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篇1

Key Words: civil building structural design principle of the new situation

中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：A 文章編號：

民用建筑工程與人們的生產、生活緊密相連，對其結構的設計工作在整個民用建筑工程中有十分重要的作用。民用建筑的設計工作既繁重，又承擔著巨大的責任，并直接影響著建筑物本身的經濟性、安全性、舒適性和耐久性。民用建筑設計的對象是以居住為主要功能的建筑。民用建筑設計在當今社會中，秉承著“以人為本”的設計理念，同時還要求設計者能在設計方法上不斷創新，在設計思路上拓展得更寬。

一、結構抗震的概念設計

結構抗震的概念設計是指通過地震對建筑結構的整體效應來有效地解決建筑結構設計中存在的基本問題，具體包括分析建筑結構的破壞機制和過程。在設計時，設計師要考慮到建筑結構的整體布局，更不能忽略那些關鍵部位的設計細節，這樣，才能從根源上提高建筑結構的總體抗震能力。

二、民用建筑結構設計存在的問題――不容樂觀的設計質量和設計審查

通過筆者對民用建筑結構設計文件審查工作的經驗，總結數百個設計工程，諸如北京、上海等省市地區的設計單位（其中包括很多大型甲級設計單位），得出目前建筑結構設計在結構的布置、結構的體系、結構的計算、電算的總信息、地基的基礎方案、荷載的取值、鋼筋混凝土的構造等方面存在著諸多問題，構件或配筋經常少于計算值所得，從這個角度上來說，沒有一個工程在進行電算總信息時是完全正確的。這對于施工設計來說，后果是不可估量的，很多建筑結構設計都需要整改才能夠進行施工。

目前建筑結構設計的市場十分混亂，普遍出現大量行賄索賄、掛靠設計、業余設計、壓價競爭等現象。設計周期嚴重短于國家明文規定更是司空見慣的現象。特別是20世紀80年代之后成立的中小型建筑結構設計單位以及縣級的施工圖的審查機構，因設計或審查的人員配備不充足、缺乏相應完善的管理制度、審查制度以及設計經驗不足，在設計和審查方面存在很大的質量問題。很多大型的工程在進行施工圖審查時，一次合格率相當低下，甚至低于20%，近乎違反一千多條強制性條文，存在重大的質量問題。

（一）結構設計不合理

結構設計不合理，存在較大安全隱患，不能按照按照建筑的抗震設計有關規定嚴格執行。不按照規定進行荷載的取值計算現象十分嚴重，很多結構設計與計算書之間存在明顯的不符，計算結果超過結構強度本身，嚴重威脅建筑物的質量。

（二）設計深度不合規定

建筑結構設計圖紙存在著偷工減料的現象，設計粗糙，缺少應有的配套系統圖及大樣圖，細節模糊，忽視重要的參數或安全等級，責任推諉。這些都源于設計人員對于民用建筑結構設計的不重視，自身學識不夠，生搬硬套，缺乏正確的運算和經驗。

（三）結構計算不嚴謹

民用建筑結構設計在計算上存在的問題主要有以下三個方面：

荷載取值不當。

多層框架的民用建筑采用獨立基礎，如果地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層，當建筑物高度低于八層且在25米以下，盡管不用驗算其地基的抗震承載能力，但是還是應該考慮風荷載的作用。

2.驗算底框砌體不當。

3.結構周期的折減系數。

一般而言，實際的剛度比計算時大，實際的周期比計算時小，所以計算地震承載力一般要小，這是結構存在安全隱患的因素之一，計算周期時的折減就顯得尤為重要。

（四）構造設計不恰當

地基基礎設計問題和框架結構設計問題是民用建筑結構設計中時常出現的重要問題。不恰當的選用柱基類型，加上不當的施工操作，不僅會給施工質量的完成帶來影響，還會對周圍施工的環境造成損毀。

（五）材料選用和結構體系不合理

選用材料、結構體系對于工程技術人員是重要的工程要素。尤其體現在高層民用建筑上，根據我國建筑鋼材的分類，民用高層建筑在選材上應盡量使用鋼管混凝土結構或鋼骨混凝土結構等，以減少柱基斷面的尺寸、提高防震效果。

