浅析高层建筑结构的设计要点

2018-02-15卢国华

江西建材 2018年13期

卢国华

(江西省建筑材料工业科学研究设计院,江西南昌 330001)

1 前言

目前,我国国内高层建筑常用的结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构等。高层建筑受到较大的侧向力(水平风力或水平地震力),在建筑结构底部竖向轴力也很大。在高层建筑中,可以认为柱的轴向力与层数为线性关系,水平力近似为倒三角形分布,在水平力作用下,结构底部弯矩与高度平方成正比,顶点侧移与高度四次方成正比。上述弯矩和侧移值,往往成为控制因素。此外,高层建筑各构件受力复杂,对截面承载力和配筋要求较高。

2 设计要点

2.1 高层建筑基础设计要点

建筑基础是上部结构赖以生存的关键,更是整个结构设计中的重中之重,相较于多层建筑结构,高层建筑结构的基础除了应能够承载上部结构传来的竖向力外,尚应能够承担水平作用产生的倾覆力矩。在基础设计环节上,埋深是一重要方面,国家规范《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)对基础埋深有非常严格的强制性规定；另一个方面就是地基土以及基坑回填土对基础的约束作用,这个在规范上也有强制性的规定,因为在计算中,当我们把嵌固端取在基础顶面时,前提是假设基础顶面的位移为零,如果达不到这个假设条件,上部计算结果就可能会存在较大的问题,因此,在进行建筑结构设计时,一定要特别提出基坑回填的要求,以满足对基础的约束要求。

2.2 高层建筑上部结构设计要点

2.2.1在进行高层建筑立面、竖向剖面以及抗侧力结构的平面布置时,应尽量规则、对称；结构侧向刚度也应尽量均匀变化,抗侧力结构的侧向刚度和承载力不应突变。结构平面布置应有利于抵抗水平力及竖向荷载,尽量减少扭转的影响。在地震作用下,高层建筑平面应保持一定的规则性。在高层建筑的一个独立结构单元内,宜使结构平面形状简单、规则,刚度和承载力分布均匀。钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑,其平面布置应简单、规则,减少偏心。

2.2.2我国结构规范用于控制高层建筑结构设计的指标主要有：建筑周期比；位移比；刚度比；层间受剪承载力之比；剪重比；刚重比以及轴压比等。(1)周期比：周期比是指结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期的比值。控制建筑周期比是为了使结构的抗侧力构件的建筑结构平面布置更趋于理想,使结构不发生过大的扭转影响；(2)位移比：位移比是用来控制建筑结构平面规则性的关键指标,指的是结构楼层竖向构件最大水平位移和层间位移与本楼层平均位移值的比值。位移比也反应结构是否规则、对称；建筑结构平面内刚度分布是否均匀；可以用结构刚心与质心的相对位置表示,因为建筑刚心与质心位置都无法直接测量,规范则采用了校核结构位移比的方法；(3)刚度比：刚度比是控制建筑结构竖向规则性的关键指标,反应了结构整体的竖向匀称性。楼层侧向刚度可取该楼层剪力和该楼层层间位移的比值。在分析楼层是否属于薄弱层、地下室是否可作为嵌固端等均用层刚度比作为依据；(4)层间受剪承载力之比：层间受剪承载力之比是用来反应建筑结构竖向规则性的重要数据。层间受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上,该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和；(5)剪重比：剪重比是判断地震作用的指标,是对应于水平地震作用标准值的剪力与重力荷载代表值的比值。因为在长周期作用下,地震影响系数下降迅速。对于长周期结构,地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大的破坏作用,但采用振型分解法时无法对此做出较准确的计算。鉴于安全方面的分析,相关规范规定了最小剪重比；(6)轴压比：建筑结构轴压比用于控制结构框架柱截面延性性能,指地震组合轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。控制轴压比限值是为了使框架柱截面达到延性破坏状态,防止小偏心受压状态的脆性破坏,实现“大震不倒”的设计要求。