一位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總工的總結(jié)

1、 概念設(shè)計(jì)與超限工程一， 關(guān)于概念設(shè)計(jì)1. 什么是概念設(shè)計(jì)。在早期方案設(shè)計(jì)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(jì)。概念設(shè)計(jì)規(guī)定了結(jié)構(gòu)早期方案設(shè)計(jì)階段中應(yīng)考慮的準(zhǔn)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(jì)一書(shū)中有一段話是值得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員思考：“早期方案設(shè)計(jì)階段研究確定抗震結(jié)構(gòu)體系時(shí)，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(wèn)題，同時(shí)還應(yīng)對(duì)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(píng)價(jià)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者首先遇到的問(wèn)題將是如何在建筑設(shè)計(jì)要求所規(guī)定的約束條件下選擇一個(gè)令人

2、比較滿意的抗震結(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(yán)重不 規(guī)則的結(jié)構(gòu)體型在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)始之前就已被“鎖定”在建筑方案中。實(shí)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(jì)的準(zhǔn)則進(jìn)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(diǎn)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(yán)重不規(guī)則”。嚴(yán)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(guò)A級(jí)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(guó)超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查專家委員

3、會(huì)進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查通過(guò)并且作了各種相應(yīng) 的超限措施則仍可通過(guò)。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，應(yīng)按照概念設(shè)計(jì)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(jì)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(yùn)用各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)要求的準(zhǔn)則，經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)研究從理論和計(jì)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(dá)到最大限度地與建筑設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)一致，共同創(chuàng)造一個(gè)實(shí)用，經(jīng)濟(jì)，合理和美觀的作品。這樣就要求結(jié)構(gòu)工程師在

4、設(shè)計(jì)中應(yīng)膽大而心細(xì)。二， 概念設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則主要有以下兩個(gè)方面：1. 對(duì)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(jiàn)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(xì)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(dòng)為主的第一自振周期Tl之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級(jí)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(shuō)明一點(diǎn)，扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振

5、動(dòng)的主方向，可通過(guò)計(jì)算振型方向因子來(lái)判斷，在兩個(gè)平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成的三個(gè)方向因子中，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向因子大于0.5時(shí)，則該振型可認(rèn)為是以扭轉(zhuǎn)為主的振型。5） 樓板不連續(xù)，包括對(duì)某層樓板有效寬度開(kāi)洞面積的控制，亦即樓面凹入或開(kāi)洞尺寸不宜大于樓板有效寬度的一半（50%），樓板開(kāi)洞面積不宜超過(guò)樓層面積的30%，且在扣除凹入或開(kāi)洞后，樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5m，且開(kāi)洞后每一邊的樓板凈寬度不應(yīng)小于2m（如下圖所示）L2>0.5L1 a1和a2 2m, a1+ a25m(這條指的是某一層樓板出現(xiàn)的情形)6） 錯(cuò)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

6、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(duì)矩形平面而言，高規(guī)附錄E對(duì)轉(zhuǎn)換層及以上時(shí)要求不大于0.6，比此還嚴(yán)格，但對(duì)轉(zhuǎn)換層在一，二層并無(wú)規(guī)定。）2） 樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力對(duì)A級(jí)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(duì)于B級(jí)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(qiáng)層。4） 建筑立面尺寸的突變。2.對(duì)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(shí)用高度的控制：a.對(duì)各種結(jié)構(gòu)體系適用高度的控制，見(jiàn)附錄一和附件一。b.對(duì)復(fù)雜結(jié)

7、構(gòu)的控制：1）高位轉(zhuǎn)換：7度不超過(guò)5層，8度不超過(guò)3層2）79度不應(yīng)采用厚板轉(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(zhǎng)的20%4）各部分層數(shù)，剛度，布置不同的錯(cuò)層或連體結(jié)構(gòu)。 5）不應(yīng)采用同時(shí)具有轉(zhuǎn)換層，加強(qiáng)層，錯(cuò)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(guò)28米的單跨框架結(jié)構(gòu)。 d.對(duì)框架-剪力墻和剪力墻的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的適用高度對(duì)于7度不大于50米，對(duì)于8度不大于60米。 e.抗震設(shè)計(jì)時(shí)，B級(jí)高度高層建筑不宜采用連體結(jié)構(gòu)。 f.抗震設(shè)計(jì)時(shí),B級(jí)高度高層建筑當(dāng)?shù)撞繋мD(zhuǎn)換層時(shí)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(shí)，其最大適用高度比高

