错层结构的设计与分析

错层结构的设计与分析（精选4篇）

错层结构的设计与分析 第1篇

1 错层结构概述

建筑过程中为满足人们对建筑结构要求的层次感以及独特性空间, 而将商业用房掺杂在住宅中, 由于商业用房与住宅房的层高不同, 因此会以错层结构模式建造在建筑中。错层结构建筑, 即是相邻楼盖结构高差超过梁高范围的建筑。结构中仅局部存在错层构件的不属于错层结构。

2 错层结构受力特点

错层结构是一种复杂的结构模式, 有以下几点特点:

2.1 错层结构抗震性能低

对错层剪力墙结构, 当平面规则时, 剪力墙形成错洞墙, 竖向刚度不规则, 对抗震不利, 但对抗震性能影响不十分严重;当平面不规则、扭转效应显著时, 错层结构破坏严重。错层框架结构或框剪结构的抗震性能要更差。

2.2 错层结构使得整体受力不均匀

由于错层结构应用于建筑中, 使得这栋楼的错层处极易发生较大的内力与变形, 大大的削弱了整体结构受力不均匀, 从而导致整栋楼的破坏。

2.3 错层部位的构件受力复杂

错层结构属于竖向不规则结构, 错层部位的竖向抗侧力构件受力复杂, 容易形成多处应力集中部位, 框架错层更为不利, 容易形成长、短柱沿竖向交替出现的不规则体系。

针对以上受力特点, 设计人员需要从结构概念和加强抗震措施等方面进行分析设计。

3 辅助设计PKPM软件应用

辅助设计PKPM软件, 是目前我国应用最广泛的错层结构的计算软件。本节针对PKPM辅助设计软件进行研究提出建议。某一大型住宅小区中的一商住楼, 30层高层剪力墙结构, 首二层部分为商铺, 部分为住宅, 三层以上均为住宅, 层高及错层部位如图1所示。

(1) PKPM对错层结构的建模方式一般有两种:

建模一: (如图2所示) 标准层仅输入同一标高楼板处的梁, 板, 墙 (柱) , 越层墙 (柱) 指定墙 (柱) 底标高, 楼层组装时层高按楼板高差输入。

建模二: (如图3所示) 标准层输入同一标高楼板处的梁, 板, 墙 (柱) , 没有楼板处仅输入墙 (柱) , 楼层组装时层高按楼板高差输入。

另PKPM使用指南还建议采用一种广义层概念的建模方式, 此方式仅适用与框架错层建模。

(2) PKPM不同建模方式对应的主要参数输出如表1。

(3) PKPM不同建模方式的结果分析:

建模一:PKPM假定楼板平面无限刚, 因此此模型仅考虑了楼板内墙柱的提供的刚度, 越层柱提供的刚度没有考虑, 未能准确的计算出本层的侧向刚度, 是比较保守的建模设计分析方法。

建模二:此建模方式未能正确考虑剪力墙的实际高度, 而形成短柱, 对剪力墙的稳定性计算偏于不安全 (计算结果显示仅按层高验算越层墙的稳定性) 。由于PKPM假设为刚性楼板, 放大了越层柱的刚度, 因此整楼的刚度也放大了, 周期小, 受剪承载力被放大了很多;位移计算时, 越层柱没有约束, 因此位移比较大。

4 错层结构的抗震措施

因辅助软件未能真实地模拟实际工程, 因此计算结果不能直接取用, 为确保结构的抗震性能安全, 应选用规则的结构体系, 对错层结构的计算结果进行合理选用, 而且要加强其抗震措施。

(1) 《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2010) 关于错层结构有如下规定:

(1) 对错层处框架柱设计要求:不得超过600mm, 混凝土等级不应低于C30, 箍筋应全柱段加密配置;抗震等级应更高一级。

(2) 对错层处剪力墙的设计要求为:错层处剪力墙的厚度不小于250mm, 并将其设置在垂直的墙肢或者扶壁柱;抗震等级应更高一级;混凝土强度等级不应低于C30, 分布钢筋的配筋率不得小于5%。

