鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案設(shè)計及轉(zhuǎn)換層設(shè)計常見疑難問題解析研討班學(xué)習(xí)小結(jié)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案設(shè)計及轉(zhuǎn)換層設(shè)計常見疑難問題解析

研討班學(xué)習(xí)小結(jié)

前言

本屆研討班是由中國建設(shè)教育協(xié)會培訓(xùn)中心主辦，中元國際工程有限公司總工程師張維斌主講，時間三天，主要內(nèi)容包括鋼筋混凝土（高層建筑）結(jié)構(gòu)設(shè)計常見及疑難問題解析、高層建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計及轉(zhuǎn)換層設(shè)計的工程實例分析。結(jié)合本人工作實際，本文就這次研討班學(xué)習(xí)談些體會供參考。一高層建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計方面

高層建筑不同于多層建筑在于其通常受力情況復(fù)雜，影響因素多，一般都是地震或風(fēng)荷載起控制作用，所以，一些學(xué)者給高層建筑的定義為，各項指標(biāo)（內(nèi)力和位移）均以水平荷載作用控制的結(jié)構(gòu)。另外，高層建筑通常功能分割復(fù)雜，美學(xué)要求高，造成建筑平面及立面不規(guī)則。因此對于高層建筑結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計尤為重要。在這次研討班培訓(xùn)中，關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，有兩個基本理念得到理解的強化，一是，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)注重抗震概念設(shè)計；二是，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量配合建筑，但也應(yīng)積極溝通。

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的一些基本概念，在《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱高規(guī)）中，多多少少有所體現(xiàn)，首先，平面及立面規(guī)則要求，高規(guī)均有詳細的規(guī)定，譬如規(guī)定樓板開洞，平面長寬比，平面部分凸出或凹入部分的比例，立面凸出或凹入，錯層，高寬比的限值等，諸如此類，那么高規(guī)的這些規(guī)定本質(zhì)是什么呢？研討班張老師幾十年的工程設(shè)計實踐告訴我們，所謂的平面或立面規(guī)則的要求，本質(zhì)上是結(jié)構(gòu)質(zhì)量及剛度的盡量分布均勻的要求，質(zhì)量分布均勻，結(jié)構(gòu)各個部分都參與抵抗地震作用，有利于充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗震性能，實現(xiàn)抗震規(guī)范“小震不壞，中震可修，大震不倒”的概念。其次，扭轉(zhuǎn)的規(guī)則性，關(guān)于這一點，高層建筑中，通常是與平面及立面布置有關(guān)，本質(zhì)上是，讓結(jié)構(gòu)有序的抵抗水平荷載作用，而不是無序雜亂的。因為這樣的話，不利于結(jié)構(gòu)抗震，導(dǎo)致地震來臨時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件該壞的不壞，不該壞的壞了，使結(jié)構(gòu)處于抗震失控狀態(tài)。因此，高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)的層間最大位移與平均位移之比以及周期比作出了規(guī)定，如，A類高層建筑位移比不宜超過1.2,不應(yīng)超過1.5，B類高層建筑位移比不宜大于1.2，不應(yīng)大于1.4，周期比A類高層建筑不應(yīng)大于0.9,B類高層建筑不應(yīng)大于0.85,注意，這樣的規(guī)定本質(zhì)上是希望結(jié)構(gòu)正常抵抗水平地震作用，大量的工程實踐和震害證明，滿足這些指標(biāo)要求的結(jié)構(gòu)能夠滿足抗震要求，但是，如果不滿足這些要求，結(jié)構(gòu)抗震就不能達到預(yù)期目的嗎？答案是不一定，如果層間最大位移及平均位移足夠小，如現(xiàn)行高規(guī)對剪力墻結(jié)構(gòu)的層間位移角要求是1/1000,如果結(jié)構(gòu)的這個層間位移角僅1/3000以上，位移比就沒有意義了，因此有些專家認為，位移比及周期比只在位移角滿足一定范圍，它的值才有意義。至于這個范圍區(qū)間，視具體建筑而定。民用院對剪力墻結(jié)構(gòu)位移比一般要求滿足小于1.30即可，