規則性差、抗震機構不合理、樓層錯層是民用建筑工程中常出現的問題。根據我國民用建筑結構設計中關于抗震方面的設計要求，一般對于高層結構盡量不使用復雜結構。避免樓板開洞過大導致結構不規則，從而影響結構的抗震效果。

很多實際的建筑工程中都出現了規則性差以及抗震結構不利等現象，還有就是樓層出現錯層的問題。如果在高層的建筑中出現大范圍的錯層，那么樓板的連續性則會出現問題，這種結構一旦形成對于抗震是非常不利的。此外，一些民用的高層建筑存在薄弱層可是又沒有補救的抗震措施。按照我國對于高層建筑中抗震設計的相關要求，一般高層結構是不能采用兩種或者兩種以上的復雜結構。而樓板開洞過大也會造成結構的不規則，影響結構的抗震效果。

三、民用建筑結構設計基本原則

結構設計遵循的基本原則是：安全可靠、經濟合理、符合規范、施工方便。

（一）安全可靠，規范施工

設計人員應盡量規范自己的行為，使民用建筑的結構設計達到行業標準。在對建筑進行結構體系、結構荷載、剛度、強度、結構、計算、布置等方面的設計工作時，設計人員不僅要做到不違反政府出臺的相關強制性條文，還應該尊重細節，嚴格執行相關的規章制度。

（二）經濟合理

民用建筑結構設計不僅要符合安全可靠的原則，還應該考慮到經濟合理的原則，不能過度浪費，保證在正常的施工條件下，施工建筑按照我國規范設計，確保工程安全順利開展。

（三）施工方便

進行民用建筑結構設計時要遵守方便施工的原則。例如：不可使混凝土強度和等級的種類過多，這樣不僅影響施工造價，而且對工程質量產生一定影響。所以在一個構件內配筋不應太復雜，注意鋼筋的根數和直徑的種類不應太多。

四、建筑結構新技術的發展

（一）民用建筑中鋼結構的推廣

我國鋼鐵工業的蓬勃發展，為民用建筑行業的發展提供了極好的發展機遇。在民用建筑結構設計中的應用，鋼結構與以往的混凝土結構和磚混結構相比較而言，具有以下三個特點：

1.鋼材強度高

由于鋼材的強度相對較高的特點，民用建筑設計方便于采用大開間的布置。但是混凝土結構以及磚混結構因材料性質的限制，影響了空間的自由布置。如果出現結構跨度過大的情況，就會導致構件尺寸的加大，不僅影響了美觀，更加增大了結構自重，使造價相應增加。

2.綜合經濟效益好

由于考慮到鋼結構體系能夠對民用建筑產生極好的綜合經濟效益，在民用建筑工程中積極推廣鋼結構。民用建筑中的鋼結構具有自重輕的特點（相對于磚混結構，是其自重的65%），減少了石土沙的使用量，更加適用于軟弱地基。即使應用于其他的地基條件，同樣有利于減少基礎造價。

另外，在民用建筑中，鋼結構的施工周期較短，可以加快資金周轉，大大提高民用建筑投資方面的效益。

最后，基于鋼結構建筑較高的性價比，不僅僅有利于環境和社會經濟的可持續發展，還有利于建筑行業更快的適應產業化發展，具有發展前途，可以帶動鋼鐵產業以及新型材料產業的迅猛發展。

（二）短肢剪力墻倍受青睞

短肢剪力墻結構吸收了傳統框架結構的諸多優點，利用隔墻位置的靈活布置，提供較多的選擇方案，有利于克服傳統框架結構的一些缺點，得到廣大設計師、開發商和用戶的青睞。

（三）預應力大板結構的廣泛應用

預應力混凝土的大板結構是指在柱和柱之間布明梁，樓板使用預應力大板，并在預應力大板上面直接布置隔墻的結構體系。隨著這項技術的成熟，有利于施工成本的減少，平面設計更加靈活，便于二次裝修改造，滿足住戶的個性要求。

總結：民用建筑的結構設計是一個十分復雜的系統，這不僅要求設計者在設計建筑結構時要嚴格計算每個構件，掌握每一個要點；還要求他們在對建筑物的整體結構進行宏觀和細節上的設計時要嚴格按照國家制定的相關標準來操作，同時還應加強對建筑結構的抗震概念設計及性能設計，以提高我國民用建筑結構的設計水平，進而使我國建筑質量有質的飛躍。