(2) 新型短柱与剪力墙

为提高短构件的延性, 研究出能够抗震6级以上的一些新型短柱有几下几种:型钢混凝土柱、高强混凝土、复合箍筋短柱、分体柱、碳纤维布加固短柱、横梁加掖、带暗支撑的剪力墙、钢-混凝土组合剪力墙。

5 结语

在进行错层结构设计的时候, 应注意PKPM软件的局限性, 正确的使用其软件的适应条件与技术条件来计算正确的结果从而保障结构满足各项构造措施要求。辅助设计PKPM软件在缺乏抗震鉴定软件环境下不仅对相关技术人员减轻劳动而且对结构进行安全评定的时候具有积极的意义。错层结构的建筑通过辅助软件的计算分析, 规范规定与运用新型材料等方面, 提高错层结构建筑在地震的作用下安全系数, 从而, 满足了人们对建筑的层次感、独特空间感等要求。

参考文献

[1]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析.中国建筑工业出版社, 2013.

[2]PMCAD结构平面CAD软件用户手册及技术条件[D].中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部, 2010.

[3]陈勤.钢筋混凝土剪力墙错层高层结构抗震分析[J].建筑结构, 2006 (36) .

[4]范俊梅.高层建筑结构中设计中的几个问题分析[J].山西建筑, 2009 (15) .

局部错层结构的设计方法与措施 第2篇

结合甘肃省张掖电厂中水处理站工程, 该工程由于工艺要求, 局部楼板为错层形式, 笔者从结构平面布置、理论计算和构造处理等方面, 介绍了对该局部错层结构的设计措施, 通过以上这些措施综合使用, 有效地减小了错层对结构抗震造成的不利影响。

1 工程概况

甘肃省张掖电厂中水处理站, 内含砂过滤器、澄清池、淤泥池等, 由于工艺方面的要求, 结构采用错层形式。该建筑设防烈度7度, 设计基本加速度0.2g。图1为局部错层处的结构布置。

2 错层结构的技术措施

在本工程中, 如何采取有效措施处理错层部位来保证结构安全显得尤为重要。因此, 针对该结构错层造成的薄弱部位, 从概念设计、理论计算及抗震构造措施等方面分别进行处理, 保证结构安全。

2.1 结构平面布置

结构平面布置不对称, 则扭转效应十分显著, 可能造成角部抗侧力构件开裂, 对于局部错层结构而言, 会加剧在错层处框架梁的受扭。因此, 本工程在结构布置中, 尽可能使错层部位两层的竖向构件刚度相等。其次, 局部错层导致结构的侧向刚度沿竖向分布不均匀, 因此, 因尽量保证错层与相邻上一层的侧向刚度相比不小于0.7, 或错层的侧向刚度不小于其上相邻3个楼层侧向刚度平均值的80%。在本工程的方案设计阶段, 通过加强外侧柱的抗侧刚度, 调整结构刚度中心尽量与质量中心重合, 减小整个结构的扭转效应。同时, 在错层方向增加柱截面, 减小错层方向的水平位移。通过以上多种措施控制整个结构的扭转效应和水平位移, 从而达到减小错层对结构造成的不利影响。

2.2 理论计算

地震作用下错层楼板的水平位移差会导致框架梁的扭转效应, 该水平位移差与结构整体水平位移的大小和错层楼板的高差有关。若错层的楼板间高差在500mm以内, 此时楼层相对高差较小, 上、下框架梁已能有效搭接, 所以可取上层框架梁底与下层楼板底平, 使水平地震作用直接传递。因此, 在计算建模时, 可直接按非错层结构进行设计, 对于错层处的框架梁, 可考虑增加抗扭纵筋和箍筋, 以提高框架梁的抗扭能力。