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計，都要與建筑專業(yè)功能要求相結(jié)合，結(jié)構(gòu)抗震不能唱獨角戲，必須在滿足建筑功能要求的情況下的抗震概念設(shè)計，這也要求建筑師在平面及立面設(shè)計時，同時擁有抗震概念，因此結(jié)構(gòu)師與建筑師的協(xié)同工作異常重要，特別實在方案設(shè)計階段。二帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)心得

隨著建筑功能要求越來越高，如大空間，多塔結(jié)構(gòu)，錯層等等形式，而要實現(xiàn)這些功能，轉(zhuǎn)換層的設(shè)計不可避免，對于多層建筑，轉(zhuǎn)換層的功能不夠凸出，常見的如底部框架上層磚房，而對于高層建筑，轉(zhuǎn)換層的設(shè)計則尤為凸出，在高規(guī)中被稱為復(fù)雜高層建筑。那么轉(zhuǎn)換層的形式很多，本次研討班學(xué)者著重介紹了以下幾種類型：

（一）實腹梁轉(zhuǎn)換，亦稱為普通梁，寬扁梁轉(zhuǎn)換，常用于普通多層建筑的轉(zhuǎn)

換，如底框結(jié)構(gòu)等，依靠大梁進行結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換。

（二）桁架轉(zhuǎn)換：有空腹桿桁架，斜腹桿桁架，所謂空腹桿桁架即無斜桿的

桁架。該轉(zhuǎn)換形式，受力明確，而且材料節(jié)省。但是缺點是節(jié)點設(shè)計復(fù)雜。國內(nèi)尚沒有成熟可參考的節(jié)點做法。

（三）搭接柱轉(zhuǎn)換、斜撐轉(zhuǎn)換；針對一些平面縮進，錯層，進行柱子搭接轉(zhuǎn)

換。常用于高位轉(zhuǎn)換。

（四）箱形轉(zhuǎn)換：顧名思義，采用墻體閉合成箱體實現(xiàn)，上下部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中運用較多。（五）厚板轉(zhuǎn)換：豎向荷載作用下轉(zhuǎn)換厚板彎矩分布與板柱結(jié)構(gòu)相似，水平

荷載下，帶厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)總體受力特點和部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)相似，目前國內(nèi)對厚板轉(zhuǎn)換研究較少，其受力性能、破壞機理尚不清楚。

一般來說，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層對于任何一種建筑物在結(jié)構(gòu)受力上是有缺陷的，如果建筑功能沒有特別的功能要求，盡量不設(shè)轉(zhuǎn)換層。主要是因為：（1）豎向荷載下結(jié)構(gòu)傳力不直接、傳力路徑復(fù)雜、不合理。

（2）轉(zhuǎn)換構(gòu)件尺寸大，剛度很大。轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)豎向剛度和質(zhì)量變化

很大，甚至突變；

（3）轉(zhuǎn)換構(gòu)件受力不均勻且很復(fù)雜，撓度及裂縫寬度驗算不容忽視，豎

向荷載成為控制設(shè)計的一個重要因素；

（4）在轉(zhuǎn)換層上下一、二層范圍內(nèi)，水平力有突變。轉(zhuǎn)換構(gòu)件鄰近某些

構(gòu)件受力不均勻且很復(fù)雜。

當(dāng)然，在建筑功能必須滿足的情況下，轉(zhuǎn)換層不可避免的需要設(shè)計，作為一個結(jié)構(gòu)工程師，則需從以下幾個方面考慮選擇轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式：（一）首先滿足建筑功能要求（二）滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范有關(guān)規(guī)定：（1）最大適用高度和最大高寬比

（2）7度和8度抗震設(shè)計的高層建筑，當(dāng)已采用超過一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，則不宜同時再采用帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；

（3）部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)在地面以上大空間層數(shù)，8度時不宜超過3層，7度時不宜超過5層，6度時層數(shù)可適當(dāng)增加；（4）轉(zhuǎn)換層不宜設(shè)置在大底盤屋面以上塔樓內(nèi)。另外，對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)還有如下一般規(guī)定：

1、平面布置應(yīng)力求簡單、規(guī)則，均勻?qū)ΨQ，盡可能使水平荷載的合力中心

與剛度中心接近，減小扭轉(zhuǎn)的不利影響。2、控制轉(zhuǎn)換層上、下剛度的突變。3、盡量避免多級復(fù)雜轉(zhuǎn)換。

4、框支梁截面中心宜與框支截面中心線重合。

以上從總體上把握了帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的類型和有關(guān)設(shè)計規(guī)定，下面就部分框支剪力墻轉(zhuǎn)換層的設(shè)計進行深入探討。三部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換形式

