鋼筋混凝土結(jié)構方案設計及轉(zhuǎn)換層設計常見疑難問題解析研討班學習小結(jié)

鋼筋混凝土結(jié)構方案設計及轉(zhuǎn)換層設計常見疑難問題解析研討班學習小結(jié)鋼筋混凝土結(jié)構方案設計及轉(zhuǎn)換層設計常見疑難問題解析研討班學習小結(jié)前言本屆研討班是由中國建設教育協(xié)會培訓中心主辦，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)構設計常見及疑難問題解析、高層建筑結(jié)構方案設計及轉(zhuǎn)換層設計的工程實例分析。結(jié)合本人工作實際，本文就這次研討班學習談些體會供參考。一高層建筑結(jié)構方案設計方面高層建筑不同于多層建筑在于其通常受力情況復雜，影響因素多，一般都是地震或風荷載起控制作用，所以，一些學者給高層建筑的定義為，各項指標（內(nèi)力和位移）均以水平荷載作用控制的結(jié)構。另外，高層建筑通常功能分割復雜，美學要求高，造成建筑平面及立面不規(guī)則。因此對于高層建筑結(jié)構的方案設計尤為重要。在這次研討班培訓中，關于高層建筑結(jié)構方案設計，有兩個基本理念得到理解的強化，一是，高層建筑結(jié)構應注重抗震概念設計；二是，高層建筑結(jié)構應盡量配合建筑，但也應積極溝通。高層建筑結(jié)構抗震的一些基本概念，在《高層混凝土結(jié)構技術規(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)構各個部分都參與抵抗地震作用，有利于充分發(fā)揮結(jié)構和構件的抗震性能，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，關于這一點，高層建筑中，通常是與平面及立面布置有關，本質(zhì)上是，讓結(jié)構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)構抗震，導致地震來臨時，結(jié)構構件該壞的不壞，不該壞的壞了，使結(jié)構處于抗震失控狀態(tài)。因此，高規(guī)中，對結(jié)構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12,不應超過15，B類高層建筑位移比不宜大于12，不應大于14，周期比A類高層建筑不應大于09,B類高層建筑不應大于085,注意，這樣的規(guī)定本質(zhì)上是希望結(jié)構正常抵抗水平地震作用，大量的工程實踐和震害證明，滿足這些指標要求的結(jié)構能夠滿足抗震要求，但是，如果不滿足這些要求，結(jié)構抗震就不能達到預期目的嗎？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)構的層間位移角要求是1/1000,如果結(jié)構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)構位移比一般要求滿足小于130即可，高層建筑結(jié)構抗震的概念設計，都要與建筑專業(yè)功能要求相結(jié)合，結(jié)構抗震不能唱獨角戲，必須在滿足建筑功能要求的情況下的抗震概念設計，這也要求建筑師在平面及立面設計時，同時擁有抗震概念，因此結(jié)構師與建筑師的協(xié)同工作異常重要，特別實在方案設計階段。二帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構設計學習心得隨著建筑功能要求越來越高，如大空間，多塔結(jié)構，錯層等等形式，而要實現(xiàn)這些功能，轉(zhuǎn)換層的設計不可避免，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)換層的設計則尤為凸出，在高規(guī)中被稱為復雜高層建筑。那么轉(zhuǎn)換層的形式很多，本次研討班學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)構等，依靠大梁進行結(jié)構形式的轉(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)點設計復雜。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)構的轉(zhuǎn)換。高層建筑結(jié)構轉(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)構相似，水平荷載下，帶厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構總體受力特點和部分框支剪力墻結(jié)構相似，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)構轉(zhuǎn)換層對于任何一種建筑物在結(jié)構受力上是有缺陷的，如果建筑功能沒有特別的功能要求，盡量不設轉(zhuǎn)換層。主要是因為：（1）豎向荷載下結(jié)構傳力不直接、傳力路徑復雜、不合理。（2）轉(zhuǎn)換構件尺寸大，剛度很大。轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構豎向剛度和質(zhì)量變化很大，甚至突變；（3）轉(zhuǎn)換構件受力不均勻且很復雜，撓度及裂縫寬度驗算不容忽視，豎向荷載成為控制設計的一個重要因素；（4）在轉(zhuǎn)換層上下一、二層范圍內(nèi)，水平力有突變。轉(zhuǎn)換構件鄰近某些構件受力不均勻且很復雜。當然，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計，作為一個結(jié)構工程師，則需從以下幾個方面考慮選擇轉(zhuǎn)換結(jié)構形式：（一）首先滿足建筑功能要求（二）滿足結(jié)構規(guī)范有關規(guī)定：（1）最大適用高度和最大高寬比（2）7度和8度抗震設計的高層建筑，當已采用超過一種復雜結(jié)構時，則不宜同時再采用帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構；（3）部分框支剪力墻結(jié)構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)可適當增加；（4）轉(zhuǎn)換層不宜設置在大底盤屋面以上塔樓內(nèi)。