或0.85（B级高度和复杂高层结构）时,说明结构的抗侧力构件布置不合理，导致结构楼层的刚心与质心偏移过大，抗侧力构件（一般体现为剪力墙）数量不足;或尽管平面对称，但核心筒断面太小，导致整体抗扭刚度偏小。此时应对结构方案进行调整，减小结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心，或加强结构的抗扭刚度，必要时可设抗震缝，将不规则的平面划分为若干相对规则的平面。尽可能避免扭转振型成为第一振型。
11．结构抗震设计时，如何判别竖向不规则性？
结构竖向不规则有下列情况：因沿竖向刚度突变存在软弱层，因竖向抗侧力构件不连续存在转换层或因楼层承载力突变存在薄弱层时，地震中也会产生严重破坏。
当高层建筑带有大底盘裙房，计算裙房与其上塔楼的楼层刚度比时，不可取裙房的所有竖向抗侧力构件的刚度总和，可取其有效影响范围内的竖向构件。所谓有效影响可由塔楼与裙房交界处做45度向外斜线，取斜线范围内的竖向构件参与设计。
12．何时需要考虑双向地震作用？
地震观测表明，几乎所有地震作用都是多向性的，尤其是沿水平方向和竖向的振动作用。高规规定了考虑双向地震作用的情况，即质量与刚度分布明显不均匀，不对称的结构。这主要是看结构刚度和质量的分布情况以及结构扭转效应的大小，总体上是一种宏观判断，不同设计人的认识有一些差异，但不应产生质的差别。一般来说，可根据楼层最大位移与平均位移之比值判断，若该值超过扭转位移比下限1.2较多（A级高度高层大与1.4，B级高度高层大于1.3），则认为扭转明显，需考虑双向地震作用下的扭转效应计算。
13．如何分别计算单向地震作用和双向地震作用？
按照高规规定，单向地震作用计算时，应考虑质量偶然偏心的影响，质量与刚度分布明显不均匀，不对称的结构，应考虑双向地震作用计算。因此，质量偶然偏心和双向地震作用的影响不同时考虑。这样规定主要是考虑目前计算方法的近似性以及经济方面的因素。
至于单向地震作用考虑质量偶然偏心和考虑双向地震作用效应谁更不利，会随着具体工程而不同，或同一工程的不同部位而不同，不能一概而论。因此，应该考虑二者的不利情况进行结构设计。
14．单向与双向地震作用扭转效应有何区别？
对水平地震作用而言，只要结构的刚度中心和质量中心不重合，则必定有地震扭转效应。按高规的规定，无论单向还是双向地震作用，均应考虑扭转效应。
单向地震作用是指每次仅考虑一个方向地震输入，其作用和作用效应可采用非耦连或耦连的振型分解反应谱方法计算，前者主要适用于简单规则的结构。单向地震作用的非耦连计算，也应考虑扭转效应，但忽略了平动与扭转振型的耦连作用。单向地震作用的耦连计算，按高规计算包含了平扭耦连效应。
双向地震作用是考虑两个垂直的水平方向同时有地震输入时作用和作用效应计算，先按单向地震作用耦连计算作用效应，再按双向地震作用耦连计算作用效应，取两者的较大值。
15．如何判断分析软件计算结果的合理性？
抗震规范，混凝土规范和高规均明确要求，计算机计算软件的计算结果，应经分析判断，确认其合理和有效后方可作为工程设计的依据。因此，对计算结果的合理性、可靠性进行判断是十分必要的，也是结构设计最主要的任务之一，一般从结构总体和局部构件两个方面考虑。
对结构总体的分析判断包括：
（1）所选用的计算软件是否适用以及使用是否恰当？
（2）结构的振型、周期、位移形态和量值是否在合理的范围内？
（3）结构地震作用沿高度的分布是否合理？
（4）有效质量系数和剪重比的大小是否符合要求？
（5）总体和局部的力学平衡条件是否得到满足？判断力平衡条件时，应针对重力荷载、风荷载作用下的单工况内力进行。
对局部结构的分析判断包括：
（1）截面尺寸是否满足剪应力控制要求，配筋是否超筋？
（2）受力复杂的构件（如转换构件等），其内力或应力分析是否与力学概念，工作经验相一致？