根據(jù)抗震規(guī)范定義，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)是指首層或底部兩層框支抗震墻結(jié)構(gòu)。它屬于抗震不利的結(jié)構(gòu)體系，因此抗震規(guī)范及高規(guī)從抗震概念設(shè)計，最大適用高度，結(jié)構(gòu)分析、抗震構(gòu)造措施分別作出了相關(guān)規(guī)定。（一）部分框支剪力墻的抗震概念設(shè)計

1、抗震墻的布置合理，較長抗震墻宜開設(shè)洞口，將一道抗震墻分成長度均勻的若干墻段，洞口連梁的跨高比宜大于6，各墻段的高寬比不應(yīng)小于2。避免剪切破壞，提高變形能力。

2、框支層的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰非框支層樓層側(cè)向剛度的50％；框支層落地抗震墻間距不宜大于24m，且落地橫向墻數(shù)目與橫向墻總數(shù)目不應(yīng)小于50％。非抗震時不應(yīng)小于30％。

3、部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震墻，其底部加強部位的高度，可取框支層以上二層的高度及落地抗震墻總高度的1/8二者的較大值，且不大于15m。相應(yīng)加強部位的抗震構(gòu)造措施，避免脆性剪切破壞。4、底部大空間部分框支剪力墻高層建筑結(jié)構(gòu)在地面以上的大空間層數(shù)，8度時不宜超過，7度時不宜超過5層。主要是因為轉(zhuǎn)換層較高時，下部框支框支結(jié)構(gòu)及落地剪力墻易于開裂和屈服。因此限制了大空間層數(shù)。

5、部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的落地剪力墻應(yīng)加厚。6、框支層的周圍樓板不應(yīng)錯層布置。7、落地剪力墻的洞口宜布置在墻體的中部。（二）部分框支剪力墻的最大適用高度

由于框支剪力墻結(jié)構(gòu)本身是抗震不利結(jié)構(gòu)體系，因此相應(yīng)的適用高度都比框架剪力墻和剪力墻結(jié)構(gòu)都要小一些，如6度區(qū)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)為130m,剪力墻結(jié)構(gòu)為140m，而部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)為120m。同時相應(yīng)抗震等級的確定都相對提高一個等級，這也充分考慮了部分框支剪力墻轉(zhuǎn)換的弱抗震性能。

（三）部分框支剪力墻的結(jié)構(gòu)分析一般應(yīng)進行三維空間分析方法進行整體分析，另外框支梁附近樓層還應(yīng)進行平面有限元分析，目前PKPM的SATWE模塊均能實現(xiàn)，當(dāng)然涉及復(fù)雜高層部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)還需按高規(guī)要求采用兩個不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件進行整體計算�？拐饡r需考慮平動藕連的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

目前SATWE模塊能自動對薄弱層進行判定，同時相應(yīng)調(diào)整地震剪力。對于部分框支剪力墻的豎向剛度的突變形成的薄弱層，需對薄弱層進行剪力調(diào)整，同時還應(yīng)對罕遇地震作用下的薄弱層進行彈塑性變形驗算，并滿足規(guī)范要求。SATWE結(jié)果顯示模塊可查閱薄弱層的驗算結(jié)果。（四）部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施

由于部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)較之框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能弱，因此相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，都應(yīng)加強。

1、

剪力墻的抗震配筋加強，部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震墻底部加強部分，豎向和橫向分布鋼筋配筋率均不應(yīng)小于0.3%,鋼筋間距不應(yīng)大于200mm.鋼筋的直徑不宜大于墻厚的1/10。同時，抗震墻的其他抗震構(gòu)造措施還應(yīng)滿足剪力墻結(jié)構(gòu)的要求。

2、

部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的柱子的設(shè)計，從縱向鋼筋的配筋率到箍筋的形式，直徑，間距，加密區(qū)長度以及體積配箍率都較之框架結(jié)構(gòu)的框架柱得到相應(yīng)加強。如應(yīng)采用復(fù)合螺旋箍或井字復(fù)合箍，箍筋全高加密等等。