另外，對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構還有如下一般規(guī)定：1、平面布置應力求簡單、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)構的類型和有關設計規(guī)定，下面就部分框支剪力墻轉(zhuǎn)換層的設計進行深入探討。三部分框支剪力墻結(jié)構的轉(zhuǎn)換形式根據(jù)抗震規(guī)范定義，部分框支剪力墻結(jié)構是指首層或底部兩層框支抗震墻結(jié)構。它屬于抗震不利的結(jié)構體系，因此抗震規(guī)范及高規(guī)從抗震概念設計，最大適用高度，結(jié)構分析、抗震構造措施分別作出了相關規(guī)定。（一）部分框支剪力墻的抗震概念設計1、抗震墻的布置合理，較長抗震墻宜開設洞口，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)目不應小于50％。非抗震時不應小于30％。3、部分框支抗震墻結(jié)構的抗震墻，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。相應加強部位的抗震構造措施，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)構的落地剪力墻應加厚。6、框支層的周圍樓板不應錯層布置。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)構本身是抗震不利結(jié)構體系，因此相應的適用高度都比框架剪力墻和剪力墻結(jié)構都要小一些，如6度區(qū)，框架剪力墻結(jié)構為130m,剪力墻結(jié)構為140m，而部分框支剪力墻結(jié)構為120m。同時相應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)構分析一般應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進行平面有限元分析，目前m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造措施還應滿足剪力墻結(jié)構的要求。2、部分框支剪力墻結(jié)構的柱子的設計，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)構的框架柱得到相應加強。如應采用復合螺旋箍或井字復合箍，箍筋全高加密等等。3、部分框支剪力墻結(jié)構的框支梁的設計同樣也不同于一般框架梁，在部分框支剪力墻結(jié)構中，框支梁構件一般為偏心受拉構件，因此，抗震規(guī)范對此都有相應專門固定，如其支座上部縱向鋼筋至少應有50%沿梁全長貫通，，下部縱向鋼筋應全部直通到柱內(nèi)；沿梁高應配置間距不大于200mm、直徑不小于16mm的腰筋等等。部分框支剪力墻的設計，還需在設計實踐中不斷完善設計理論，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)構設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對以后的設計有所啟發(fā)和思考。最后要感謝院領導提供這次培訓學習的機會。擴展閱讀：鋼筋混凝土結(jié)構設計常見問題解析鋼筋混凝土結(jié)構設計常見問題解析摘要：鋼筋混凝土結(jié)構設計是一個長期、復雜甚至循環(huán)往復的過程，任何一個過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結(jié)果存在不安全因素。本文介紹了鋼筋混凝土結(jié)構定義和基本原理，探討了鋼筋混凝土結(jié)構設計常見問題及解決辦法。關鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構設計常見問題中圖分類號：tu37文獻標識碼：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)構設計,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)界相關人士將關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合理的鋼筋混凝土結(jié)構,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,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)構定義和基本原理1、定義鋼筋混凝土結(jié)構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,其主要承重構件是由鋼筋與混凝土制造而成。2、基本原理混凝土結(jié)構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)構中梁和板的承載能力。二、鋼筋混凝土結(jié)構設計常見問題解析1、關于超長結(jié)構的問題混凝土結(jié)構設計規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土框架結(jié)構伸縮縫最大間距為55m,同時規(guī)定當采取后澆帶分段施工,專門的預加應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,伸縮縫間距可適當增大。這兩條使我們在實際設計過程中較難把握。工程實例中超過55m就設置伸縮縫,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力。在結(jié)構設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雙層設置,并適當加強中部區(qū)域的梁板配筋,筆者