若错层楼板间的高差大于500mm, 上下框架梁只能通过柱来搭接, 地震作用下, 错层楼板处的位移差通过框架柱协调, 又加上该框架柱多为短柱, 侧向刚度大而造成剪力集中, 且短柱延性较差, 此处形成抗震的薄弱部位。因此, 必须改善短柱的力学性能或者直接消除短柱, 本工程采用对上框架梁加腋的构造处理, 加腋底面与下层楼板底平。但对框架梁加腋造成框架梁刚度增加, 导致梁端弯矩和剪力增大, 而根据节点受力平衡, 与之相连的框架柱也会分配更大的弯矩和轴力, 但目前的设计软件一般均不考虑梁加腋的情况, 因此, 需要进一步手算调整错层部位的框架梁柱内力。框架梁柱核心区组合的剪力值应取以下两式中的较大值:

undefined

式中:Vundefined, Vundefined分别表示错层节点上下部分的剪力;ηjb为强节点系数, 一级框架取1.5, 二级框架取1.35, 三级框架取1.2;Mundefined, Mundefined分别表示节点左右梁端组合弯矩的设计值之和;hb0为梁的有效高度, 加腋梁取梁的平均高度;a′S为梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离;Hc为柱的计算高度;hb为梁的高度, 加腋梁取梁的平均高度, 如图2所示。

2.3 构造措施

为了保证错层结构的安全, 本工程还采用以下构造措施, 对局部错层部位进行加强, 如, 错层柱与相邻普通柱的长细比控制在1～2之间, 错层处框架柱的截面高度不应小于600mm, 混凝土强度等级不应低于C30, 框架柱纵筋不小于1.5%, 箍筋全柱段加密, 体积配箍率不小于1.5%, 抗震等级提高一级, 截面设计还需要考虑竖向地震作用的影响。

3 结语

局部错层结构在抗震设计时, 因错层导致结构整体性差, 错层处出现框架短柱, 框架梁产生扭转效应。针对甘肃省张掖电厂中水处理站工程这一局部错层结构, 在结构布置中, 调整结构刚度中心尽量与质量中心重合, 减小整个结构的扭转效应, 并尽可能使错层部位两层的竖向构件刚度相等, 减小错层方向的水平位移。其次对错层处的上框架梁采用加腋处理, 并手算调整错层部位的框架梁柱内力。此外, 对框架短柱和框架梁在截面、配筋和构造中也采取了加强的构造措施。通过以上措施综合使用, 有效地减小了错层对结构抗震造成的不利影响, 保证了该结构的抗震安全性, 本工程的这些方法, 可为其他类似工程提供参考。

参考文献

[1]GB50011-2010, 建筑抗震规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[2]JGJ3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[3]谢靖中, 李国强, 屠成松.错层结构的几点分析[J].建筑科学, 2001, 12 (2) :21-24.

[4]苏慧, 梁书亭, 龚维明.错层结构扭转及地震反应分析[J].特种结构, 2005, 16 (3) :14-17.

高层建筑错层结构抗震设计 第3篇

高层建筑错层结构由于同一楼层的楼板沿高度方向相互错开而形成了室内空间的变化富于多样性, 深受消费者的青睐。因此在城市住宅区广为使用。但是, 作为一种结构体系, 其结构形式复杂, 地震反应特性与普通高层结构也有很大的不同, 借助于计算机技术的发展, 对错层结构地震反应的研究也越来越深入。如何通过适当的设计来满足错层结构的抗震性能是本文的主要内容。

1 高层建筑错层结构的受力特点及影响因素

1.1 错层结构的形式

错层高层建筑为了取得多样变化的室内空间, 通常在一个单元的几个房间设在有高差的几个层面上, 当错层高度不同时, 就形成了各种类型的梁柱集合体。从工程实用情况来看, 可将错层结构归纳为三类:包含型错层结构、交叉型错层结构和混合型错层结构。如图1所示。

1.2 错层框架结构的受力特点

错层框架结构与框架结构的相比主要由于在错层处错开的楼层导致了在结构的一些部位形成竖向的短构件, 使受力集中, 不利于抗震。主要的原因可能是在同向受力中由于错层构件刚度大, 而产生内力集中。在错层结构中, 短柱问题应该得到足够的重视。