3、

部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支梁的設(shè)計同樣也不同于一般框架梁，在部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，框支梁構(gòu)件一般為偏心受拉構(gòu)件，因此，抗震規(guī)范對此都有相應(yīng)專門固定，如其支座上部縱向鋼筋至少應(yīng)有50%沿梁全長貫通，，下部縱向鋼筋應(yīng)全部直通到柱內(nèi)；沿梁高應(yīng)配置間距不大于200mm、直徑不小于16mm的腰筋等等。

部分框支剪力墻的設(shè)計，還需在設(shè)計實踐中不斷完善設(shè)計理論，因此，對其受力機理需有明確的概念。三后記

對于高層建筑帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計研討是這次講座的重點，由于時間較短，講課老師對此內(nèi)容只作了大概的介紹，因此本小結(jié)結(jié)合了講課老師的講座以及自己對規(guī)范的理解，談了以上體會�；蛟S對以后的設(shè)計有所啟發(fā)和思考。最后要感謝院領(lǐng)導(dǎo)提供這次培訓(xùn)學(xué)習(xí)的機會。

擴展閱讀：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題解析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題解析

摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，任何一個過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計結(jié)果存在不安全因素。本文介紹了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)定義和基本原理，探討了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題及解決辦法。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題中圖分類號：tu37文獻標(biāo)識碼：a文章編號：

在房屋等各種建筑工程中,都是采用鋼筋混凝土作為建造材料。因而,鋼筋混凝土的材料質(zhì)量和結(jié)構(gòu)設(shè)計,在保證建筑物使用壽命方面具有極其重要的地位。隨著多層建筑物和高層建筑物的不斷涌現(xiàn),業(yè)界相關(guān)人士將關(guān)注的眼光越來越多地投注在鋼筋混凝土方面。質(zhì)量優(yōu)等的鋼筋混凝土與科學(xué)合理的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),不僅能夠保證房屋建筑能夠擁有一個安全與穩(wěn)定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),也能保證房屋建筑的質(zhì)量安全與穩(wěn)定。一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)定義和基本原理1、定義

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土兩種材料結(jié)合成整體共同受力的工程結(jié)構(gòu),其主要承重構(gòu)件是由鋼筋與混凝土制造而成。2、基本原理

混凝土結(jié)構(gòu)在鋼筋和混凝土兩種不同性質(zhì)材料的有效結(jié)合作用下,能夠充分發(fā)揮混凝土抗壓強度和鋼筋抗拉強度的優(yōu)勢,有效地掩飾掉彼此的缺陷。在二者共同抵抗外力的作用下,提高建筑結(jié)構(gòu)中梁和板的承載能力。

二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題解析1、關(guān)于超長結(jié)構(gòu)的問題

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距為55m,同時規(guī)定當(dāng)采取后澆帶分段施工,專門的預(yù)加應(yīng)力措施或采取能減小混凝土溫度變化或收縮的措施且有充分依據(jù)的,伸縮縫間距可適當(dāng)增大。這兩條使我們在實際設(shè)計過程中較難把握。工程實例中超過55m就設(shè)置伸縮縫,這顯然是很難保證的,而且在采取后澆帶分段施工后很難控制房屋的長度而不至于產(chǎn)生裂縫等不良現(xiàn)象。

出現(xiàn)此類狀況這取決于各地區(qū)的溫差及混凝土不同的收縮應(yīng)力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須對梁柱配筋進行概念上的調(diào)整。首先是長向板鋼筋應(yīng)雙層設(shè)置,并適當(dāng)加強中部區(qū)域的梁板配筋,筆者認為中部區(qū)域作為一個中點必然受較大應(yīng)力,而兩側(cè)梁柱,特別是邊跨的柱配筋必須加強以抵抗溫度應(yīng)力帶來的推力,而超長結(jié)構(gòu)在角部容易產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也須我們在設(shè)計中對角部結(jié)構(gòu)進行加強。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)超過70m時,應(yīng)采取特殊的措施才能不設(shè)置伸縮縫,如采用預(yù)加應(yīng)力,摻入抗裂外加劑等等,而且作為超過70m的結(jié)構(gòu),必須對溫度及收縮裂縫采取定量的分析,并相應(yīng)施加預(yù)應(yīng)力,這在許多工程實例中應(yīng)用的效果也是眾目共睹的。如果對超長結(jié)構(gòu),不能有效的分析清楚受力情況,筆者建議還是應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置

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