前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的建筑抗震技術規范主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
【關鍵詞】 檢測鑒定;加固;改造;加層
1 工程概況
某市某購物廣場主體結構為現澆鋼筋混凝土框架結構,建筑平面分為A、B、C三個區,1~7軸為A區,7~14軸為B區,14~19軸為C區。共五層,其中地下一層,地上四層,層高分別為4.2m,5.7m,4.8m,4.5m,4.53m,總建筑面積約21000m2。本工程按6度抗震設防進行結構設計,上部設置了兩道伸縮縫。設計資料反映B區最初設計為地下一層,地上兩層,后修改設計,將B區改為地下一層,地上四層,且B區D軸與F軸之間部分鋼筋混凝土柱進行了粘鋼加固。基礎采用獨立柱基,持力層定為在圓礫層,局部為粉質粘土層、卵石層,基礎按地耐力為280KPa,埋深2.0米設計。原設計框架結構混凝土強度等級為C30,柱、梁鋼筋采用二級鋼,板采用一級鋼。樓面板厚120mm,屋面板厚140mm。投入使用以來一直作為百貨商場使用。
廣場為擴大商場規模,擬在原大樓主體框架結構上增加一~兩層。由于該大樓投入使用已經15年多,原設計圖紙資料缺乏,且無該工程的地質勘察報告、施工竣工驗收資料、質量檢驗資料等相關技術資料,導致建設單位對該大樓主體結構的可靠性及其設計荷載水平不了解,給該大樓的后期改造增層工程帶來困難。為了弄清主體結構的各構件的截面尺寸、配筋情況、荷載取值、各受力構件的工作狀態以及各構件承載力變化情況,委托有關鑒定單位及加固設計單位對廣場進行鑒定及加固改造。
2 檢測鑒定
2.1 現場檢測結果
通過對購物廣場主體結構進行現場檢測結果為:1.該建筑物地基和基礎沒有發現不均勻沉降現象,地基穩定,基礎可靠;2.對該建筑物的圍護結構進行外觀普查均沒有發現有害裂縫;3.混凝土外觀質量滿足規范要求,外觀沒有出現裂縫,鋼筋無銹蝕現象;4.砌體外觀和砌筑質量均滿足規范要求;5.地下室、第四層混凝土推定強度等級滿足原設計C30要求,第一、二、三層框架柱混凝土推定強度等級為C25,不滿足原設計C30要求,由鉆芯結果可見第一、二層混凝土強度離散性比較大,第一層F-4軸、B-2軸、C-1/7軸框架柱,第二層C-5軸框架柱強度偏低,存在安全隱患。
2.2 結構承載力復核
結構布置、構件截面尺寸、配筋等按原設計圖紙與現場檢測結果相結合確定,混凝土強度等級按檢測推定結果取值。根據原設計圖紙采用的89系列規范:《建筑結構荷載規范》(GBJ9-87)、《建筑抗震設計規范》GBJ11-89、《混凝土結構設計規范》 GBJ10-89對主體結構進行承載力復核。計算結果表明各構件承載力均滿足89系列規范要求。
采用現行規范:《建筑結構荷載規范》GB50009-2001、《混凝土結構設計規范》GB50010-2002、《建筑抗震設計規范》GB50011-2001對主體結構各構件進行承載力復核。計算結果表明主體結構頂層框架混凝土梁和大部分框架混凝土柱不滿足現行規范的要求,在以后的加層改造中,應進行加固處理。
2.3 鑒定結果
該工程的安全性評定等級為Bsu級,使用性評定等級為Ass級,故該建筑結構可靠性被評定為Ⅱ級。購物廣場主體結構基本滿足可靠性要求,在正常使用條件下,可以繼續使用,但應對局部具有安全隱患的框架梁、柱進行加固處理。
3 加固改造
根據建設方的要求,購物廣場需要進行加層改造,主體框架結構在第四層屋面上增加兩層,在加固設計時應按照目前現行的建筑設計規范進行加固設計。對原主體結構采用89系列規范設計的構件應按照現行設計規范以及實際混凝土推定強度等級進行承載力計算,不滿足現行設計規范要求的應進行加固處理,加固處理以后應達到現行設計規范的可靠度要求。
3.1 梁加固設計
由于建筑要加層,故原屋面有部分框架梁出現跨中抗彎不足、支座抗彎不足以及抗剪不足的情況。故需要進行加固處理。部分梁的加固處理為加大截面的方法來補充。在加大截面的時候,因梁頂不利于加大截面,故采用梁底加大截面的方法進行處理。梁在加固時,梁底主筋兩端植入框架柱,新加箍筋與原梁剔鑿部分的箍筋進行搭接,最后澆筑自密實混凝土。如圖2所示。
3.2 柱加固設計
4 結語
舊建筑物的改造設計和新建建筑物的設計有很大不同,它需在建筑、結構等方面充分考慮原建筑物的特點,還要考慮成本和工期等因素,進行幾個方案的比較和優化后,才能完成一個成功的設計。
參考文獻
[1] GBJ10-89混凝土結構設計規范[S]
[2] GBJ11-89建筑抗震設計規范[S]
[3] GBJ9-87建筑結構荷載規定[S]
[4] JGJ94-94建筑樁基技術規范[S]
[5] CECS25:90混凝土結構加固技術規范[S]
[6] GB50010-2002混凝土結構設計規范[S]
[7] GB50011-2001建筑抗震設計規范[S]
關鍵詞:碎石樁;復合地基;地基處理;施工;檢測
1 工程概況
擬建的望都水木靈州工程位于寧夏靈武市,基礎形式采用條形基礎,磚混結構。擬建場地地基持力層為②層素填土、③1淤泥質粉質粘土、③2淤泥質粉土場區內地層除填土外均為第四系沖積物,地層以素填土、淤泥質粉質粘土、淤泥質粉土、粉土、粉細砂、細砂等為主。
(1)天然地基土層主要為:
①雜填土:雜色、不均勻,該層以砂夾石為主,含少量煤渣。僅分布于場區東南角。層厚2.0m。②素填土:即工程地質剖面圖中的第②層。黃色-灰黃色,濕-飽和,松散且不均勻,主要以粉土、粉質粘土為主。層厚0.40-1.80m。其承載力特征值為fak=90Kpa。
③1淤泥質粉質粘土:灰色-灰黑色,流塑-軟塑,層位不連續。層厚0.40-2.30m。推薦其承載力特征值fak=95Kpa。
③2淤泥質粉土:灰色-灰黑色、飽和、軟塑-可塑。粘粒含量ρ(%)>10。層厚0.50-2.80m。推薦其承載力特征值fak=110Kpa。
(2)地下水
2006年6月勘察期間測得,初見水位不明顯,其靜止水位在絕對標高1114.20m左右,實測地下水位在自然地表下0.57-1.90m,常年水位變化幅度在0.5-1.0m之間。地下水屬孔隙潛水類型,其補給來源為大氣降水、溝渠滲漏等。場區內地下水位以上的土對混凝土具弱腐蝕性;對混凝土結構中的鋼筋具弱腐蝕性;對鋼結構就PH值而言無腐蝕性。
2 工作方法
實際工作中采用振動沉管擠密碎石樁加固方案,加固后可全部消除液化沉陷,復合地基承載力可達到160kPa以上,適合甲方建設工期,處理后的復合地基承載力滿足設計要求。
該建筑物基礎形式為條形基礎,場地地基土有液化,根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)[3]、《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)[4]相關原則。碎石樁設計樁徑500mm,布樁形式采用正三角形布置,樁間距為1.0m,樁長8.0m,面積置換率m=0.23,單樁處理面積Ae=0.87m2。設計樁長按進入⑥1細砂層。碎石樁設計樁體承載力為400Kpa,處理后樁間土承載力標準值取100KPa、面積置換率m=0.23,處理后復合地基承載力計算公式采用《建筑地基處理技術規范》[3]中推薦公式:fspk=mfpk+(1-mfsk) (4.3.13)
代入上式得fspk=169Kpa。
現場共測試3個載荷點,試驗點號分別為01#(13-9樁)、02#(15-32樁)、03#(12-55樁)試驗設備:油壓千斤頂500KN型、3只,百分表6只,基準梁、其他配件等。
試驗采用慢速維持荷載法。依照有關規范,采用等量分級加載,加荷級別定為8級,每級加荷值為40kpa。試驗時首級加荷值為40kpa,終止荷載均為320kpa。承壓板的沉降量在一小時內小于0.1mm時,可加下一級荷載。
本次試驗的復合地基靜載荷試驗曲線圖詳見圖1-圖3。
根據靜載荷實測資料,測試的三個點在加荷至320kpa時曲線均無明顯拐點且沉降量相對較小,說明其復合地基承載力極限值均大于等于320kpa,安全系數取2,則其復合地基承載力特征值fSPk≥160kpa。采用標準貫入試驗確定樁間土強度及判別砂土液化問題。分別在8處進行試驗,根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)[3]有關規定。
3 結束語
采用碎石樁來處理液化地基,降低液化指數是有效的,一般按提高軟弱土承載力設計的碎石樁,可達到消除或減輕液化的效果。碎石樁施工時,應按從外向內、螺旋向中心的順序打樁,擠密碎石樁處理液化土地基是一種非常可行且經濟的方法。一般按提高軟弱土承載力設計的碎石樁,同時可達到消除或減輕液化的效果,確保工程質量。
參考文獻
[1]黃強.注冊巖土工程師專業考試復習教程[M].北京:中國建筑工業出版社,2002:304.
