建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性探討

PAGE建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計—課程論文建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性學(xué)生姓名盛雪松學(xué)號08134120院系工學(xué)院土木系專業(yè)土木工程課程教師梁超峰完成日期2011-05-20

建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性摘要:建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則可能造成較大地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，產(chǎn)生嚴重應(yīng)力集中，或形成抗震薄弱層。因此，在建筑抗震設(shè)計中，應(yīng)使建筑物的平、立面布置規(guī)則、對稱，具有良好的整體性。質(zhì)量和剛度變化宜均勻，防止在平面上質(zhì)量中心與剛度中心不重合而造成嚴重的扭轉(zhuǎn)振動。豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變而形成薄弱層。關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu)；不規(guī)則類型；判定和處理引言結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范明確要求,建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱,并應(yīng)有良好的整體性,建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化,不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)方案,但隨著我國經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的提高,人們的思想觀念不斷更新,嚴格意義的規(guī)則建筑已經(jīng)很難見到,取而代之的是大批新穎別致、標新立異、彰顯個性的建筑物。各地大量涌現(xiàn)的現(xiàn)代建筑物幾乎都是不規(guī)則或是嚴重不規(guī)則的,如希爾頓飯店、深圳發(fā)展中心、中央電視臺等,都是不規(guī)則建筑的典型代表,它們的出現(xiàn)既給城市建筑帶來了嶄新的面貌,同時又給結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。如何遵循規(guī)范精神,對不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算分析,成為工程設(shè)計中必須解決的重要課題。建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則類型可分為平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則。本文主要從不規(guī)則結(jié)構(gòu)的判定、震害和處理措施結(jié)合實例來敘述。1結(jié)構(gòu)不規(guī)則類型大致可分為平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則。1.1平面不規(guī)則1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍;凸凹不規(guī)則：結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%。①平面狹長,在抗震設(shè)防烈度為6、7度時,平面長寬比大于6.0(8度抗震時大于5.0);②凹進尺寸太多,平面凹進一側(cè)的尺寸大于相應(yīng)投影方向總尺寸的0.35(8度時大于0.3);③凸出過細,凸出部分的長寬比大于2.0(8度時大于1.5);樓板局部不連續(xù)：樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層。1.2豎向不規(guī)則1)側(cè)向剛度不規(guī)則：樓層側(cè)向剛度小于相鄰上部樓層的70%，或小于其上相鄰三層平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平尺寸大于相鄰下一層的25%。2)豎向尺寸突變：①高層結(jié)構(gòu)上部樓層收進部位到室外地面高度大于房屋高度的20%，上部樓層收進的水平尺寸大于相鄰下一層的25%；②高層結(jié)構(gòu)上部樓層外挑，下部樓層的水平尺寸小于上部尺寸的90%，且水平外挑尺寸大于4m。3)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)：豎向抗側(cè)力構(gòu)件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件(梁、桁架等)向下傳遞。4)樓層承載力突變：A級高層建筑的層間受剪承載力比小于0.8，B級高層小于0.75。5)結(jié)構(gòu)的周期比過大：A級高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高層建筑和復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)：帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)、帶加強層的結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、多塔樓結(jié)構(gòu)等。2不規(guī)則震害舉例2.1工程概況：隴南氣象局辦公樓位于武都市的小山包上，山包高出正常地面50米左右，辦公樓位于小山包邊側(cè)20米。該樓層為三層、局部四層，三四層兩部分間連為一體未設(shè)防震縫。四層為偏向三層端頭的局部突出部分，為豎向不規(guī)側(cè)布置，室內(nèi)又為曠大房間。該樓已建成使用25年。2.2震害描述：四層突出的局部大房間四周外墻：①縱向窗間墻嚴重X形開裂，，伴有墻上下錯斷；②縱墻磚柱及構(gòu)造柱錯斷，構(gòu)造柱鋼筋已銹蝕；③山墻X形開裂，伴有層底水平錯動及向外傾斜；④鋼窗壓斜變形，外貼面粉刷大片脫落。三層主體辦公樓震害：①三層山墻X形裂縫及窗洞后填墻周裂縫、外貼面磚粉刷脫落;②縱外墻窗頂水平裂縫及外貼面磚粉刷局部脫落。2.3震害原因分析：①該樓位于小山包邊側(cè)，根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該地區(qū)小山包震害比平地上房屋震害嚴重，地震反應(yīng)增大，其增大系數(shù)約在1.3至1.5間；②該樓四層比三層高出一層，局部突出產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)鞭梢效應(yīng)；③該樓四層位于主體三層的端部，質(zhì)量剛度不均，產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；④該樓四層房間空曠，承載力和剛度均發(fā)生了突變。該樓的嚴重震害，典型的說明了小山包上豎向不規(guī)則磚混結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較強的地震增大效應(yīng)、鞭梢效應(yīng)和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，從而產(chǎn)生較大的水平地震剪力，而空曠四層磚房墻體的抗剪能力很差導(dǎo)致該樓破壞嚴重。3不規(guī)則的判定具體可根據(jù)表格內(nèi)概念來判定不規(guī)則類型表1平面不規(guī)則的主要類型不規(guī)則類型定義和參考指標扭轉(zhuǎn)不規(guī)則在規(guī)定的水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30％樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50％，或開洞面積大于該層樓面面積的30％，或較大的樓層錯層表2豎向不規(guī)則的主要類型不規(guī)則類型定義和參考指標側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70％，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80％；除頂層或出屋面小建筑外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25％豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等）向下傳遞樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80％4不規(guī)則的處理建筑形體及其構(gòu)件布置不規(guī)則時，應(yīng)按下列要求進行地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施：4.1平面不規(guī)則而豎向規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計算模型，并應(yīng)符合下列要求：1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時，應(yīng)計入扭轉(zhuǎn)影響，且樓層豎向構(gòu)件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5倍，當(dāng)最大層間位移遠小于規(guī)范限值時，可適當(dāng)放寬；