參考文獻：

[1]《建筑抗震設計規范》GB50011-2001問答(5)至(8)索引[J].工程抗震，2004(01)

[2]混凝土結構設計規范修訂動態[J].工程質量.，1999(01)

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在建筑結構設計中，經常面臨特殊問題需要特別處理，比如樁基先行的設計方法?！皹痘刃小奔词侵冈诮ㄖY構設計中樁基先行設計，其他部分施工圖再后續配合完善出圖的情況?！皹痘刃小钡脑O計，在一定程度上不利于最大限度地控制成本，也可能導致各方面細節配合的不到位，出現設計不合理的情況，然而“樁基先行”又可以較大程度地節省工期，對于建設單位時間意味著經濟效益。因此“樁基先行”在建筑結構設計中是確實存在的一個情況，本文將以項目實例（福州貴安某高層住宅）為分析對象，分析“樁基先行”的利與弊及其在實際施工操作中的可行性，對建筑結構設計中“樁基先行”的設計方法進行淺簡的探討與思考。

一、實例項目的簡要工程概況

（一）實例項目概況

本項目位于福州市連江縣潘渡鄉，基地交通便利，該項目規劃用地包括經營性房地產用地、商業金融用地、旅游文化服務用地以及其它用地。地塊占地面積77701.01m2，由22棟住宅樓、13棟商業樓及純地下車庫組成，總建筑面積231643m2，其中住宅樓地下一層與純地下車庫相連通，商業樓沿小區規劃道路而建。本文主要介紹20#樓的樁基設計。20#樓地上32層，其中一~三十二層均為住宅。地下一層為停車庫、設備用房等。具體剖面見20#樓1-1剖圖（如圖1）。該樓屬于A級高度的高層建筑。

（二）實例項目結構設計參數

1、地質概況。本工程地表下30米內的土層主要有5層(如圖2)，從上到下依次為殘積土、全風化凝灰巖、砂土狀強風化凝灰巖、碎塊狀強風化凝灰巖、中風化凝灰巖。本工程建設不受地下水影響，可不考慮地下水的腐蝕性。

2、抗震設防標準。本工程建筑抗震設防類別為標準設防類（丙類），結構設計使用年限為50年，上部結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為甲級；工程抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第三組，結構阻尼比在多遇地震作用下的彈性分析時取0.05，地震影響系數最大值為0.04；場地類別為2類，場地特征周期為Tg=0.45s。本工程基本風壓按照50年重現期取值，為0.80 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

二、“樁基先行”設計方法的利弊與可行性

（一）“樁基先行”設計方法的弊處

1、不利于最大限度地控制成本。建筑結構設計中，如果樁基先行設計，其他部分施工圖再后續配合完善出圖，如果單從最大限度節約成本的角度上，是不太可取的。因為樁基設計時，專業間配合尚處于不是非常完善的程度，后面伴隨著或多或少的調整，從這個意義上，樁基設計時承載力適當富余是勢在必行的，畢竟結構整體安全是結構設計的底線。所以說樁基先行設計在一定程度上不利于最大限度地控制成本。

2、不利于各專業配合，可能導致設計不合理。正常情況下，施工圖設計是個各專業往返提資配合，最終協調到位并出圖的過程。隨著社會經濟發展，建筑設計的門檻和要求也變得越來越高，大方向確定的前提下，建筑細節變得尤為重要。而建筑細節的合理設計，正是這么一個慢慢磨合、協調甚至妥協的過程。樁基先行設計這個環節里，通常只是結構專業打頭陣，其他各專業很難介入較深，由此較容易造成各方面細節配合的不到位，造成設計的不合理情況的出現。

（二）“樁基先行”設計方法的益處

1、可以較大程度地節省工期。樁基先行設計最為突出的優勢就是可以較大程度地節省工期。畢竟施工圖設計的整個周期少則一兩個月，多則三五個月甚至以上，而時間通常意味著經濟效益，也往往是建設單位最為注重的方面。樁基施工通常是個冗長的過程，按照統籌方法，施工圖設計深化的幾個月時間，用來施工樁基，自然是較佳的選擇。

（三）“樁基先行”設計方法的可行性

從上述利弊分析可以得知，在地質勘察報告通過施工圖審查單位審查，建筑專業平立面達到初步設計（或以上）深度，設備專業基本配合完畢的情況下，樁基先行設計是可行的，對注重工期的建設單位而言，更是至關重要。