1.3 错层框架剪力墙结构的受力特点

错层框架剪力墙结构中的剪力墙承担了水平力中的一大部分, 特别是在地震作用下, 错层框架剪力墙结构有两道设防线, 能够较好地改善错层结构的受力性能。

2 错层对结构影响的不利因素

错层对结构的不利影响主要源于两个方面:一是楼板分块错置, 在错层构件中会产生很大的变形内力, 从而削弱了楼板协调结构整体受力的能力;二是楼板错层, 容易在某些部位形成竖向短构件, 从而可能在同向受力中因错层构件刚度较大而产生内力集中。基于以上两个根本原因, 错层将进而对结构的整体性产生较大影响。相互错层的相邻楼板仅由中间的错层柱 (墙) 相联系, 而楼板在自身平面内的抗弯刚度远远大于错层柱 (墙) 的抗弯刚度, 当结构受力时, 结构左右两部分将产生不协调变形, 在错层柱 (墙) 中形成较大内力。显然, 这对于错层结构抗震是十分不利的。以上3种错层结构对结构抗震性能的影响主要体现在以下几个方面:

(1) 对包含型错层结构, 由于上下层楼面刚度发生突变, 当地震作用发生时, 地震力在楼层之间分配不均匀, 从而影响了各楼层总地震作用沿建筑全高分配的连续性, 影响结构整体的抗震性能。

(2) 交叉型错层结构上下层平面刚度不重叠, 易使地震作用在楼层之间产生局部扭矩, 对主体结构产生不利影响;且其共用柱多为短柱, 分配的地震作用弯矩往往比其他柱大很多, 从而形成相对薄弱的受力构件。

(3) 混合型错层结构存在较长错层柱, 当地震作用发生时, 会导致地震作用在楼层竖向构件之间分配不均匀, 使同层构件内力产生很大差别, 从而使各结构构件间的可靠度出现较大差别。错层结构错层部位的竖向抗侧力构件一般均为低矮构件, 在地震作用下的延性较差。

3 带错层的高层建筑结构抗震设计要点

3.1 设计要点

高层错层建筑结构由于在错层短柱存在很大的内力集中, 且错层框架结构在错层处的短柱要协调相互错开的楼盖的变形, 特别是在地震作用下, 更易发生破坏。为改善普通错层框架结构的受力性能, 主要采取以下措施来解决:

(1) 在普通错层框架结构的错层处根据实际需要增设若干撑杆, 用撑杆的轴力来转移普通错层框架结构错层处短柱受的剪力。

(2) 在普通错层框架结构的适当位置增设若干剪力墙, 用剪力墙来承担大部分的结构水平剪力。

(3) 错层不宜沿建筑通高设置, 错层中应设置一定数量的贯通层, 将错层分为几个区段, 且每个错层区段包含的错层层数也不宜太多, 通层要重点加强。

(4) 对于电算结果给出的超筋、超限的连梁, 在提高其混凝土强度等级, 截面调整仍无效果的情况下, 可采用钢骨混凝土连梁加以解决, 采用钢骨时要注意钢骨和墙体暗柱的连接构造。

(5) 在对复杂高层建筑进行设计时, 运用概念设计的思想确定结构方案、进行结构布置是十分重要的。在此基础上还要有充分的计算分析手段例如采用二种不同计算程序进行分析对比、相互验证, 并采用结构动力分析方法进行补充分析。

(6) 对高层错层建筑在错层处应在纵横向布置剪力墙, 并使其互相形成扶壁, 错层处布置单独的框架柱是不可取的。

3.2 错层结构设计注意事项

错层结构应用较广, 如何保证结构安全, 采取有效措施正确处理错层结构就显得尤为重要。在设计时应具体问题具体分析, 充分考虑各种不利因素, 针对错层结构可能出现的薄弱部位从建筑平面布置、理论计算及抗震构造措施等方面出发, 增强结构的整体受力性能, 提高结构的延性。

(1) 结构的共用柱大多为短柱, 而短柱的延性很差, 在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时, 很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌, 因此对因错层形成的短柱, 应该尽量提高短柱的承载力, 减小短柱的截面尺寸, 采取各种有效措施提高短柱的延性, 改善短柱的抗震性能。