8、規(guī)表4.2.2-1所示數(shù)值適當(dāng)降低。g.對(duì)具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)適用高度宜比高規(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(guò)規(guī)定的高層建筑工程 a.超過(guò)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(guò)高規(guī)表4.2.2-1中所示的A級(jí)高度的高層建筑工程。高規(guī)條文說(shuō)明第4.2.2條明確指出“為保證B級(jí)高度高層建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量，抗震設(shè)計(jì)的B級(jí)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(jìn)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(jí)高度算起。b.超過(guò)抗規(guī)第8章表8.1.1所示的鋼結(jié)

9、構(gòu)適用的最大高度。c.超過(guò)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)，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(jì)時(shí)分別不應(yīng)大于100m和60m。”的規(guī)定。d.超過(guò)高規(guī)第10.1.3條關(guān)于“7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)錯(cuò)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(cuò)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(guò)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(guò)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(xiàng)審

10、查技術(shù)要點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱技術(shù)要點(diǎn)）附錄一和關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)我市超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查管理工作的通知附件一。深圳的附件一是針對(duì)深圳7度區(qū)對(duì)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(gè)表中可以看出，有些只要超過(guò)一項(xiàng)就屬于特別不規(guī)則，有些具有三項(xiàng)及以上時(shí)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(jì)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(guó)在此范疇沒(méi)有具體部門去管理，所以暫時(shí)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(xiàng)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

11、層建筑工程抗震設(shè)防專家委員會(huì)成員進(jìn)行審查。 2.屬于下列情況的，技術(shù)要點(diǎn)建議委托全國(guó)超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查專家委員會(huì)進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查：a. 超過(guò)高規(guī)B級(jí)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(guò)規(guī)定的錯(cuò)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(shí)具有帶轉(zhuǎn)換層，帶加強(qiáng)層，錯(cuò)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(guò)A級(jí)且水平和豎向均特別不規(guī)則的高層建筑工程。c. 超過(guò)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(diǎn)第八條需要進(jìn)行模型試驗(yàn)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(rèn)為需要委托

12、全國(guó)專家委員會(huì)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的處理方法：1.采用兩個(gè)或兩個(gè)以上不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力和位移計(jì)算。國(guó)內(nèi)目前可以應(yīng)用的經(jīng)建設(shè)部批準(zhǔn)的計(jì)算程序不少，比如SATWE，SAP2000,MIDAS/GEN.ETABS.ABAQUS等。2.考慮平扭耦聯(lián)計(jì)算振型數(shù)不應(yīng)小于15，對(duì)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(jì)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(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)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(shí)，應(yīng)考慮重力

13、二階效應(yīng)的不利影響，也就是的不利影響；5、采用彈性動(dòng)力時(shí)程分析法作補(bǔ)充計(jì)算，注意彈性動(dòng)力時(shí)程分析應(yīng)符合下面要求： a、應(yīng)按建筑物場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選擇用不少于二組實(shí)際地震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)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(jì)意義上相符，且彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)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(shí)程曲線計(jì)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(shí)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(shí)間間距可取0.015或0.025。 c、輸入

14、地震加速度的最大值。 d、彈性時(shí)程分析結(jié)果，一般采用多條波的平均值，超高較多或體型復(fù)雜時(shí)，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(jì)算。6、必要時(shí)，應(yīng)采用靜力彈塑性分析或動(dòng)力彈塑性分析方法確定薄弱層位置。7、對(duì)框支層、轉(zhuǎn)換層、錯(cuò)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(jìn)行局部的內(nèi)力或應(yīng)力分析，并作為截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(shí)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(guò)于狹長(zhǎng)，平面內(nèi)變形明顯時(shí)，應(yīng)采用彈性板和局部彈性板模型進(jìn)行分析。必要時(shí)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(jìn)行板的配筋。10、對(duì)個(gè)別特殊的構(gòu)件，比如超長(zhǎng)的角柱等應(yīng)單獨(dú)作專門分析。11、連續(xù)體的豎向地震應(yīng)參照豎向時(shí)程分析結(jié)果采用。12、必要時(shí)應(yīng)作重力荷載作用下的結(jié)構(gòu)施工模擬分析。13、對(duì)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(méi)有可借鑒的設(shè)計(jì)依據(jù)時(shí)，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(diǎn)模型進(jìn)行必要的抗震性能試驗(yàn)。14、必要時(shí)宜作基于性能的抗震設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)或薄弱