一位結(jié)構(gòu)設(shè)計總工的總結(jié)

1、概念設(shè)計與超限工程一，關(guān)于概念設(shè)計1.什么是概念設(shè)計。在早期方案設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)體型的規(guī)則性以及結(jié)構(gòu)的整體性需要滿足有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，以使結(jié)構(gòu)能可靠地發(fā)揮非彈性延性變形能力。這一概念可以稱作概念設(shè)計。概念設(shè)計規(guī)定了結(jié)構(gòu)早期方案設(shè)計階段中應(yīng)考慮的準則。由徐培福，傅學(xué)怡等編著的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一書中有一段話是值得結(jié)構(gòu)設(shè)計人員思考：“早期方案設(shè)計階段研究確定抗震結(jié)構(gòu)體系時，必須考慮結(jié)構(gòu)體型，規(guī)則性,整體性和質(zhì)量分布等各方面的問題，同時還應(yīng)對結(jié)構(gòu)承載力，剛度和非彈性延性變形能力從地震反應(yīng)角度作出比較正確的評價。結(jié)構(gòu)設(shè)計者首先遇到的問題將是如何在建筑設(shè)計要求所規(guī)定的約束條件下選擇一個令人比較滿

2、意的抗震結(jié)構(gòu)體系， 只要有可能，建筑師和結(jié)構(gòu)工程師就應(yīng)該在形成建筑方案的最早階段，討論各種可供選用的結(jié)構(gòu)體型和內(nèi)部空間布置，以避免不合適的或嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體型在結(jié)構(gòu)設(shè)計開始之前就已被“鎖定”在建筑方案中。實際上不規(guī)則性常常是不可避免的。建筑師不可能完全按照結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的準則進行創(chuàng)作，相反往往是結(jié)構(gòu)工程師要向業(yè)主，建筑師作些妥協(xié)和讓步。結(jié)構(gòu)工程師面臨的難點往往就是如何保持住結(jié)構(gòu)不規(guī)則的底線，使結(jié)構(gòu)不致嚴重不規(guī)則”。嚴重不規(guī)則按高規(guī)第4.1.2條就是屬于不應(yīng)采用的結(jié)構(gòu)體系即使是高度超過A級且水平和豎向均特別不規(guī)則的高層建筑工程不是不允許，而是只要由全國超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查專家委員會進行抗

3、震設(shè)防專項審查通過并且作了各種相應(yīng)的超限措施則仍可通過。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師，應(yīng)按照概念設(shè)計所規(guī)定的范疇，建立以下所述的主導(dǎo)思想，這就是：結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑構(gòu)思，確定整體布局和建筑造型的核心環(huán)節(jié)，它需要結(jié)構(gòu)工程師與建筑師相互理解，密切配合，以便共同創(chuàng)造建筑功能與內(nèi)在結(jié)構(gòu)和諧統(tǒng)一的作品。這就要求結(jié)構(gòu)工程師熟悉并能靈活地運用各種結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，規(guī)程以及規(guī)范，規(guī)程中所規(guī)定的有關(guān)概念設(shè)計要求的準則，經(jīng)過充分的試驗研究從理論和計算上做周密的分析，構(gòu)造上采取有效措施，解決各種各樣的建筑與結(jié)構(gòu)的矛盾，以求達到最大限度地與建筑設(shè)計相協(xié)調(diào)一致，共同創(chuàng)造一個實用，經(jīng)濟，合理和美觀的作品。這樣就要求結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計中應(yīng)膽大

4、而心細。二，概念設(shè)計的準則主要有以下兩個方面：1.對不規(guī)則性的控制：a.平面不規(guī)則性：1）平面凹凸不規(guī)則，見附錄一，有關(guān)凹凸不規(guī)則條文。2）平面組合不規(guī)則：如結(jié)構(gòu)平面角部重疊和結(jié)構(gòu)平面的細腰型（這兩條指的是建筑平面從上到下都是這樣不規(guī)則）。3）由于平面布置不規(guī)則引起的扭轉(zhuǎn)影響，比如考慮偶然偏心影響的地震作用下扭轉(zhuǎn)位移比不大于1.2以及不含裙房的樓層位移比不應(yīng)大于1.4.4）結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度弱，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9,B級高度高層建筑，混合結(jié)構(gòu)高層建筑，復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85這里要說明一點，扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動的主方向，可通過計算振型方