(2) 尽可能使结构平面布置合理化, 使错层部位两层的竖向构件刚度相等, 对结构平面布置不对称的结构, 地震的扭转效应将十分显著, 可能造成角部抗侧力构件开裂, 在设计中应加强这些部位的配筋, 增强抗震构造措施。

(3) 加强错层结构中错层柱及其上连梁的抗扭能力, 同时使错层柱与相邻普通柱的长细比控制在1～2之间。

(4) 在高层建筑中, 竖向体型应避免过大的外挑和内收, 立面收进部分的尺寸比值应满足≥0.75的要求。

(5) 对设防烈度较高、抗震等级较高的高层钢筋混凝土结构, 应尽可能限制使用错层结构, 如不可避免, 则应用剪力墙结构, 并尽量避免上下层楼面刚度突变。

4 结论

错层结构的设计与分析 第4篇

现代建筑综合功能复杂, 设备、设施专业要求较高, 且设备设施占用的建筑空间面积较大。从建筑设计及使用功能要求方面综合考虑, 一般均考虑在建筑物底部地面以下部分设置一定区域来满足这一方面的功能要求。预期达到一个较好的使用功效及工程性价比指标。随着建筑使用功能要求的不断提高, 地下室部分越建越大, 其工程成本占整个建筑物工程造价的比例也越来越高。从工程结构角度出发, 这种情况下, 地下部分结构对整体结构受力的影响不容忽视。因此, 设计好这一部位结构构件的工程意义至关重要。下面笔者通过对在工作中遇到的一些实际问题的思考来共同探讨一下如何处理好这一方面的相关问题, 使工程结构设计能够做到安全、经济、合理。

从建筑整体功能角度出发, 地下室部分往往会超出上部主楼平面范围以外, 超出部分可能会较大, 且因考虑主楼底部设置管道夹层或室外贯穿预埋管沟及室外功能设施等要求, 该部分结构楼面标高需要降低。当然也可能存在因建筑场地地势高低的原因, 造成室外地下室顶板抬高而高于主楼室内地面楼板的情况, 甚至仅室外部分顶板也会出现板顶不共面的情况。这些情况均会造成结构底部楼板错层。地下室顶板部位在整个结构受力中是极其重要的关键部位, 而楼板错层又是结构受力不利的复杂工况, 那么在工程结构受力关键部位出现受力不利的结构错层现象, 这是一个很复杂而又不能避免的问题。

关于结构错层的认知, 因各建筑情况不同, 室外地下室顶板与主楼室内地面楼板的高差也不尽相同, 小的可在60cm以内, 大的可达2~3m不等。工程界一般认为:当高差值不超过结构主梁截面高度或60cm, 甚至不超过地下一层层高的1/4时, 当对错层部位周边构件采取有效结构措施及相应的构造措施后, 可近似按不错层考虑。而当高差值超出上述范围时, 则应按结构错层对待, 结构需采取有效措施。采取何种有效措施, 既使结构安全可靠, 又对建筑使用空间影响较小, 笔者认为大致可按以下办法来考虑: (1) 当结构面高差值不大时, 可适当加大楼层梁板截面刚度或采取梁板端部加腋的办法, 加腋可根据情况高标高梁板下加腋, 低标高梁板上加腋。 (2) 当结构面高差值不大时, 可采取适当降低较高结构板面标高, 以减小或消除高差值, 再在板顶覆土的办法。结构层按不错层结构考虑。 (3) 当结构面高差值较大时, 可结合设备要求设架空管道夹层, 降低较高结构板面标高, 夹层顶部结构层可考虑采用装配式或装配整体式地面, 其与主体墙柱脱开并采用柔性材料填缝。此时夹层不作为结构层参与整体结构计算, 而只考虑其荷载效应及夹层自身的构造措施。 (4) 当结构面高差值较大时, 亦可增加设备夹层, 夹层按一个结构层输入模型, 参与整体模型分析计算。 (5) 当结构面高差值较大时, 可通过增设斜撑板或设置架空桁架, 也可在错层处增设剪力墙, 以调整错层处结构构件刚度, 避免或减小错层处受力不利结构构件的不良受力状态, 使水平力在错层部位相对均匀平缓的过渡传递。 (6) 如通过以上几种办法均不能解决时, 可考虑在结构的适当位置设置永久变形缝, 将室外部分与主楼部分彻底断开, 分别进行结构分析计算。