[2]伍鵬.碎石樁在軟土地區的應用[J].山西建筑,2006,32(12):68-69.
[3]中華人民共和國國標編寫組.JGJ79-2002建筑地基處理技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2002.
[4]中華人民共和國建設部.GB50011-2001建筑抗震設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2001.
關鍵詞:建筑工程;抗震施工;技術措施
中圖分類號:TU74文章標識碼:A
1、抗震施工的重要性
歷次震害表明,房屋倒塌是地震災害最主要的原因。這是因為大多數建房缺乏規范化管理,房屋質量差,不僅不能抗御強烈地震,就是6級左右的中強地震,甚至較強的有感地震也會導致房屋損壞而要付出沉重的代價。加之很多建筑工程中都會出現使用再生鋼材的現象,由于這種鋼筋的抗拉強度已經使用過,所以就會達不到工程技術的要求。因此,提高房屋的抗震性能,是避免或減輕地震災害的有效途徑。
地震對建筑危害巨大。當地震波遇到土質松軟的盆地地形時,所發生的擴大效應稱為共振現象。共振現象會使建筑物搖晃的更厲害,這時,若建筑物的結構不耐震,受不了搖晃,就會發生傾斜或倒塌,造成人員被掩埋等現象。
2、影響抗震性能施工技術因素
建筑抗震性能的因素是多種多樣的,并且各種因素相互作用,相互聯系,外部原因是建筑沒有按規范建設,包括抗震構造措施不合理、施工質量不高、結構設計不合理、建筑規劃和選址不當等;就建筑本身而言,主要是房屋的結構、房屋的年限、房屋的后期改造等方面存在一定的問題。
結構規則、均勻、對稱的房屋抗震性能在同等條件下較強。抗震設計就是要選擇合適的結構形式,確定合理的抗震措施,保證結構的抗震性能,確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標。上大下小,頭重腳輕的房屋結構叫豎向不規則,平面局部凸出的L型、“丁”字型叫平面不規則,一頭沉一頭輕的叫扭轉不規則,這些情況下建筑抗震能力都較差。躍層、復式和錯層戶型的房子雖然在居住的舒適和美觀度上有著平層無法比擬的優勢,但從抗震的能力上來講,平層房屋抗震性能最好。合理的抗震設計主要基于先進的抗震理念、系統的分析計算和恰當的抗震措施。既要注意控制抗震指標如軸壓比、相對變形等,又要采取合適的抗震構造措施。
相對住宅的抗震性能主要取決于建材質量的好壞,混凝土標號夠不夠,混凝土強度直接影響框架節點抗剪承載力,對于承受一定荷載的框架節點,混凝土強度越高,則梁、柱的截面尺寸越小,框架節點核芯區混凝土的承剪截面也相應減小,在一定配箍率下,對其抗震性能反而不利。鋼筋是否合格,有沒有偷工減料等都很重要,同時施工技術也十分關鍵,技術到位,房屋質量就好,抗震性能就好;否則設計再好,施工技術不到位也會出現質量問題。
我國現行抗震鑒定標準的目標是確保結構在遭受到相當于設防烈度的地震作用時,一般不致倒塌傷人或砸壞重要生產設備,經修理后仍可繼續使用。一般較早的房屋依據的抗震設防標準相對較低,由于認識水平和財力的提高,后建的房屋抗震性能相對較強。其次,房屋建筑抗震性能取決于建筑的抗震設防標準。抗震鑒定標準采用兩級鑒定方法逐級篩選的程序,若結構滿足第一級鑒定的各項要求即可不進行第二級鑒定。這種處理方式主要是為了簡化鑒定程序,減少鑒定工作量,但第一級鑒定僅針對建筑物中較少的構造措施進行核查,由此判定建筑物能夠達到現行鑒定標準的設防目標是一種過于粗略的處理方式。國家根據地震發生的可能性和震害的嚴重性確定各地區基本設防烈度,這是各地區抗震設計的基本參數,設計基本地震加速度值的大小。
3、抗震施工技術措施分析
常見的防震建筑技術有:強化混凝土墻和支柱,加強地基和連接,加強建物防震功能,在大地震時,搖晃的結構體壓力,可從橫梁轉移到豎柱,使居民安全無慮。
墻體在框架結構中是圍護構件和隔墻,在磚混結構中是承重構件。墻,柱,梁,板是建筑物的骨骼,在不改變的前提下,對于多層砌體房屋的抗震構造采取如下措施:設置鋼筋混凝土構造柱,減少墻身的破壞,并改善其抗震性能,提高延性:設置鋼筋混凝土圈梁并與構造柱連接起來,增強了房屋的整體性,改善了房屋的抗震性能,提高了房屋的抗震能力;加強墻體的連接,樓板和梁應有足夠的支承長度和可靠連接;加強樓梯間的整體性等。
在土建結構中的一個重點就是混凝土技術,尤其是在框架以及剪力墻的部分,應該要特別注重這幾個部分中的混凝土技術,因為其會直接的影響到工程的安全使用狀況。混凝土的質量,必須是工程中進行施工管理控制的首要的目標。框架節點起著連接框架柱、梁的重要作用,框架節點如果首先被破壞,必將導致房屋結構位移或傾倒,因此,抗震要求框架節點的破壞必須滯后于梁、柱。因此必須對節點區混凝土的強度、箍筋的配置要采取有效的保護措施。
對于鋼筋混凝土框架結構房屋措施有:應請具相應資質等級的設計施工單位建造,它由梁、柱、樓(屋)蓋、填充墻組成,要求平立面布局簡單、均勻、規則。提高柱的施工要求措施:柱中線與梁中線應盡量重合。
針對鋼筋的主要問題, 應該要做的就是要在施工現場按砼施工規范要求建立起嚴格的審查制度,要樹立取樣制度,不可以使用不合格的鋼筋。應采用焊接封閉箍筋,保證節點箍筋的整體質量。若配筋中采用拉筋,拉筋應緊靠縱筋并且鉤住封閉箍筋,以保證箍筋能夠對混凝土的抗壓起到良好的約束作用。在對鋼筋進行綁扎之后,要及時的對其規格的數量以及位置等進行檢查,然后根據設計圖紙來做好校對工作,在進行混凝土澆灌之前要對墊塊等進行仔細的檢查。還有就是很多梁板的鋼筋搭接位置,是非常不恰當的。在施工中,從標高、軸線等多角度控制預埋鋼筋位置的準確性,保證拉結質量。
房屋抗震性能還與施工質量等其他因素有關。嚴格按照建筑施工技術規范和制度進行施工,在建筑施工項目中,相關的施工技術管理人員應該嚴格按照相關的施工技術規范和制度進行施工控制,對施工過程中的每一道工序都要嚴格進行要求。在建筑施工中重視抗震設防的施工質量,健全抗震設防施工質量專項檢查和監督制度,將抗震設防納入到規范化管理,只有保證建筑施工的質量,才能滿足抗震設防對房屋結構的要求,才能杜絕抗震隱患。相關的工程負責人應該根據工程的總體結構進行分析,按照相關技術要求嚴格控制工程質量,使工程的質量得到最大限度的保障。對于那些重點施工部分,應該實施責任到人的制度,加強施工技術人員的責任心。
采用相應的抗震技術,如被動控制、主動控制技術、半主動制技術、混合控制技術等,避開不利區域、協調建筑設計和結構、合理選擇建筑立面、平面的外形等。此外,還應該加強對監理人員的管理,建立相應的建筑材料管理制度,嚴禁那些質量差的建筑材料進入施工現場,這也是保證工程質量和工期的重要方面。
4、結束語
總之,為了提高建筑工程的抗震性能,必須完善建筑抗震標準、科學合理規劃、選擇對抗震有利的場地、符合抗震設計、確保建筑質量、合理使用建筑物、加強建筑監管等。因此,總結目前國內防震建筑工程出現的技術問題,提出解決防震技術措施。對其中技術問題進行分析,從而從根本上消除建筑物中的抗震薄弱環節,是很有必要的。
關鍵詞:結構體系,框架剪力墻,結構計算
Abstract: This paper briefly introduces the design and calculation process of 28 # building project of No.13 land in Lvshun navy camp by Dalian Ruixin real estate Co. Ltd., and explains the foundation design, structure system, calculation analysis of this project.Keywords: structure system; the frame shear wall; structure calculation
中圖分類號:TU973+.19文獻標識碼:A 文章編號:
一、工程概述
大連瑞鑫房地產旅順水師營十三號地塊28#樓位于大連市旅順口區水師營街道,建筑面積4640.06 m2,,地下車庫和半地下車庫各一層,地上八層,該住宅樓總高度26.90m,地下車庫層高3.0m,半地下車庫2.6m,地上各層層高均為3.0m。標準層建筑平面圖見圖一:圖一
二、結構體系及截面設計
根據建筑功能要求和平面布置特點,本工程結構采用框架-剪力墻結構,建筑結構安全等級二級,設計使用年限50年。抗震等級:框架:三級;剪力墻:二級。 抗震設防烈度為7度,設計基本加速度值為0.1g,所屬地震分組為第二組。電梯井道,水暖井為剪力墻,建筑物東西兩側在A~C軸之間布置剪力墻。本工程計算軟件為PKPM CAD結構計算軟件2010版。
1.荷載的取值:基本雪壓: 0.4KN/ m2;
基本風壓:0.65KN/ m2;
屋面均布活荷載標準值: 機房:7.0 KN/ m2;樓面:2.0 KN/ m2;樓梯:3.5 KN/ m2;懸挑陽臺:2.5KN/ m2;屋面:0.5 KN/ m2。
2.材料選用:
(1)混凝土:C30;基礎墊層: C15。:圈梁、過梁及構造柱采用C25混凝土。
(2)鋼筋:熱軋鋼筋HPB300(),HRB400()。
(3)填充墻:非承重填充墻采用輕集料混凝土空心砌塊;其強度等級不低于MU3.5(外墻不
低于MU5.0),砂漿強度等級不低于Mb5。
3.主要受力構件截面尺寸:
(1) 擋土墻墻厚250mm,剪力墻墻厚200mm。通過PKPM軟件中SATWE的計算,底層墻肢底截面的軸壓比滿足《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010中6.4.5條的規定,軸壓比不大于0.3,墻肢兩端設置構造邊緣構件。根據6.1.10規定,抗震墻底部加強部位為地下一層至地上一層的范圍。
(2)柱截面尺寸:初步按400X400mm設計。
(3)標準層梁布置見圖二:
圖二
(4)板:根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3-2010第3.6.3條,地下室頂板厚度為160mm。半地下室板厚120mm,地下及半地下室采用雙層雙向配筋。一~七層板厚100mm,其中圖三中標注的樓板①板厚為110mm。八層及機房層板厚均為120mm,雙層雙向配筋。
三、結構計算
1建立模型:根據建筑圖及初步設計的主要構件截面尺寸在PKPM結構軟件的PMCAD中建立模型。注意:填充墻上荷載加到梁上時,計算墻荷載應是層高減去梁高。在設計參數的地震信息中,根據《高層建筑混凝土結構技術規程》4.3.17規定,框架-剪力墻結構周期折減系數取0.7~0.8。.
2模型計算
在PKPM結構軟件板施工圖中,計算參數的選取:樓板負彎矩調幅系數取0.8,裂縫按0.3mm控制,地下室頂板按0.20mm控制。(混凝土結構設計規范GB 50010-2010中表3.4.5結構構件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限制)。在樓板計算中,裂縫和撓度均滿足規范要求。
在SATWE分析與設計參數補充定義中:
在計算結構的位移比時,要選“對所有樓層采用剛性板假定”,在計算結構的內力和配筋時,則宜不選。
恒活荷載計算信息:選模擬施工加載3。
地震信息中:考慮偶然偏心,結構位移比大于1.2時,需要考慮雙向地震作用。如果偶然偏心和雙向地震作用同時選取時,PKPM軟件程序兩者取大值。
活荷信息:柱 墻設計時活荷載折減。
調整信息:連梁剛度折減系數取0.7。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》8.1.4規定,經軟件計算,Vf
在分析結果圖形和文本顯示中:在邊緣構件信息修改中,將邊緣構件設置成構造邊緣構件。
3.對計算結果的分析及調整
(1)軸壓比:柱(墻)軸壓比N/(fcA)指柱(墻)軸壓力設計值與柱(墻)的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比。它是影響墻柱抗震性能的主要因素之一,為了使柱墻具有很好的延性和耗能能力,規范采取的措施之一就是限制軸壓比。 查看: 混凝土構件配筋,《建筑抗震設計規范》6.3.6和6.4.2,《高層建筑混凝土結構技術規程》6.4.2和7.2.13對墻肢和柱均有相應限值要求。軸壓比不滿足時需增大該墻、柱截面或提高該樓層墻、柱混凝土強度。
經SATWE計算,地下室及半地下室部分框架柱軸壓比大于0.85,不滿足《建筑抗震設計規范》6.3.6的規定,需要加大柱的截面尺寸。
當墻肢的軸壓比雖未超過上表中限值,但又數值較大時,可在墻肢邊緣應力較大的部位設置邊緣構件,以提高墻肢端部混凝土極限壓應變,改善剪力墻的延性,見《建筑抗震設計規范》6.4.5和《高層建筑混凝土結構技術規程》7.2.14的規定。PKPM程序對底部加強部位及其上一層所有墻肢端部均按約束邊緣構件考慮。
(2)周期比:周期比即結構扭轉為主的第一自振周期(也稱第一扭振周期)Tt與平動為主的第一自振周期(也稱第一側振周期)T1的比值。周期比主要控制結構扭轉效應,減小扭轉對結構產生的不利影響,使結構的抗扭剛度不能太弱。
查看:WZQ.OUT 。
周期、地震力與振型輸出文件
(VSS求解器)
======================================================================
考慮扭轉耦聯時的振動周期(秒)、X,Y 方向的平動系數、扭轉系數
振型號周 期轉 角平動系數 (X+Y) 扭轉系數
1 0.9482179.920.99 ( 0.99+0.00 )0.01
2 0.7631 90.041.00 ( 0.00+1.00 )0.00
3 0.5888 26.210.01 ( 0.01+0.01 )0.99
4 0.26220.100.99 ( 0.99+0.00 )0.01
5 0.1935 90.210.96 ( 0.00+0.96 )0.04
調整標準:《高層建筑混凝土結構技術規程》3.4.5。周期比不滿足要求時,說明結構的扭轉剛度相對于側移剛度較小,結構扭轉效應過大。調整原則是加強結構墻、柱或梁的剛度,適當削弱結構中間墻、柱的剛度。 本工程在建筑物東西兩側A~C軸之間布置剪力墻,經計算周期比為0.62,小于0.9,滿足規范要求。
結構的第一、第二振型宜為平動,扭轉周期宜出現在第三振型及以后。見《建筑抗震設計規范》3.5.3條3款及條文說明“結構在兩個主軸方向的動力特性(周期和振型)宜相近”。
剪重比:剪重比即最小地震剪力系數λ,主要是控制各樓層最小地震剪力。《建筑抗震設計規范》5.2.5和《高層建筑混凝土結構技術規程》4.3.12規定,抗震驗算時,結構任一樓層的水平地震剪力不應小于最小地震剪力系數λ。查看:WZQ.OUT,滿足規范要求。
剛度比:剛度比指結構豎向不同樓層的側向剛度的比值(也稱層剛度比),該值主要為了控制高層結構的豎向規則性,以免豎向剛度突變,形成薄弱層。
查看:WMASS.OUT,剛度比滿足《建筑抗震設計規范》3.4.3-2和《高層建筑混凝土結構技術規程》3.5.2的要求。
剛重比:結構的側向剛度與重力荷載設計值之比稱為剛重比。查看:WMASS.OUT:結構整體穩定驗算結果
X向剛重比 EJd/GH**2=8.67
Y向剛重比 EJd/GH**2= 12.68
該結構剛重比EJd/GH**2大于1.4,能夠通過高規(5.4.4)的整體穩定驗算
該結構剛重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考慮重力二階效應
(6)位移比:即樓層豎向構件的最大水平位移與平均水平位移的比值。查看:WDISP.OUT調整標準:抗規3.4.4,5.5.1,高規 3.4.5,,3.7.3.