5、向因子來判斷，在兩個平動和一個轉(zhuǎn)動構(gòu)成的三個方向因子中，當(dāng)轉(zhuǎn)動方向因子大于0.5時，則該振型可認為是以扭轉(zhuǎn)為主的振型。5）樓板不連續(xù)，包括對某層樓板有效寬度開洞面積的控制，亦即樓面凹入或開洞尺寸不宜大于樓板有效寬度的一半（50%,樓板開洞面積不宜超過樓層面積的30%且在扣除凹入或開洞后，樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5m且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應(yīng)小于2m（如下圖所I_20.5LIai和a22m,a1+a25m（這條指的是某一層樓板出現(xiàn)的情形）6）錯層大于梁高。b.豎向不規(guī)則1）豎向剛度突變：比如樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上一層的70%或小于其上三層側(cè)向剛度平均值的80%以及本層側(cè)向剛度不

6、應(yīng)小于相鄰上層的50%（抗規(guī)第6.1.9條第3款指的是對矩形平面而言，高規(guī)附錄E對轉(zhuǎn)換層及以上時要求不大于0.6,比此還嚴格，但對轉(zhuǎn)換層在一，二層并無規(guī)定。）2）樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力對A級高度不宜小于其上一層受剪承載力的80%不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65%對于B級高度高層建筑則其受剪承載力不應(yīng)小于其上一層的75%3）豎向構(gòu)件不連續(xù)，包括加強層。4）建筑立面尺寸的突變。2.對高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系 （包括混合結(jié)構(gòu)體系） 的抗震性能及實用高度的控制：a.對各種結(jié)構(gòu)體系適用高度的控制，見附錄一和附件一。b.對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的控制：1）高位轉(zhuǎn)換：7度不超過5層，8度不超過3層2）79度不應(yīng)采用

7、厚板轉(zhuǎn)換；3）塔樓偏移：即單塔或多塔與大底盤的質(zhì)心偏心距不大于底盤相應(yīng)邊長的20%4）各部分層數(shù)，剛度，布置不同的錯層或連體結(jié)構(gòu)。5）不應(yīng)采用同時具有轉(zhuǎn)換層，加強層，錯層，連體和多塔類型的2種以上的結(jié)構(gòu)（包括在7度區(qū)和8度區(qū)）c.高度超過28米的單跨框架結(jié)構(gòu)。d.對框架-剪力墻和剪力墻的錯層結(jié)構(gòu)的適用高度對于7度不大于50米，對于8度不大于60米。e.抗震設(shè)計時，B級高度高層建筑不宜采用連體結(jié)構(gòu)。f.抗震設(shè)計時，B級高度高層建筑當(dāng)?shù)撞繋мD(zhuǎn)換層時的筒中筒結(jié)構(gòu)，且當(dāng)外筒采用由剪力墻構(gòu)成的壁式框架時，其最大適用高度比高規(guī)表4.2.2-1所示數(shù)值適當(dāng)降低。g.對具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)適用高度宜

8、比高規(guī)表4.2.2-1中剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當(dāng)降低，且7度和8度分別不應(yīng)大于100m和60m三.什么是超限高層建筑工程。1.房屋高度超過規(guī)定的高層建筑工程a.超過抗規(guī)第6章表6.1.1所規(guī)定高度的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，亦即超過高規(guī)表4.2.2-1中所示的A級高度的高層建筑工程。高規(guī)條文說明第4.2.2條明確指出“為保證B級高度高層建筑的設(shè)計質(zhì)量，抗震設(shè)計的B級高度的高層建筑，需要按有關(guān)行政法規(guī)部門的規(guī)定進行超限高層建筑的抗震審查復(fù)核”。還應(yīng)注意的是所謂超高是從A級高度算起。b.超過抗規(guī)第8章表8.1.1所示的鋼結(jié)構(gòu)適用的最大高度。c.超過高規(guī)第7.1.2條規(guī)定的“具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)，

9、其最大適用高度應(yīng)比本規(guī)程表4.2.2-1中剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當(dāng)降低，且7度和8度抗震設(shè)計時分別不應(yīng)大于100mffi60m”的規(guī)定。d.超過高規(guī)第10.1.3條關(guān)于“7度和8度抗震設(shè)計時，剪力墻結(jié)構(gòu)錯層高層建筑的房屋高度分別不宜大于80m和60m框架-剪力墻結(jié)構(gòu)錯層高層建筑的房屋高度不應(yīng)大于80m和60m的規(guī)定?！眅.超過高規(guī)表11.1.2所示高度的高層建筑，亦即混合結(jié)構(gòu)的最大適用高度。2 .房屋高度不超過規(guī)定，但建筑結(jié)構(gòu)布置屬于抗規(guī)，高規(guī)規(guī)定的特別不規(guī)則的高層建筑。可以看一下超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點（以下簡稱技術(shù)要點）附錄一和關(guān)于進一步加強我市超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審