五 多高层钢筋混凝土结构
1．框-剪结构中，什么情况下其框架部分的抗震等级应按框架结构确定？
当框-剪结构有足够的抗震墙时，其框架部分是次要抗侧力构件，按框-剪结构中的框架确定框架的抗震等级。而在基本振型地震作用下，框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，而房屋的最大适用高度可比框架结构适当增加，增加部分不超过20％。这时框架部分不是第二道防线，抗震等级不能比抗震墙降低，但这样做不太经济，框架受力增加多。
2．高度小于60m的框架-核心筒结构可否按框-剪结构确定抗震等级？
框-筒结构是混凝土结构布置相对固定的一种形式，是框-剪结构的一种特例，其核心筒具有很强的空间工作能力，适应于高度比较高的情况，而一般框-剪结构，墙体的布置形式比较灵活。房屋高度适用范围比较宽（可少于60m）。因此，规范把框-剪结构按高度区分了不同的抗震等级，而框-筒结构没有按高度区分。实际上，当房屋高度大与60 m时，除6度区外，这两种结构的抗震等级是相同的。而当高度小于60 m时，若框-筒结构按框-剪结构确定抗震等级的话，应同时满足这两种结构的设计要求。
3 ．框架结构的角柱有些特殊要求，是否转角处框架柱均按角柱对待？
考虑角柱承受双向地震作用，扭转效应对内力影响较大且受力复杂等因素，抗震设计中对其抗震措施和抗震构造措施有些专门的要求。抗震规范和高规中的角柱是指位于建筑角部，与柱的正交两个方向各只有一根框架梁与之连接的框架柱。因此，位于建筑平面凸角处的框架柱一般均为角柱，而位于建筑平面凹角处的框架柱，若柱的四边各有一根框架梁与其连接，则不按角柱对待。
4．框架结构中的次梁要不要考虑延性？其构造与框架梁有何区别？
框架梁、柱组成抗侧力结构，有抗震设计时应有足够的延性。框架结构中的次梁是楼板的组成部分；承受竖向荷载并传递给框架梁，有无抗震设计一样可不考虑延性，次梁箍筋按剪力确定，构造按非抗震时梁要求，没有135度弯钩及10倍直径直段的要求；次梁跨中上铁可设架力筋。
5．抗震规范及高规要求设置钢筋混凝土抗震墙底加强部位时，其高度是确定的？
设置抗震墙的底部加强部位，是指在抗震墙底部的一定高度内，适当提高承载力和加强抗震构造措施。弯曲型和弯剪型结构的抗震墙，塑性铰一般出现在墙肢底部，将塑性铰及其以上的一定高度范围作为加强部位，在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等加强措施，避免墙肢剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。
规范规定了抗震墙底部加强部位的高度范围，有地下室的房屋，在设置抗震墙底部加强部位时，根据地下 室顶板是否作为上部结构的嵌固部位，分成以下两种情况：
（1）地下室顶板作为上部结构的嵌固部位
抗震墙底部加强部位的高度从首层向上算，按规定取值，同时将加强部位向地下室延伸一层，具有多层地下室的房屋仅向下延伸一层，地下二层以下可不按加强部位对待。
（2）地下室顶板不作为上部结构的嵌固部位
若地下室顶板无法满足嵌固要求时，通常地下一层底板处可满足，此时抗震墙底部加强部位的高度应从该处向上算，取墙肢高度的1/8及地下一层加首层的较大值，且不大于15m 。此时若有多层地下室，不必再向下延伸。
6．剪力墙结构中有较多的柱，此类结构设计需注意什么？
现在高层住宅建筑中因使用功能的需要在外墙或内墙结构布置有较多的柱，但尚未达到框架剪力墙结构的程度，对此类结构在规范中没有规定具体计算方法，如有此类结构可按下列方法处理：
（1）结构整体分析按框架-剪力墙结构，柱子楼层剪力相应进行调整。
（2）结构抗震等级按剪力墙结构确定。
（3）与柱子相关的梁按框架梁计算，按框架梁构造设置；
（4）剪力墙按剪力墙结构的有关规定设计构造。