對于計算結果的判讀,應注意以下幾點:a.若位移比(層間位移比)超過1.2,則需要在總信息參數設置中考慮雙向地震作用;b.驗算位移比需要考慮偶然偏心作用,驗算層間位移角則不需要考慮偶然偏心c.驗算位移比應選擇強制剛性樓板假定,但當凸凹不規則或樓板局部不連續時,應采用符合樓板平面內實際剛度變化的計算模型,當平面不對稱時尚應計及扭轉影響d.最大層間位移、位移比是在剛性樓板假設下的控制參數。構件設計與位移信息不是在同一條件下的結果(即構件設計可以采用彈性樓板計算,而位移計算必須在剛性樓板假設下獲得),故可先采用剛性樓板算出位移,而后采用彈性樓板進行構件分析。
四、基礎設計
根據地質部門提供的地質報告,工程場地土層依次為耕土,含碎石粉質粘土,全風化板巖,強風化板巖,中風化板巖,本工程基礎采用人工挖孔灌注樁,樁端持力層為強風化板巖,樁端極限端阻力標準值為6000Kpa(不考慮樁側摩阻)。根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002中8.5.5計算,采用樁徑為0.8m,擴大頭為1.2m,樁長為6~7米,樁端嵌入巖層均不少于0.5m,樁身混凝土強度等級C30。
以上主要介紹了大連瑞鑫房地產旅順水師營十三號地塊28#樓工程的設計與計算過程,本文不足之處還望批評指正。
參考文獻
1.《建筑結構荷載規范》 GB50009-2001(2006年版) 中國建筑工業出版社,2006
2.《混凝土結構設計規范》GB50010-2010中國建筑工業出版社,2011
3.《建筑抗震設計規范》GB50011-2010中國建筑工業出版社,2010
4.《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002中國建筑工業出版社,2002
關鍵詞:樁基,液化,設計
Abstract: In recent years, as China's GDP growth, of people living standard rise increasingly, people to the tourism leisure demand is increasing, especially for coastal tourism demand is gradually increasing, the appearance of a large number of regional form of seaside tourism construction. This is often met in coastal construction site liquefaction problem, according to the actual engineering case base guide-subject selection, analyzes the features of the project, in meet the engineering quality premise to engineering cost optimization.
Keywords: Pile foundation, liquefaction, design
中圖分類號:S611 文獻標識碼:A 文章編號:
一、項目簡介
本項目處于廣東省的東部濱海旅游區,建筑形式多為中高層建筑,但是建筑場地地質條件為:場地原始地貌單元為濱海平原,場地等級為二級,場地穩定性較好。場地土綜合判定為中軟場地土,建筑場地類別為Ⅱ類,本區抗震設防烈度為7度,設計地震分組為第一組,設計基本地震加速度值為0.10g,特征周期值為0.45s。由于場地上部存在松散~稍密粉土,根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)有關規定,采用標準貫入試驗判別法進一步判別,結果統計判定結果表明,松散~稍密的粉土局部存在中等~嚴重液化。根據勘察報告,擬建場地在鉆探范圍內自上而下依次為:①人工填土層,②-1淤泥質中粗砂/中砂,②-2礫砂,②-3粉土,②-4卵石,③第四系殘積土層(Qel),砂質粘性土,④燕山期基巖(γ),④-1全風化花崗巖,④-2強風化花崗巖,④-3中風化花崗巖,未揭穿。
本項目總建筑面積約為103289㎡,地上建筑面積約為91660㎡,地下建筑面積約為11629㎡,容積率2.06。各樓為7-17層通廊式中、高層住宅樓,二類建筑,耐火等級二級,住宅層高3.05m。
二、基礎選型:
根據本場地以及項目的特點,按照《建筑抗震設計規范規范》(GB50011-2011)第4.3.7條有關規定,采用加密法完全消除液化。現選取該項目的兩棟進行方案比較,原設計單位按照常規選擇復合地基型(方案一), 根據勘察報告,松散~稍密的②-1淤泥質中粗砂/中砂局部存在輕微~嚴重液化,地基需進行消除液化處理。
1 本工程采用振沖碎石樁處理地基土液化,根據要求處理至輕微液化,振沖碎石樁參數見表1,樁長及樁數詳見碎石樁平面布置圖(見下圖一)。
2 施工應采用75kW振沖器,填料粒徑40~150mm,密實電流110~140A,水壓400~600kPa,采用連續下料法施工,振沖器分段上提量為0.5m。
3 振沖碎石樁與基礎之間設置碎石褥墊層,碎石褥墊層厚300mm,褥墊層材料選用粒徑不大于20mm碎石。采用振動碾壓施工工藝,建議采用12噸振動碾,壓實度不大于0.9,混凝土墊層施工時,應采取相應措施避免擾動褥墊層。
4 地基處理完成后,需進行標貫試驗,試驗數量及方法滿足相關規范要求。
根據設計單位提供的基礎液化處理方案,要求設計單位提供普通的預應力管樁基礎方案進行設計,并且按照《抗震設計規范》2010版中的第4.4.3條,第3小款規定,要求進行樁加密處理,且不少于5 X 5樁數,樁間距為2.5~4D,其單樁承載力可不進行折減,設計圖紙見下圖(圖四):
地下室 塔樓部分采用預應力管樁基礎,按照規范要求,采用Φ500(AB樁、壁厚125)樁,采用間距4D裙樁布置,純地下室部分采用獨立柱基(方案二)。并且在設計計算書文件中增加塔樓和裙樓的沉降計算書等資料。
三、基礎工程造價比較:
四、結論:
筆者根據兩方案進行成本分析、比較,綜合考慮兩方案的施工成本費用等特點,進行進一步的成本分析,采用方案二(即為普通預應力管樁基礎,按照規范要求進行適當加密處理)。方案二,經復核,節省工程直接成本約3900萬元,達到工程成本的最優化。
五、工程現狀:
目前工程主體已經封頂,實際效果達到原設計要求 ,見下圖五
以上就是對濱海建筑場地出現嚴重液化,根據實際工程實例,給基礎選型提供自己的一點意見,不妥之處,還請各位專家不吝指教。
參 考 文 獻
〔1〕建筑樁基技術規范JGJ94—2008
【關鍵詞】 荷載 嵌固端位移比 周期比 層間位移比
中圖分類號:TU318文獻標識碼: A 文章編號:
1概述
隨著國民經濟的快速發展和計算機硬件及軟件性能的大幅提升,建筑設計行業競爭越來越激烈。結構專業設計時間緊、任務重、責任大,對結構設計人員的要求也越來越高。為了做到《高層建筑混凝土結構設計規程》(JGJ 3-2010)(本文以下簡稱《高規》)要求的安全適用、技術先進、經濟合理、方便施工。本文簡要從荷載選取、軟件參數選擇、合理判斷計算結果等幾方面論述結構設計的合理計算。
2荷載選取
2.1 建筑材料種類及設備種類越來越多,使得結構設計者僅僅掌握現行荷載規范內的荷載數值是遠遠不夠的,要及時掌握所選材料的相關參數,要有確切的設計依據來選取結構設計荷載值。即使同種材料也有不同的密度值,如聚苯乙烯保溫板密度15~22kg/m3,這就要求設計者設計輸入值與施工圖紙要求一致。否則對工程安全存在隱患。
2.2對于教室、火車站侯車室等場所其特點為人員密集且聚集時間長,筆者認為計算機計算時應適當增加活荷載的頻遇值,參與地震計算時重力荷載代表值的活載組合值系數0.5應適當增大。這樣計算結果才能真實地反應建筑物實際受荷與使用情況,滿足不同工況下的受力要求。同理針對現行荷載規范規定的通風機房、電梯機房7.0KN/m2的活荷載設計值,由于新設備不斷更新,如有可靠依據,應根據具體工程所選用的設備可適當調整活荷載設計值。