希望通过采取以上几种方法, 能够处理一些情况下因楼板错层所造成的不利影响, 并能够满足工程结构安全可靠度的要求。

2 结构嵌固端的考虑

从工程力学意义上讲, 结构嵌固端一般理解为上部结构作用于底部抗力刚度无穷大的支承面之上。通常在设计中假定上部结构嵌固在基础结构上, 而实际上这一假定只有在刚性地基的条件下才能实现, 对于绝大多数都属于柔性地基的地基土而言, 在水平力作用下结构底部以及地基都会出现转动。因此所谓嵌固实质上是指接近于固定的计算基面。

大量工程试验资料表明了以下两个基本特点:一是具有外墙的地下室结构及其基础, 与周边土层紧密接触, 当设有一定数量的内纵横墙时, 地下室变形呈现出与刚体变形相似的特征。二是地下结构的转角体现了柔性地基的影响, 地震作用下可假设地下结构为一刚体, 上部结构嵌固在地下室顶板之上, 而在嵌固部位处增加一个与柔性地基相同的转角。基于上面的资料数据分析可以作出以下假定:在要求基础和地下室结构具有足够的刚度和承载力, 以保证上部结构进入非弹性阶段时, 基础和地下室结构始终能承受上部结构传来的荷载, 并将荷载安全传递到地基上。此时可考虑地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位。但为了避免塑性铰转移到地下一层结构, 保证上部结构在地震作用下实现预期的耗能机制, 规范对地下室结构设计提出了明确细致的设计规定, 以满足地下室结构刚度及承载力足够大的设计假定。

下面试列举一些规范对关于结构嵌固端的具体规定及相关概念设计:

(1) 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.1.14.1条“地下室顶板应避免开设大洞口, 地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构, 相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构, 其楼板厚度不宜小于180mm, 砼强度等级不宜小于C30。应采用双层双向配筋, 且每个方向配筋率不宜小于0.25%”。第6.1.14.2条“结构地上一层的侧向刚度不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍。地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。”

(2) 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第5.3.7条“高层建筑结构整体计算时, 当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时, 地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。”

(3) 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.4.25条“当地下一层结构顶板作为上部结构嵌固部位时, 应符合下列规定: (1) 地下一层的结构侧向刚度大于或等于与其相连的上部结构楼层侧向刚度的1.5倍。 (2) 地下室外墙和内墙边缘的板面不应有大洞口, 以保证将上部结构的地震作用或水平力传递到地下室抗侧力构件中。 (3) 当地下室内、外墙与主体结构墙体之间距离符合以下要求时, 地下室墙与主体结构墙之间的最大间距d, 当抗震设防烈度在7度、8度或9度时分别不大于30m或20m时, 该范围内的地下室内、外墙可计入地下一层的结构侧向刚度, 但此范围内的侧向刚度不能重叠使用于相邻建筑。当不符合上述要求时, 建筑物的嵌固部位可设在筏形基础的顶面, 此时宜考虑基侧土和基底土对地下室的抗力。”

多种规范均对结构嵌固端提出了明确的规定, 其旨在保证嵌固层结构面具有足够的传递水平力的整体刚度, 也可充分发挥其有效减小基础整体弯曲变形和基础内力的作用, 使结构受力及变形更为合理经济。实验结果表明, 嵌固层楼板参与工作后对降低基础整体挠曲度有较大贡献, 且基础整体挠曲度随着楼板厚度的增加而减小。

综上所述, 正是基于对结构底部嵌固端的确认, 结构整体分析计算时其相关的一些计算指标就有了计算参考点。如结构底部加强区范围, 结构抗震等级、层刚度比、结构计算高度及结构底部内力调整等。在实际工程设计当中如有需要, 也可将整体计算模型从结构嵌固端部位分开, 分别进行上部及底部结构设计, 从而实现多人同时操作设计, 以便提高设计效率。