三、“樁基先行”設計方法的步驟

1.確定結構計算參數

根據地質報告及相關規范，確定科學可行的結構計算參數。

2.試算

確定好結構計算參數之后，接下來較為重要的環節就是試算，用以確定結構體系。唯有結構體系完全確定下來，樁基設計才能隨之進行，有序展開。對于本工程這種普通住宅而言，很大程度上，剪力墻的合理布置（須基本做到不對建筑的使用功能產生不良影響、不影響建筑立面效果、墻柱面積與建筑面積的比值基本在合理經濟的范圍內等等）即意味著結構體系的初步確定。還有一些重要的細節，必須在這一個環節得以確認，否則很有可能引起后期的返工、修改，如梁、板、墻混凝土強度等級分層變化、各非標準層的計算層高、地下室周邊覆土情況、屋面以及電梯機房屋面的大概布置情況等等。

3.深化配合

對于普通高層住宅而言，樁基先行設計階段中的結構專業深化配合，一般是指標準層要完全細化到位。建筑方案達到擴初（或以上）深度的時候，標準層平面基本上已經確定。此時標準層的細化工作即可隨之開展。荷載細化自然是至關重要的一方面，其他關鍵的細節在于剪力墻墻厚（影響使用空間），墻肢長度（影響門窗寬度或者地下車位使用），外圈梁高（影響立面造型以及結構電算位移）等等。

4.預留一定富余量

如前文所說，結構整體安全是結構設計的底線，所以在建筑專業圖紙尚未完全完善的階段，既要先行設計樁基，又要在大的結構體系確定、不動搖的情況下，將結構各方面荷載考慮周全，確保后期施工圖設計的時候不出現大范圍增加以至于影響樁基安全度，則是對結構設計師很大的考驗和挑戰。

以本工程為例，建筑提資圖紙深度略有不足，立面線腳、屋面、機房屋面均未完全深化設計。故在樁基設計時，本人大概估算了并預留了整棟樓周圈線腳的總重量（約為30KN/m），考慮了大屋面、電梯機房屋面找坡荷載【1.5 KN/㎡（跨度≤3m）；2.0 KN/㎡（3m＜跨度≤5）；2.5 KN/㎡（5m＜跨度≤7m】、電梯吊鉤荷載，充分考慮了地下室頂板周邊結構布置情況（因建筑地下室無法提資到位，故暫按周邊均為9m跨度的頂板代入結構參與計算）做到了不疏忽、不遺漏、不浪費，確保了施工圖階段的建筑調整不會影響結構樁基的安全儲備，使后期設計保持了一定的彈性。事實證明，也唯有正確、周到地考慮好這一切，并嚴格地執行，才可能做好樁基設計工作。

四、“樁基先行”設計與常規設計的后期比較

本工程于2012年1月順利通過樁基施工圖審查，并于3月份通過全部施工圖審查。相比之下，建設單位比正常流程（全套施工圖設計——審查通過——樁基施工）多獲得了兩個月的寶貴時間，由此也收獲了較為客觀的經濟效益。

為了確保前期樁基設計的安全，本工程在施工圖設計階段的末段，對之前已出圖的樁基進行了復核，原樁基均滿足設計要求，且最終的剪力墻墻下內力均與樁基設計時偏差較?。s2%~3%）。由此可知，樁基先行設計方案是可行的，設計也較為合理。

通過上述對項目實例（福州貴安某高層住宅）的具體分析，本文認為“樁基先行”的設計方案存在利與弊，但在現實施工操作中，只要按照嚴謹科學的設計步驟，將結構各方面荷載考慮周全，本著對工程負責的態度，積極協調各專業的配合設計，“樁基先行”設計方法是可行的，具有操作性的。

參考文獻：

[1]王寶燁.樁基基礎的發展及其應用[M].建材技術與應用，2002.

[2]朱炳寅.建筑結構設計問答及分析[M].中國建筑工業出版社，2009.