2.3同一工程中,同一種結構材料在結構計算時應根據不用使用情況以確定不同容重。例如混凝土的容重荷載規范規定為24~25KN/m3,如計算鋼筋混凝土剪力墻結構,PKPM計算軟件要求填入混凝土容重,此處可填入26~28 KN/m3。板的混凝土容重應單獨按25KN/m3計算,而不采用軟件自動計算板重。同樣情況本文不再贅述。
2.4結構專業應及時與建筑專業溝通,填充墻及隔墻盡量采用質輕、隔音的墻板材料,避免選用重量大的砌塊等墻體材料。在抗震設防地區,構件承載力配筋一般均由地震工況控制,能夠有效減輕結構自重,是減小地震作用的有效措施之一。
3 參數的正確選擇
3.1隨著生產及生活水平的提高和科技發展,結構規范為適應需要不斷更新,計算軟件隨之升級。這就要求結構設計者要及時掌握軟件的使用,其中關鍵的是參數的正確輸入,如果計算參數輸入有誤,計算結果就難以保證正確,可謂失之毫厘謬以千里。本文簡單介紹PKPM計算軟件的部分參數的選取,以期拋磚引玉與各位同業者共勉。
3.2建筑荷載取值應準確,根據現行荷載規范嚴格按建筑做法計算荷載,不得有“差不多,能包住”這些模棱兩可的數據出現。活荷載取值應與房間的使用功能相符。對于高層建筑的外裝飾構件等附屬構件應按恒荷載輸入,統一計算,并且應有構造措施保證裝飾構件與主體的可靠連接,應進行不同工況(地震作用、風荷載作用等)的計算,避免造成破壞墜落傷人。
3.3 PKPM2010軟件中SATWE新增參數“嵌固端所在層號”的填寫,如果嵌固于基礎頂此參數填“1”,如果嵌固于地下室頂板,此參數填寫“地下室層數+1”,如果嵌固于地下室某層,此參數填“地下某層數+1”。嵌固層的判斷可根據《高規》5.3.7條“高層建筑結構整體計算中,當地下室頂板作為上部結構嵌固部位時,地下一層與首層側向剛度比不宜小于2”。對于采用筏形基礎時根據《高層建筑筏形與箱形基礎技術規范》(JGJ 6-2011)6.1.3條“當地下室一層的結構側向剛度大于等于與其相鄰的上部結構底層側向剛度的1.5倍時,地下一層結構頂板可作為結構上部的嵌固部位”。此參數計算時應先填寫“1”假定嵌固于基礎頂,根據層剛度比的計算結果相應修改此參數值。
3.4 建筑抗震設防分類、建筑抗震等級、設防烈度等參數要求填寫準確。裙房與主樓相連與否,抗震等級的取值應分別對待,地下室抗震等級的確定與嵌固層的選取有關,詳見《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)(本文以下簡稱《抗規》)6.1.3條的具體規定。根據《抗規》3.3.3條與《高規》3.9.2條的規定當建筑場地為Ⅲ、Ⅳ類時,對設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區,宜分別按抗震設防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)時各類建筑的要求采取抗震構造措施。
3.5根據《高規》4.3.14條規定:跨度大于24m的樓蓋結構、跨度大于12m的轉換結構和連體結構、懸挑長度大于5m的懸挑結構,結構豎向地震作用效應標準值宜采用時程分析方法或振型分解反應譜方法進行計算。SATWE新增按豎向陣型分解反應譜方法計算豎向地震的選項,對于上述結構應單獨勾選此項進行承載力及配筋設計。其他構件承載力及配筋則不勾選此項。
3.6高層計算振型數首次填寫不少于塔樓數的9倍和15個(取大值),根據《高規》第5.1.13條要求計算振型數應使各振型參與質量之和不小于總質量的90%。查看計算結果如不滿足此條規定再以3的倍數增加振型數量,直至滿足此條規定。
3.7其他參數如周期折減系數、梁剛度放大系數、活荷載折減系數、高層剪力墻連梁剛度折減系數等可參考規范和相關計算說明書,本文不再詳細論述。
4 合理判斷計算結構
合理的荷載輸入值及選取正確的計算參數,是保證計算結果正確合理的前提。在完成以上步驟后經PKPM計算軟件完成計算,再通過查看計算結果判斷結構布置的合理性與計算結果的正確性是一名合格的結構設計者必須做到的。針對高層剪力墻結構根據《高規》簡要論述如何判斷計算結果的正確合理與否。
4.1 軸壓比:軸壓比是影響剪力墻在地震作用下塑性變形能力的重要因素,規范將軸壓比限值擴大到結構全高,不僅僅是底部加強區。軸壓比的具體要求參見《高規》第7.2.13條。計算結果對短肢剪力墻判斷存在誤差(短肢剪力墻定義可參考《全國民用建筑工程設計技術措施》),當墻肢截面高度與厚度之比大于4但不大于8的墻肢兩端均與較強連梁相連時,可不作為短肢剪力墻。當剪力墻軸壓比滿足《高規》7.2.14條規定時,加強區可采用構造邊緣構件。
4.2位移比:此參數主要限制結構的扭轉效應,值得注意的是扭轉位移比計算時,樓層位移的計算采用的是“規定水平力”,“規定水平力”指采用振型組合后的樓層地震剪力換算的水平力,要考慮偶然偏心。而樓層位移角限制采用的是樓板剛性假定條件下的不考慮偶然偏心的地震作用。設計人應對計算假定條件及規定作用工況正確掌握,否則查看的計算結果沒有意義。
4.3 位移角 :層間位移角用來衡量結構變形能力從而判斷是否滿足建筑功能要求,根據規范統計剪力墻高層結構在多遇地震作用下的最大彈性層間位移角均小于1/800,故規范規定剪力墻結構位移角限制不宜大于1/1000。但實際計算中有的設計人或圖審人看到“1/1001”就滿足要求,看到“1/999”就說不滿足要求。筆者認為這不是規范的本意,這樣的規范主義也不是一個合格的結構設計者。根據《全國民用建筑工程設計技術措施》的規定并參考了廣東省《高層建筑混凝土結構技術規程―補充規定》,對于總高度小于150m的剪力墻結構當某樓層的層間有害位移值小于層間位移值的50%時,該層的層間位移角限制可適當放寬至1/800。
4.4周期比:此參數主要也是對結構整體扭轉效應的控制。通過限制結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比來限制結構的抗扭剛度不能太弱。此參數的計算是直接計算結構的固有自振特征,不必附加偶然偏心。
4.5其他參數:剛度比控制結構豎向規則性,避免薄弱層的出現,詳見《高規》3.5.3條;剪重比控制結構各樓層最小剪力值,是對結構安全的考慮,調整方法可參加《抗規》5.2.5條及說明和軟件計算說明書。
5 結論
本文簡要介紹了混凝土結構設計的計算注意事項,這只是結構設計關鍵步驟之一。一個完美的工程是各專業共同配合完成的,不僅僅只是結構專業計算滿足要求就是結構合理的建筑。以上是自己學習規范、規程并通過多年工作經驗的總結,以與各位同仁共勉,有不足之處,請多多指正。
參考文獻:
1.《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ 3-2010);
2.《建筑抗震設計規范》(GB 5011-2010);
3.《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2012);
4.《高層建筑筏形與箱形基礎技術規范》(JGJ 6-2011);
5.《全國民用建筑工程設計技術措施》(2012版);
6.《PKPM新天地》;
7.廣東省《高層建筑混凝土結構技術規程》補充規定;
關鍵詞:框架結構;抗震分析;抗震加固設計
Abstract: based on the old structure through new and conversions, is the effective means to continue building vitality, developed countries for old buildings in the renewal design has become a common phenomenon and mature way. And the old building update and rebuilt premise for the safety of the structure protection and therefore seismic strengthening design in rebuilding process plays an indispensable role.