7．抗震规范对剪力墙结构的抗震墙厚度做了规定，而该类结构的电梯井筒壁及筒内隔墙是否服从此规定？剪力墙结构方案对抗震墙应注意哪些内容？
规范规定一级和二级抗震等级的剪力墙厚度不小于160mm，且不应小于层高的1/20，底部加强部位不宜小于200mm且不宜小于层高的1/25，一般来说，底部的层高较上部大，按此规定，电梯井筒壁厚及井筒内隔墙相对较大，考虑此位置的墙体数量多而长度不大，两端嵌固较好，在满足抗震验算的情况下其墙厚可适当减小。但其作为抗侧力构件，应保证有足够的刚度和延性，也不宜太薄，而当其不作为抗侧力构件时，可按高规要求设置，但也不宜小于160mm。
剪力墙结构墙肢较多较长时，刚度较大，计算的地震作用也较大，为了降低其抗震作用，一般在考虑方案时应做"减法"，减少和减短墙肢，但不宜大薄，以保证地震作用下墙板的稳定。
8．剪力墙结构中，连梁超筋时如何处理？
剪力墙结构中连梁超筋是一种常见现象，处理办法如下：
（1）减小连梁截面刚度；
（2）抗震设计中连梁内力进行调幅；
（3）将连梁进行铰接处理或考虑在大震中该连梁不参与工作，将墙肢分开计算；
应注意经过上述调整后的计算结果和结构层间位移应满足规范要求，或相差不应太大。
六．砌体结构和底框架结构
1．砌体结构伸缩缝间距最大可做多长？
根据砌体规范要求，砌体结构中的伸缩缝最大间距为50米，当有实践经验并采取有效措施时，可适当放大。但最大不可超过20%，即最长不超过60米。
2．抗震设计时多层砌体房屋的层数和高度如何控制？
抗震规范规定了多层砌体房屋的层数和总高度，设计中不应突破，出现超层和超高现象，主要是下面几种原因造成：
（1）地下室嵌固不好，作为一层计算；
（2）带阁楼层面积超过标准层的30%，作为一层计算；
（3）错层高度大于600mm算一层；
以上几方面的因素都可通过局部调整满足规范要求。另外，有些住宅均采用错半层的作法，增加了一倍的结构层数，楼板也不连续，抗震设防地区不应采用。
3．多层砌体房屋结构体系如何要求？
多层砌体房屋的结构体系一般分为横墙承重结构体系、纵墙承重结构体系和纵横墙混合承重结构体系。抗震规范要求：
（1）应优先采用横墙承重或纵横墙承重的结构体系；
（2）纵横墙的布置宜采用均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下对齐贯通，不应单纯理解为必须轴线和轴线完全对齐，实际上墙体作为抗侧力构件承担水平地震作用时，首先通过水平楼屋盖的传递，才逐层到达基础。因此，墙体的对齐贯通还与楼盖的结构型式有关。
现浇楼盖中，两段横向墙体相对错位在500mm左右时，可以认为是连续贯通的；在预制楼盖中，相对错位在300mm左右时，也可以认为是连续贯通的，而这时，为了增强楼盖的局部传递水平荷载的能力，应当在稍有错位的两墙段之间的楼板内增设暗梁。纵向墙体的道数一般较少，通常为三至四道，个别情况也有两道外墙的，但是，纵向墙体一般较长，因此要求每道纵墙都连续贯通有时比较困难。
纵墙的破坏并不完全是整个墙长上的剪切破坏，地震时纵墙的破坏先是从其薄弱部位开始的，即先在纵墙上门窗洞口过梁处开裂，然后在其中的部分墙段中出现对角斜裂缝，继而发生剪切破坏。设计时容许将纵墙均匀地分为若干段墙，分段对齐，应尽量使各纵墙长度大致接近，以避免侧向刚度上的过大差异导致受力不均，各个击破。
4．住宅工程顶层为坡屋面，屋顶是否需设水平楼板？顶层为坡屋顶时层高有无限制？总高度应如何计算？
住宅的坡屋顶如不利用时，檐口标高处不一定设水平楼板。关于屋顶为坡屋顶时层高的计算，规范未做具体规定，由设计人员根据具体情况而定，但该层的计算高度不应超过3.6m.。
檐口标高处不设水平楼板时，按2001规范7.1.2条的规定，总高度可以算至檐口（此处檐口指结构外墙体和屋面结构板交界处的屋面结构板顶）。