10、查管理工作的通知附件一。深圳的附件一是針對深圳7度區(qū)對附錄一內(nèi)容的具體化和形象化，更容易理解和接受。從兩個表中可以看出，有些只要超過一項就屬于特別不規(guī)則，有些具有三項及以上時才定為特別不規(guī)則。3.高度大于28米，且屋蓋結(jié)構(gòu)超出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定的常用形式的大型公共建筑工程（暫不含膜結(jié)構(gòu)）。這種結(jié)構(gòu)本不屬于高層建筑范疇，但由于目前我國在此范疇沒有具體部門去管理，所以暫時并入超限高層建筑工程范疇。四，超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查方法：1 .一般超限高層建筑工程可由各省市抗震辦組織超限高層建筑工程抗震設(shè)防專家委員會成員進行審查。2 .屬于下列情況的，技術(shù)要點建議委托全國

11、超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查專家委員會進行抗震設(shè)防專項審查：a.超過高規(guī)B級高度的混凝土結(jié)構(gòu)和高規(guī)表11.1.2所示最大適用高度的混合結(jié)構(gòu)的高層建筑工程；b.超過規(guī)定的錯層結(jié)構(gòu)，塔體顯著不同或跨度大于28m的連體結(jié)構(gòu)，同時具有帶轉(zhuǎn)換層，帶加強層，錯層，連體四種類型中兩種以上（即三種及以上）的復(fù)雜結(jié)構(gòu)；高度超過A級且水平和豎向均特別不規(guī)則的高層建筑工程。c.超過抗規(guī)第8章適用范圍的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑工程；d.按技術(shù)要點第八條需要進行模型試驗的高層建筑工程；e.各省，自治區(qū)，直轄市建設(shè)行政主管部門認為需要委托全國專家委員會審查的其他超限高層建筑工程，包括各種特殊類型的高層建筑工程。五.超限高層建筑工程

12、的處理方法：1 .采用兩個或兩個以上不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進行整體內(nèi)力和位移計算 。 國 內(nèi) 目 前 可 以 應(yīng) 用 的 經(jīng) 建 設(shè) 部 批 準 的 計 算 程 序 不 少 ， 比 如SATWESAP2000,MIDAS/GEN.ETABS.ABAQUS2.考慮平扭耦聯(lián)計算振型數(shù)不應(yīng)小于15,對多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)少于塔樓數(shù)的9倍，且計算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%這主要是考慮高振型影響。3、質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。4、當(dāng)在水平作用下不滿足高規(guī)第5.4.1條規(guī)定時，應(yīng)考慮重力二階效應(yīng)的不利影響，也就是：-P的不利影響；5

13、、 采用彈性動力時程分析法作補充計算， 注意彈性動力時程分析應(yīng)符合下面要求：a、 應(yīng)按建筑物場地類別和設(shè)計地震分組選擇用不少于二組實際地震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法的所用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符，且彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%,多條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%。b、地震波的連續(xù)時間不宜小于建筑結(jié)構(gòu)基本周期的5倍，也不宜少于12s。地震波的時間間距可取0.015或0.025。c、輸入地震加速度的最大值。d、彈性時程分析

14、結(jié)果，一般采用多條波的平均值，超高較多或體型復(fù)雜時，宜取多條波的包絡(luò)。并用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力分析計算。6、必要時，應(yīng)采用靜力彈塑性分析或動力彈塑性分析方法確定薄弱層位置。7、對框支層、轉(zhuǎn)換層、錯層樓蓋等受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)在整體分析的基礎(chǔ)上進行局部的內(nèi)力或應(yīng)力分析，并作為截面強度設(shè)計的依據(jù)。8、軟弱層地震剪力和不落地構(gòu)件傳給水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力的調(diào)整系數(shù)取值，超高時宜大于規(guī)范的規(guī)定值。9、當(dāng)樓板凹凸不規(guī)則或局部不連續(xù)，或當(dāng)樓板過于狹長，平面內(nèi)變形明顯時，應(yīng)采用彈性板和局部彈性板模型進行分析。必要時采用有限元方法分析不規(guī)則樓板的應(yīng)力，并根據(jù)分析結(jié)果進行板的配筋。10、對個別特殊的構(gòu)件，比如超長的角柱等應(yīng)單獨作專門分析。11、連續(xù)體的豎向地震應(yīng)參照豎向時程分析結(jié)果采用。12、必要時應(yīng)作重力荷載作用下的結(jié)構(gòu)施工模擬分析。13、對超高很多或結(jié)構(gòu)體系特別復(fù)雜、結(jié)構(gòu)類型特別特殊的工程，當(dāng)沒有可借鑒的設(shè)計依據(jù)時，應(yīng)選擇整體結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)構(gòu)件、部件或節(jié)點模型進行必要的抗震性能試驗。14、 必要時宜作基于性能的抗震設(shè)計， 對整個結(jié)構(gòu)或薄弱部位