Keywords: frame structure; Seismic analysis; Seismic strengthening design
中圖分類號: TU375.4 文獻標識碼: A 文章編號:
1工程概況
本工程為上海市閔行區江川文化館改造加固項目,位于上海市鶴慶路366號。房屋為鋼筋混凝土框架結構,地上四層,一層層高為5m,二、三層層高為4.25m,四層層高為3.6m,建筑總高度為17.55m,建筑面積約為6000m2。本文將結合此工程,淺談框架結構抗震加固設計。
2框架結構抗震加固設計
2.1基礎加固設計
房屋原結構基礎采用筏板樁基礎,由于改造后荷載增大較小,原基礎承載力能夠滿足改造后要求。故僅針對新增加柱和墻增設新基礎。柱下基礎采用承臺靜壓錨桿樁基礎,錨桿靜壓樁截面為250mm×250mm,樁長l=25m。之所以采用此基礎形式,一是考慮到房屋新增結構和原結構沉降量相差不應過大,如過大容易導致上部結構整體性能和拼接部位產生混凝土裂縫,二是靜壓錨桿樁獨立性強且對原基礎影響相對較小。
在條件允許的情況下,新增墻下設置基礎梁,梁上砌墻。在1~4軸/J~K軸范圍內,由于條件所限墻下無法設置基礎梁,故在二層原有梁下垂釣4根鋼柱(1軸/K軸、2軸/K軸、3軸/K軸、4軸/K軸),詳見圖1。二層梁原配筋富余量較大,垂釣鋼柱后承載力仍滿足要求。
圖1垂釣鋼柱位置示意圖及節點圖
2.2上部結構加固設計
此工程需拔除六根柱(5軸/G~H軸之間、5軸/E~G軸之間、5軸/D~E軸之間、2軸/B軸、3軸/B軸、4軸/B軸),新增一根柱(1軸/B軸),局部樓板增加,建筑功能做相應調整。現以二層為例,平面圖詳見圖2。
在對房屋上部結構進行抗震加固時,其做法是首先找出結構及構件的不安全部位,其次再從加強整體結構抗震性能的角度出發,對加固后的結構按新的計算簡圖進行強度和變形分析。這樣既考慮到了薄弱構件,也防止了針對薄弱構件加固后造成原薄弱部位的轉移,導致房屋的整體抗震性能不滿足要求。
針對結構的薄弱問題采用不同的加固方法,通常有三大類:提高承載力、提高剛度和延性、同時提高承載力和剛度。本工程房屋改造加固采用的是第三種方法,即同時提高承載力和剛度。
圖2二層加固示意圖(陰影部分為新增樓板范圍)
原結構建模計算后發現第一周期為平動周期,滿足要求;第二周期為扭轉周期,第三周期為平動周期,均不滿足要求。Y方向的位移角為1/457>1/550,不滿足要求。局部柱超筋,局部梁配筋不滿足要求。
對于超筋的柱,配筋不足較多的梁,均采用了加大截面法進行加固。加大截面法相比碳纖維加固有如下優點:提高原節點核心區的初裂值,節點剛度提高較大,提高節點耗能能力較好。但加大截面加固法中如何使新舊部分混凝土整體工作,共同受力是一關鍵問題,新、老混凝土的結合面是加固結構受力時的薄弱環節。因此,從設計構造上配置足夠的貫穿于結合面的剪切摩擦筋或錨固件將兩部分連接起來,是確保結合面能有效傳力,并使新舊兩部分混凝土整體工作的重點。其次梁柱交接處加入箍筋鉆孔時可能對原結構產生影響,故應按照等體積配箍率的原則將其換算成粗而稀的鋼筋。加大截面示意圖詳見圖3(其中新增鋼筋量=加固后的配筋量-原設計的配筋量)。
圖3梁、柱加大截面法示意圖
考慮到加固范圍不大、工期緊、不能破壞原結構等因素,對于配筋不足較少的梁,采用粘鋼加固法進行加固,如圖4。鋼筋混凝土受彎構件外部粘鋼加固是在構件承載力不足區段(正截面受拉區、正截面受壓區或斜截面)表面粘帖鋼板,這樣可以提高被加固構件的承載力,且施工方便,但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平。在對結構件進行粘鋼加固前須將混凝土表面打磨平整,除去表面浮塵(漿)油污等雜質,直至完全露出結構新面;對于凹凸不平的粘貼面用修復材料進行表面平整,并保持混凝土表面清潔、干燥,其主要工藝要求為:
(1)鋼板及配套JGN結構膠應具有產品合格證、應用許可證,并附有相關的產品規格及主要。
(2)粘貼鋼板,應粘貼密實、平整無氣泡。
(3)粘貼鋼板,膠層應呈突起狀,其平均厚度不小于1.5mm;
(4)粘貼鋼板時應避免接觸酸、堿性材料,附近應沒有電焊等強紫外線光源。
現以二層4~5軸/C~D軸之間東西向梁頂加固為例。梁原截面為240mmx400mm,原上部鋼筋為2Φ16,原箍筋Φ6@200,原有配筋不滿足現在的計算配筋,需進行粘鋼加固,梁頂加固計算如下:
梁頂計算彎矩:
梁頂計算配筋:
受壓區高度計算:
粘鋼計算:
梁頂左端粘鋼采用2x200,
圖4梁粘鋼加固示意圖
在支座粘貼鋼板時,若遇柱有障礙,則將鋼板繞過柱位,在梁側4倍板厚Hb范圍內,將鋼板粘貼與板面上。
針對房屋剛度較小,整體性較差,采取了加斜撐的加固方法。根據以往結構設計的經驗,增加房屋四周的剛度,使房屋內柔外剛,可以很有效的控制房屋的扭轉,而局部增設鋼筋混凝土抗震墻或斜撐的方法可以很有效的提高房屋剛度。在4軸/C~D軸(一層、二層)、12軸/G~H軸(一層、二層)、5~6軸/J軸(一層)處增加斜撐,以起到調整房屋的剛度,從而使得改造加固后的房屋可以滿足抗震規范要求。
對加固后的結構按新的計算簡圖重新進行強度和變形分析。結果比較未加固前剛度及承載力有了明顯提高,均滿足規范要求,詳見表1、2。
表1加固前后周期計算結果比較
表2加固前后位移計算結果比較
3結論
本工程所采用的加固方法為典型的框架結構抗震加固方法。對于框架結構抗震加固設計如何在既滿足安全要求前提下,又滿足建筑功能需求,經濟合理。我總結以下幾點自己的經驗:
選擇合理的新增基礎形式,盡量減少對原基礎及上部結構的影響。本工程新增柱下基礎形式為承臺錨桿靜壓樁。
房屋在加固過程中,有時結構可行,但建筑未必可行。所以不能想當然的用思維定勢去加固,必須結合實際情況,具體部位具體給出合理的加固方案。本工程部分墻體下無法設置基礎,最后采用了二層梁下垂釣鋼柱的方法解決了困難。
抗震加固設計不僅要考慮到局部,即對某薄弱構件的加固,還要考慮到整體,即加固了薄弱構件后有可能使得薄弱環節轉移而帶來新的隱患。本工程在增加了斜撐后,對模型進行復算,周期、位移均滿足規范要求,并重新檢查是否出現了新的薄弱構件。
加固所采用的混凝土等級需較原混凝土等級提高一等級。本工程原混凝土等級為C30,加固設計所采用的新混凝土等級為C35。
薄弱構件根據承載力不滿足要求的程度及實際施工的情況合理選擇加固方法。本工程采用的是加大截面法、粘鋼加固法。
參考文獻
[1]混凝土結構加固設計規范,GB50367-2006
[2]建筑抗震鑒定標準,GB50023-2009
[3]建筑抗震加固技術規程,JGJ116-2009
[4]建筑抗震鑒定加固手冊(中國建筑工業出版社)
[關鍵詞]建筑工程;施工圖;常見問題
中圖分類號:TU204 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)19-0270-01
說明:文中《荷載》、《高規》、《抗震》、《基礎》、《樁基》分別指國家現行規范《建筑結構荷載規范》、《高層建筑混凝土結構技術規程》、《建筑抗震設計規范》、《建筑地基基礎設計規范》、《建筑樁基技術規范》。
一、關于荷載取值
1問:《荷載》 (5.5.1)條文解釋中,關于地下室頂板、高低跨結構低跨屋面等部位需要運輸堆放大量建筑材料與施工機具,施工活荷載一般不小于4.0kN/m2,此條是否按強條處理?