当檐口标高附近有水平楼板，且坡屋顶不是轻型装饰屋顶时，上面三角形部分为阁楼。计算时此阁楼应作为一个质点考虑，高度可取至山尖墙的一半处，即对带阁楼的坡屋面应算至山尖墙的二分之一高度处。
但阁楼的设置比较复杂，需要区别对待：
有的阁楼层高不高，不住人，不设置固定楼梯，只是作为屋架内的一个空间，在房屋高度和层数控制时，此阁楼可不作为一层考虑。
有的阁楼层空间较高，设计作为居室的一部分，这样的阁楼当然应作为一层考虑，高度算至山尖墙的一半。
有的阁楼在顶层屋面上，只占一部分面积，即只有部分阁楼作为居住或活动场所。此时阁楼层是否应作为一层考虑，应具体分析。如考虑阁楼层占总的顶层面积的百分比，阁楼层的结构形式，阁楼层高度等，根据具体情况区别对待。
5．多层砌体房屋存在错层时，结构抗震设计时应注意哪些问题？
具有错层的结构，在错层部位受力十分复杂。错层的混凝土结构的振动台实验表明：平面规则的错层结构，竖向刚度不规则，对抗震不利；平面布置不规则、扭转效应显著的错层结构，则破坏十分严重。错层的砌体结构的抗震性能比混凝土结构更差，设计时应注意避免。
当平面规则的多层砌体房屋错层高度超过梁高（一般指楼板高差杂500mm以上）时，不仅结构计算应按两个楼层对待，房屋总层数相应增加后不得超过规范对总层数的限制，而且错层楼板之间的砌体墙体应采取特殊措施解决平面内局部受剪和平面外受弯问题。
当错层高度不超过梁高时，该部位的圈梁或大梁应考虑两侧上下楼板水平地震力形成的扭矩，采取抗扭措施，必要时进行抗扭验算，楼板的水平地震力，可按规范第13章关于非结构构件地震作用的等效侧力法计算。
6．带阁楼的多层砌体房屋的构造柱如何设置？
结构计算时，不论是否住人，阁楼层均应作为一个质点考虑。带阁楼的多层砌体房屋设置构造柱时，呆板阁楼层的屋面剖面形式确定：当剖面形式为三角形，即檐口处无砖墙时，可按房屋实际层数按2001规范表7.3.1的要求设置构造柱并适当加强；剖面形式为屋行，即檐口处有砖墙时，按房屋实际层数增加一层后的层数对待。
特别应注意不论是三角形或屋形，坡屋顶山尖墙部位均需沿山尖墙顶设置卧梁、屋盖处设置圈梁和在山脊处设置构造柱。
7．2001规范中7.1.8条第1款要求底部框架-抗震墙房屋的结构布置，上部砌体抗震墙与底部框架或抗震墙对齐或基本对齐，在定量上如何把握？
底框房屋由于结构沿竖向刚度突变，是一种不利于抗震的结构类型，历次地震中均产生比较严重的破坏。为提高其抗震性能。2001规范7.1.8条第1款要求，上部砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙的轴线对齐或基本对齐，即大部分砌体抗震墙右下部的框架主梁或钢筋混凝土抗震墙支承，每单元砌体抗震墙最多有两道可以不落在框架主梁或钢筋混凝土抗震墙上，而由次梁支承（二次转换）。
次梁转换的设计应注意下列要求：
（1）托墙的次梁自身应符合托墙梁的构造要求，其计算模型为两端弹性支承，不同于主梁，可否考虑及如何考虑上部墙体与托梁的共同工作，目前规范还没有规定，设计人员应自行解决；
（2）托梁的次梁应按3.4.3条考虑地震作用的计算和内力调整;
（3）次梁的重力和弯矩应作为主梁的集中力和集中扭矩，并应传递到主梁两端的竖向支承构件，形成加的地震作用效应；这个传递过程要按照抗震规范强制性条文3.5.2条的要求，有明确的传力途径；
（4）主梁如何计算集中的地震扭矩作用下的受扭承载力，目前混凝土规范等还没有规定，也需要设计人员自行解决；
（5）主梁两端的竖向支承构件，应考虑主梁平面外的加内力，构造上也应相应加强。
建议在上部结构减少无法上下对齐的抗震墙数量，改为由次梁支承的非抗震隔墙。
[本日志由 田草 于 2008-04-17 10:13 PM 编辑]
|
|
暂时没有评论
| 发表评论 - 不要忘了输入验证码哦！ |