2）凹凸不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)實際剛度變化的計算模型；高烈度或不規(guī)則程度較大時，宜計入樓板局部變形的影響；3）平面不對稱且凹凸不規(guī)則或局部不連續(xù)，可根據(jù)實際情況分塊計算扭轉(zhuǎn)位移比，對扭轉(zhuǎn)較大的部位應(yīng)采用局部的內(nèi)力增大系數(shù)。4.2平面規(guī)則而豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計算模型，剛度小的樓層的地震剪力應(yīng)乘以不小于1.15的增大系數(shù)，其薄弱層應(yīng)按本規(guī)范有關(guān)規(guī)定進行彈塑性變形分析，并應(yīng)符合下列要求：1）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)時，該構(gòu)件傳遞給水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力應(yīng)根據(jù)烈度高低和水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的類型、受力情況、幾何尺寸等，乘以1.25～2.0的增大系數(shù)；2）側(cè)向剛度不規(guī)則時，相鄰層的側(cè)向剛度比應(yīng)依據(jù)其結(jié)構(gòu)類型符合本規(guī)范相關(guān)章節(jié)的規(guī)定；3）樓層承載力突變時，薄弱層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于相鄰上一樓層的65％。4.3平面不規(guī)則且豎向不規(guī)則的建筑，應(yīng)根據(jù)不規(guī)則類型的數(shù)量和程度，有針對性地采取不低于本條1、2款要求的各項抗震措施。特別不規(guī)則的建筑，應(yīng)經(jīng)專門研究，采取更有效的加強措施或?qū)Ρ∪醪课徊捎孟鄳?yīng)的抗震性能化設(shè)計方法。4.4體型復(fù)雜、平直面不規(guī)則的建筑，應(yīng)根據(jù)不規(guī)則程度、地基基礎(chǔ)條件和技術(shù)經(jīng)濟等因素的比較分析，確定是否設(shè)置防震縫，并分別符合下列要求：1）當(dāng)不設(shè)置防震縫時，應(yīng)采用符合實際的計算模型，分析判明其應(yīng)力集中、變形集中或地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等導(dǎo)致的易損部位，采取相應(yīng)的加強措施。2）當(dāng)在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫時，宜形成多個較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。防震縫應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)材料種類、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)單元的高度和高差以及可能的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的情況，留有足夠的寬度，其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開。3）當(dāng)設(shè)置伸縮縫和沉降縫時，其寬度應(yīng)符合防震縫的要求。有經(jīng)驗的有抗震知識素養(yǎng)的建筑設(shè)計人員，應(yīng)該對所設(shè)計的建筑的抗震性能有所估計，要區(qū)分不規(guī)則、特別不規(guī)則和嚴重不規(guī)則等不規(guī)則程度，避免采用抗震性能差的嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案”

不規(guī)則——超過表1、2中一項及以上的不規(guī)則指標

特別不規(guī)則——多項均超過表1、2中一項及以上的不規(guī)則指標，或某一項超過規(guī)定指標較多，具有較明顯的抗震薄弱部位，將會引起不良后果者；

嚴重不規(guī)則——體型復(fù)雜，多項不規(guī)則指標超過表中條上限值，或者某一項大大超過規(guī)定值，具有嚴重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導(dǎo)致地震破壞的嚴重后果者。

結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則判別準則中，凸凹不規(guī)則、樓板不連續(xù)等都較直觀，較易宏觀把握。扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，是結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則中最重要控制指標，它主要有兩項結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)特性指標——扭轉(zhuǎn)變形指標和扭轉(zhuǎn)剛度指標，需做專門的分析和計算。5.結(jié)束語綜上所述,對于現(xiàn)代城市日益涌現(xiàn)的造型新穎別具一格的不規(guī)則建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)細心分析各種情況,從概念設(shè)計人手。找出結(jié)構(gòu)的重點和薄弱點,因勢利導(dǎo)克服不利因素,使整個結(jié)構(gòu)在平面和豎向合理地布置結(jié)構(gòu)剛度,避免和減少結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的薄弱部位,同時加強薄弱部位的構(gòu)造措施,使建筑物從一個貌似不規(guī)則的建筑調(diào)整成一個結(jié)構(gòu)上的規(guī)則建筑,只要結(jié)構(gòu)工程師認真分析,抓住重點,強化構(gòu)造,不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計