答:不按強條,施工中可采取臨時加強措施處理,且可以根據情況扣除尚未施工的建筑地面做法與隔墻荷載的自重。
2問:《荷載》 (5.1.1)條,學校建筑中樓面活荷載標準值類別不足,僅列出籠統列出教室為2.5kN/m2,其它如電化教室、微機教室、舞蹈教室、體育活動教室等類別該如何取值?
答:5.1.1條文說明將民用建筑的標準值分為七個檔次,“對于表5.1.1未列出的項目可對照上述類別和檔次選用”。因此可以分別取值為2.5kN/m2、 3.0kN/m2、4.0kN/m2、4.0kN/m2。
二、規范條文尺度的把握
3問:規范條文中的“宜執行”(有些是大標題為“應執行”、小標題為“宜執行”),審圖時如何把握?有些設計人員認為“宜”就可以不執行,合適嗎?
答:“宜執行”理解為有條件時應執行;沒有條件或條件受限時,采取有效的加強措施可以不執行;實際條件優于條文規定時可以不執行;沒有采取任何措施時應按“應執行”處理。
4問:《高規》10.2.1條文說明中,“對僅有個別構件進行轉換的結構”僅按轉換結構進行構件設計,即不定義為復雜高層,“少量”如何掌握尺度?
答:不落地剪力墻的截面面積不大于總面積的10%(X、Y兩個方向均滿足),且不加大扭轉不規則。
5問:體型收進僅頂部兩層,算復雜高層嗎?層數占多少比例才算?
答:頂部收進以后的小塔樓的結構寬度為b、高度為h,當h/b>1時,按復雜高層設計。
6問:《抗震》(3.4.1)條文說明,(表1)結構特別不規則舉例中,扭轉偏大的 “較多樓層”如何掌握?
答:“較多樓層”指裙房以上總層數20%的樓層及三層。
7問:《高規》10.4節條文說明,"結構中僅局部存在錯層構件的不屬于錯層結構”。“局部”如何理解?
答:超過20%的樓層或四層(不含地下室)。
8問:《抗震》(3.4.3)條,多層“特別不規則結構”如何審查?如:底層層高很高,底層側向剛度不足相鄰上一層的50%時。
答:此類工程屬于條文說明(表1)所列特別不規則的項目,應進行“專門的研究和論證,采取特別加強措施”,即報“抗震專項審查”,應盡量避免。
9問:《抗震》(5.2.4)條, 關于剪重比最小要求的條文說明“當底部總剪力相差較多時,結構的選型和總體布置需重新調整,不能僅采用乘以增大系數方法處理”。“相差較多”應量化為多少?
答:“增大系數”取值大于1.15時,應調整結構選型和總體布置。
三、與部分規范組專家溝通的問題
10問:地下車庫僅通道與主樓相連,地下車庫抗震等級如何確定?
答: 根據《高規》(3.9.5)條、《抗震》(6.1.3)(14.1.1)條規定,
①不能按《抗震》14章(地下建筑)設計,14章適用于“單建式地下建筑”,高層建筑的地下室屬于“附建式地下建筑”。
②主樓相關范圍抗震等級與主樓一致;
③相關范圍以外采用“三級或四級”,可以理解為比主樓稍低,即為主樓為三、四級時取四級,其它取三級;
④與車庫的結構類型無關;
⑤當車庫與主樓設抗震縫分開時,按相關范圍為0考慮,車庫取三級或四級。
11問:主樓與地下車庫連為一體,地下車庫是否可采用板柱結構?
答:①當主樓投影范圍內地下室上下剛度比已小于0.5時,可按相關范圍為0,此時車庫結構可采用板柱結構。
②其它情況下無論剛度比是否滿足,地下室頂板均應按上部結構的嵌固端考慮(實際受力的嵌固作用),“地下室在地上結構相關范圍的頂板應采用現澆梁板結構”。
12問:多層商業中間連廊相連(多為混凝土牛腿、鋼結構連廊鉸接連接),是否允許不按連體結構設計?
答:多層結構變形量小,如果僅僅作為連廊使用,無其它建筑使用功能,可不按連體結構設計,需做以下加強處理:
①相連的框架柱按中震彈性設計,應保證大震下連廊不會墜落,可參照橋梁做法,支座周邊加焊突起的圍合角鋼作為限位;
②抗震構造參照《高規》連體結構進行加強。
四、規范部分條文的理解
13問:《高規》(10.2.5)條,“部分框支剪力墻結構,7度時轉換層位置不宜大于5層”。若嵌固層位置位于地下二層頂板,轉換層在地面以上5層,是否認為在6層轉換?
答:主樓周邊地下室完整時,轉換層位置應從室外地面算起,即為5層轉換。若地下室有臨空面,則需從臨空地面算起。
14問:結構平面凹進尺寸大于30%,凹口處設置拉梁是否可以按樓板開洞處理?
答:不可以,仍屬于凹凸不規則。
15問:《抗震》6.1.14條:地下室頂板作為上部結構的嵌固層時,地下一層柱截面每側縱向構件不應小于地上一層柱對應縱向鋼筋的1.1倍。當不滿足1.1倍,但地下室框架柱配筋比計算值已大很多時可以嗎?
答:不可以,應按實配鋼筋計算。若地下室框架柱截面尺寸加大,可以不滿足。
16問:軟弱層驗算時,應力擴散角是按規范查表得到的。按《基礎》(5.2.7)表中Es1/Es2最小值為3(小于3,按θ=0°),按《樁基》(5.4.1)增加了Es1/Es2=1項。天然地基,當Es1/Es=2時,可否按《樁基》規范執行?
答:因為沒有可靠的實驗依據,偏于安全考慮,仍執行《基礎》規范。
17問:多層結構地下室頂板不作為嵌固層時,地下室頂板厚度最小取多少?
答:規范中沒有規定,當小于120mm時,“建議”加厚。
18問:框架-剪力墻結構中樓面梁的抗震等級如何確定?框架梁、連梁如何區分?
答:樓面梁的抗震等級應根據梁的屬性來確定,連梁的抗震等級同剪力墻,框架梁抗震等級同框架。
五、實際工程處理
19問:工業建筑由于工藝要求,經常出現框架與排架混用、局部設置夾層等不規則結構。設計人員認為工業建筑可以不按《建筑抗震設計規范》設計,不必考慮結構規則性要求,可以嗎?
答:不可以。除特殊行業以外,普通工業廠房應按《抗震》規范設計。
《抗震》附錄H中框排架可分為:①側向框排架(混凝土框架與排架側向連接),按《構筑物抗震設計規范》設計;②豎向框排架(下部為混凝土框架上部頂層為排架),按《抗震》附錄H要求設計。
“框排架結構是復雜結構,多遇地震下的內力與變形計算時,應采用空間模型和平面模型兩個不同的力學模型計算,按最不利情況設計”。扭轉較大部分的平面模型應乘以內力增大系數。
結構剛度應盡量均勻布置,剛度小的柱列可以增加柱間支撐,剛度大的框架可以將梁柱部分連接處做成鉸接或滑動。
20問:某工程:32層剪力墻結構住宅樓,地下室兩層,地基為強風化巖,按樁筏基礎進行設計,筏板厚度僅為500mm,是否可以?