3 消防车荷载

随着建筑物使用功能种类的多样化, 建筑体量也越来越大, 对建筑消防防火的要求也大大提高, 从而就会涉及到消防车和运输车辆的问题。现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2012对消防车荷载有明确的规定。, 使用时具有一定的前提条件。然而现在工程情况千差万别, 很难用一种或几种工况来模拟代表所有的工程状况。当工程情况与规范规定条件不同时, 如何正确合理的使用规范来进行设计, 先从规范《建筑结构荷载规范》GB50009-2012出发, 由规范第5.1.1条部分列表及注解说明:

由规范第5.1.3条“设计墙、柱时本规范表中的消防车活荷载可按实际情况考虑。设计基础时可不考虑消防车荷载, 常用板跨的消防车活荷载按覆土厚度的折减系数可按附录B规定采用。”笔者对地下室结构考虑消防车荷载时规范规定的理解, 可以得出以下几点认知: (1) 使用的荷载值为车轮局部荷载按结构效应的等效原则换算后得到的均布荷载。 (2) 荷载的取值与楼盖的形式及板跨度大小有关, 双向板可根据板跨度区间进行线性内插取值。 (3) 规范中使用的荷载等效值是考虑满载的重型消防车荷载值, 重型消防车荷载取值范围一般在20t~30t, 规范按30t考虑。适用条件是一般考虑当建筑物总高度在30m以上或建筑面积较大时应考虑重型消防车荷载。而目前常见的中型消防车总质量一般小于15t, 对于住宅, 宾馆等建筑物灭火时常以中型消防车为主。可以看出, 在相当多的情况下如直接采用规范取值显然过于偏大, 结构构件受力过大, 不经济, 此时应按实际荷载情况取值, 可有效降低地下室结构构件的截面及配筋。 (4) 地下室顶板有覆土时, 在计算梁板时可根据覆土厚度对活荷载进行折减。 (5) 计算结构基础时可不考虑消防车荷载。 (6) 在对楼盖梁板变形 (挠度及裂缝) 计算时按正常使用情况下活荷载效应考虑, 可不考虑消防车荷载。 (7) 考虑到消防车荷载作用的偶然性和短暂性 (消防站工作地面及通道除外) , 则消防车活荷载不应参与荷载的基本组合, 而应参与荷载的偶然组合进行结构构件的承载力极限状态验算。不应参与荷载的标准组合, 而应参与荷载的频遇组合进行构件的正常使用极限状态验算。笔者以为, 目前工程上一般却将其视为一般活荷载与其他荷载组合, 这在荷载组合概念上是欠妥的。

综上所述, 要正确合理的使用消防车荷载进行结构设计, 需要设计者根据不同的工程情况, 结合规范精神作出合理的判断, 这样才能确保结构安全的同时做到合理经济。

4 地下室刚度及外墙

结合目前常用的工程结构设计软件及设计者的操作方式, 建立结构计算模型时一般直接将地下室外墙输入模型, 参与整体结构计算, 以体现真实的刚度计算模型。以此来考虑其对整体结构受力的影响。此时外墙不单起传统意义上挡土墙的作用, 而且是重要的抗竖向力及水平力构件, 对提高地下室结构整体刚度及基础刚度有较大的作用。计算地下室结构刚度的大小会影响到对上部结构嵌固端位置的判定, 尤其是抗侧力剪切刚度。一般认为, 在不考虑地下室周边土体约束的情况下, 地下一层有效抗侧剪切刚度与上部结构底层抗侧剪切刚度的比值不宜小于2, 且构造措施满足规范规定的条件, 则地下室顶部可作为上部结构的嵌固端。有效剪切刚度是指地下室相关范围内结构构件的抗侧刚度, 相关范围以外部分抗侧刚度则不予计入。因此为满足刚度比条件, 则应尽量提高相关范围以内结构抗侧刚度, 并加强构结构造措施, 但同时相关范围以外部分仍应采取一定的结构构造措施。外墙刚度对地下室有效抗侧刚度的贡献大小与其在工程中所处的位置与上部结构的距离有关。无论如何, 对整个地下室结构而言, 其工程意义是非常重要的, 所以设计者应认真对待这一问题。