關鍵詞:結構設計;結構選型;經濟性;指標控制;規范
近三十幾年來,隨著市場經濟飛速發展,我國建筑業取得了舉世矚目的成就。據國家統計局網站數據,我國建筑年竣工面積從1996年6.00億平方米增長到2015年的42.08億平方米。就建筑技術水平而言,迄今為之,建設完成的結構復雜、技術含量高、設計理念超前的建筑不勝枚舉。作為身處其中的結構設計師,我們扮演了重要的角色,同時也受惠良多。
1結構設計條件的梳理
1.1初識建筑,掌握其要素
建筑方案設計階段,建筑設計師會提供建筑物的主要平面、立面及剖面圖紙。如同解一道數學應用題,此時正是重要的讀題階段。全面敏銳地關注涉及結構設計的建筑要素至關重要。這些要素主要包括:建筑安全等級、高度、體量、最大跨度、平面規則性、豎向規則性等。通過對這些要素的提煉,可以比較全面地掌握擬建建筑的結構要素,將注意力集中在這些要素上就可以避免出現忽視結構設計的重要先決條件。
1.2掌握環境條件
擬建建筑存在的外部環境對結構設計會產生極大影響。這其中主要包括外荷載、地質條件、耐久性影響因素等。外荷載主要包括地震荷載以及風荷載,應著重關注地震設防烈度、基本風壓,其次還要注意地形地貌對設防烈度及基本風壓的修正。地質條件主要包括:場地是否存在地震斷裂帶、土體的穩定、地基承載能力、是否處在暗河、溶洞等不利于承載區域等。耐久性影響因素主要包括高溫、高濕環境、侵蝕性氣體、水及土壤對建筑材料的腐蝕性等。
1.3評估建筑方案,提出修改建議
方案評估和修改過程是結構設計師同建筑師重要的技術交流階段。也是最適合結構師提出擬建建筑可能造成結構設計的不適宜、不合理、不經濟等專業性建議的時間點。例如,場地與地震斷裂帶的避讓距離不足或土體存在滑裂破壞等地質災害可能導致的不適宜建造;地基承載力較低或抗震設防烈度較高對于建造較高高層建筑的不經濟;建筑豎向的嚴重不規則導致抗震、抗風不利的不合理等。結合這些因素對建筑方案作出準確的量化指標評價,綜合權衡建筑物的安全、經濟、美觀適用要求,提出必要的修改建議。這個階段是規避方案性錯誤的重要階段,決定了之后結構設計的合理性甚至可行性。
2結構選型和構件布置
2.1結構選型
建筑上部結構體系大致分為:砌體結構、框架結構、框架-支撐結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構以及筒體結構。各結構體系有其自身的力學性能及適用范圍。針對不同的承載需求,提供合理的強度及剛度是結構選型的核心內容;當然,建筑空間及外觀的需求也是必須兼顧的。另外就是樓、屋面水平結構受力體系的優化比選,尤其對于大跨、重荷載的情況一般應多方案量化比較。通常采用的密肋樓蓋、預應力混凝土結構、鋼實腹梁結構、鋼桁架結構、乃至鋼網架結構均有其適用情形。基礎選型同樣如此,基礎必須具備足夠的承載及抗變形能力。基礎類型大致可分為:獨立基礎、條形基礎、筏板基礎、箱型基礎、樁基礎。基礎選型是針對不同的荷載需求及地基承載力,選擇能可靠傳遞荷載并控制建筑沉降變形的基礎形式。基礎選型對結構設計經濟性控制所起到重要作用,尤其對于地基條件較為復雜的情況。因此,基礎選型也應進行多方案比較,結合當地及同條件項目經驗顯得尤為必要。
2.2構件布置
結構體系一旦確定,結構材料也基本確定完成,同時非結構構件材料也應會同業主進行認定,例如填充墻以及樓、屋面建筑面層做法等。這些非結構構件材料的確認是為下一步荷載計算及截面預估做準備。構件布置主要內容包括確定結構構件的類型、截面尺寸以及布置位置,從而繪制結構平面布置圖(俗稱模板圖)。模板圖的設計要求在每一處構件布置時都應協調好建筑的影響與結構自身構建的合理。截面尺寸的準確預估,布置位置的合理,可以避免后續結構模型計算時的大量反復調整工作。經驗豐富的設計師能夠高效率,很多時候是對模板圖設計的精準把握。
3計算分析及指標控制
3.1準確建模及參數設定
目前,主體結構計算分析大多采用中國建筑科學研究院開發的PKPM系列軟件。準確地建立計算模型是做好計算分析的前提。主要應從截面尺寸、材料強度、荷載計算以及邊界條件等方面進行控制。截面尺寸與材料強度應力求與施工圖精準一致。就荷載布置而言,恒荷載應確保精確,活荷載應充分考慮使用階段可能出現的載荷情況;地震及風荷載應遵照規范條文進行必要的修正。梁柱節點的剛性假定,構件支座約束情況等邊界條件的設定應充分體現實際力學響應,不合理的邊界條件設定可能導致構件乃至整個結構體系的受力分析錯誤,極易造成嚴重的設計責任事故。PKPM軟件分析和設計控制參數主要包括總信息、計算控制信息、荷載信息、設計配筋信息等幾大類。需要充分理解參數的意義,掌握其對分析設計的響應,同時結合規范條文、軟件使用手冊、設計經驗才能設定準確。這里例舉部分重要的SATWE參數:“剛性樓板假定”、“考慮雙向地震作用”、“抗震等級信息”、“梁柱重疊部分剛域”、“柱配筋計算原則”、“箍筋間距”。這些參數對分析結果的重要指標及配筋控制都起著很大的作用。
3.2補充計算
絕大多數結構構件能通過軟件的整體分析完成設計,但對于特殊構件或節點,例如弧形梁、復雜的轉換構件、重要的連接節點等需要借助于其它計算程序或人工進行補充計算。另外,對規范有明確要求進行多模型對比時,還應采用多款軟件對整體模型作必要的校核對比及修正分析。目前,同我國規范結合較好且應用較為普遍的結構分析軟件有《3D3S》、《MIDAS》、《ETABS》、《SAP2000》;復雜節點應力分析、非線性分析一般采用通用有限元分析程序,如《ANSYS》、《ABAQUS》。對于特殊構件及復雜節點,結構設計者必須充分掌握其應力應變狀態、承載力水平,在構造設計中才能做到有的放矢。
3.3指標控制
分析結構的各項指標控制實質是執行規范條文,也即對結構設計經濟、安全性的量化控制。重要的控制指標有:“剛度比”、“軸壓比”、“位移比”、“周期比”、“剛重比”、“剪重比”、“抗剪承載力比”、“傾覆力矩百分比”、“位移角”、“配筋率”、“有效質量系數”等。準確理解這些指標的概念、控制意義以及影響因素十分重要。只有理解了這些,才能有目的地進行結構布置的調整從而控制好各項指標,使擬建建筑的結構獲得必要的強度與合理的剛度。
4規范分析
我國建筑工程結構設計主要采用的標準規范有:《工程結構可靠性設計統一標準》、《建筑抗震設防分類標準》、《建筑結構荷載規范》、《混凝土結構設計規范》、《建筑抗震設計規范》、《建筑地基基礎設計規范》、《鋼結構設計規范》、《砌體結構設計規范》、《高層建筑混凝土結構技術規范》、《高層民用建筑鋼結構技術規范》等。這些規范主要從“布置規定”、“材料選擇”、“荷載計算”、“分析原則”、“計算控制”、“構造要求”等幾部分構架了完整的結構設計規定,全面系統地制定了建筑工程結構設計的規則。我國規范標準按等級分為國標、行標、地標、企標。相互之間的關系是:下一級標準必須遵守上一級標準,下級標準的規定不得寬于上級標準,但可嚴于上級標準。由此可知,在運用下級規范時我們需要掌握嚴于上級的條文,另外就是結合行業或當地實情細化的、更為明確的條文。規范條文按屬性分為強制性條文和推薦性條文。強制性條文通常采用“應”提出遵守要求,對于以黑體字著重提出的是強制性要求遵守的;推薦性條文通常采用“宜”提出遵守建議。總之,規范條文是最低的設計要求,通常情況都應遵守采納。
5結語
我國的建筑業盡管已經蓬勃發展了三十多年,但就目前所處的城市化水平而言,建筑設計仍然有著很大的市場需求。加之老舊建筑的改造加固以及新的結構材料、體系的出現,建筑結構還有著很多技術領域等待探究。作為建筑工程設計者,我們始終被委以重任;不斷學習,不斷總結才能肩負起這份職責。
參考文獻
[1]朱丙寅《建筑結構設計問答及分析》中國建筑工業出版社,2013
[2]GB50011-2010《建筑抗震設計規范》中國建筑工業出版社,2010
[3]GB50010-2010《混凝土結構設計規范》中國建筑工業出版社,2010