外墙作为结构构件进行设计时, 因其计算简图中边界约束条件的定义粗略程度以及墙体平面外荷载取值的近似性, 还有对墙体构造措施处理的强弱等因素均会造成设计与墙体实际受力状态误差偏大。大致可从以下几个方面考虑。

4.1 土压力计算

目前工程中大多采用朗金理论和库伦理论来计算土压力。地下室外墙在土压力作用下不会发生整体侧移, 墙后土体处于弹性平衡状态, 外墙所承受的土压力为静止土压力, 而非被动土压力。一般情况下静止土压力系数取值:对砂类土可取0.35~0.45, 对黏性土可取0.5~0.7。当地下室施工采用大开挖方式, 无坑壁支护结构时, 静止土压力系数一般取0.5, 但当考虑坑壁支护结构与外墙共同作用时, 静止土压力系数可乘以0.66来近似计算, 土压力计算时地下水位以上取土的重度, 水位以下取土的浮重度。

4.2 墙体计算模型的确定

以往地下室外墙计算近似按单向板计算, 即取顶板、板底为外墙的支承点, 取单位宽度的外墙视地下室的层数按单跨或多跨连续板进行计算, 外墙的支承条件按外墙与周边构件的刚度比确定, 当外墙刚度相对于与之相连周边构件刚度较大时, 按简支考虑, 反之按固结考虑。目前常用的一些有限元计算程序已能按外墙的实际边界条件进行计算, 当外墙两侧存在翼墙或线刚度较大的扶壁框架柱, 且翼墙或扶壁框架柱间距不大于层高的2倍时, 外墙可按双向板计算。一般来说外墙多按墙体底部固结, 顶部视情况为简支、固结或半固结的压弯构件进行设计。当计算时忽略翼墙或扶壁框架柱对外墙约束的有利因素时, 则外墙计算结果将会偏大。

4.3 构造措施

构造措施包括构件计算抗震等级, 墙体厚度、砼强度等级及配筋构造等。抗震等级可根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.1.3条地下室无上部结构的部分抗震构造措施的抗震等级可根据情况采用三级或四级, 建议取四级。各构件的计算或构造要求低。当上部有主楼时, 主楼相关范围内地下室构件抗震等级与主楼相同, 其它部分可定义为四级。计算外墙厚度取值应满足规范规定的最小值, 配筋在计算的基础上可采用分离式配筋或对称配筋。

5 结语

本文通过在长期设计工作当中针对带大底盘地下室错层结构中遇到的一些问题的思考与分析, 面对地下室结构情况较为复杂, 设计时需针对不同的工程情况进行具体分析, 采取合理、恰当的工程措施, 使结构设计既能安全可靠, 满足规范要求, 而且要做到经济合理, 避免造成浪费, 以提高该部分工程结构的性价比, 这是每个结构设计者必须关注和认真面对的问题。

摘要：随着社会经济的飞速发展, 建筑业发展突飞猛进, 大体量、超高层单体建筑或群体建筑大量出现。这些建筑通常都会带有面积较大的地下室部分, 以满足建筑功能的需要。这些建筑使用工况千差万别, 但有一点是相似的, 就是建筑地下部分对上部结构的影响很大。且随着地下部分占整个建筑的比例不断增加, 其影响程度不容忽视。那么如何考虑其对整体建筑的影响及正确合理的设计地下室结构则是结构设计人员非常关注的问题。

关键词：大底盘地下室错层结构,嵌固端,消防车荷载,地下室刚度及外墙

参考文献

[1]GB50010-2010《混凝土结构设计规范》[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

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[3]JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[4]GB50009-2012《建筑结构荷载规范》[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[5]GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[6]徐传亮, 光军.《建筑结构设计优化及实例》[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.