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1.引 言

剪力墻結構是高層建筑中常用的結構形式，可以根據建筑隔墻靈活布置，具有剛度大，能有效承受豎向和水平作用力，變形小等優點。在結構設計中，剪力墻端柱與框架-剪力墻結構中的邊框柱是不同的。對于框架-剪力墻中的邊框柱主要是與梁或暗梁形成閉合的邊框，應按照框架柱進行計算，并符合框架柱的相關構造要求；剪力墻底部加強部位邊框柱的箍筋宜沿全高加密。對于帶端柱剪力墻結構中的端柱則是作為剪力墻的一部分，對剪力墻提供約束作用，并有利于提高剪力墻的平面外穩定性能。因此，對于帶端柱的剪力墻結構中端柱應該滿足剪力墻結構邊緣構件的要求；但當端柱承受集中荷載時，其縱向鋼筋、箍筋直徑和間距還應滿足框架柱的相關要求。

在PKPM建模中，結構設計人員通常對與剪力墻的端柱采用柱模型，以黃色顯示，造成對同一結構構件采用不同的單元進行模擬，使結構豎向荷載往往主要集中在端柱上。在實際受力情況中，距離豎向作用點以下足夠遠處，由于混凝土結構對豎向荷載的應力擴散作用,其豎向荷載不完全由端柱自己承擔，而由墻+柱全截面共同承擔豎向荷載及由豎向荷載引起的彎矩。事實上，剪力墻端柱并非承擔豎向荷載的主體。

圖1豎向荷載應力擴散示意圖

2.現有方法存在的主要問題

對于帶端柱的剪力墻，結構設計人員為了能夠很好地模擬有端柱剪力墻的平面外剛度，在建模時通常采用墻+柱模型進行結構計算。這種墻、柱分離式的等效處理方法，并不符合實際情況，主要存在以下幾個方面的問題：

（1）造成實際模型中端柱+墻的總截面面積要大于帶端柱剪力墻的全截面計算面積，存在面積

誤差，這將直接影響帶端柱剪力墻的抗剪承載力。另外，模型中剪力墻墻肢的長度要比實際的剪力墻墻肢長度小，加大了帶端柱剪力墻的面內剛度計算誤差，使計算結果偏于不安全。

（2）當采用墻、柱不同單元等效處理建模計算時，帶端柱的剪力墻平面內側向剛度由框架柱

的剛度和剪力墻的面內剛度共同組成；而剪力墻的面內剛度又與墻肢的有限元單元網格的劃分有關，單元網格劃分的越細，剪力墻的剛度越小，端柱所承擔的內力值也就越大；反之，則剪力墻的剛度越大，端柱承擔的內力值也就越少。另外，墻元和柱元之間的內力主要取決于剪力墻、端柱之間的變形協調。目前很難準確計算剪力墻與端之間的變形協調關系及混凝土對豎向荷載的應力擴散作用。這些因素都會造成實際模型與真實情況不相符的情況。

在結構設計中采用墻+柱分離的等效處理方法，常導致同一結構構件中端柱與剪力墻的計算壓

應力水平差異很大。當不考慮結構構件的軸向變形時，往往會造成端柱承擔絕大部分的豎向荷載，而剪力墻只承擔很小一部分豎向荷載。在程序的計算結果文件中，出現端柱的配筋過大，計算不合理的情況。而當過多地考慮結構構件的軸向變形時，又會造成剪力墻所承擔豎向荷載大于高于端柱所承擔的豎向荷載，計算也不合理。

（3）當采用墻、柱分離的等效處理方法，容易使結構設計人員混淆端柱與框架柱的本質區別。

端柱作為剪力墻的一部分，只是形狀像柱，但并不是柱。并且當建模時采用墻、柱分離的等效處理方法時，端柱的抗震等級是按照框架柱來確定的。而在框架-剪力墻結構中，框架柱的抗震等級一般不會高于剪力墻的抗震等級，會出現偏不安全的情況。因此，應該人工手動修改端柱的抗震等級，使其同剪力墻的抗震等級。

圖2帶端柱剪力墻示意圖 圖3程序計算模型示意圖

如：某18剪力墻結構，層高H=3000mm，地處6度抗震設防區域，場地類別為2類，地震分組為第一組，基本風壓為0.45，地面粗糙度類別為B類。選取其中一片帶端柱的剪力墻（截面尺寸）。當采用分離式建模時與實際情況的參數比較見表1：

表1

3.建議及結論

綜上所述，對于帶端柱的剪力墻結構，建模時可以采用以下兩種等效處理方法：1）可直接按墻長，墻厚為計算，端柱在構造設計中考慮（邊緣構件的配筋計算及墻的平面外穩定驗算時，可考慮端柱的影響）。2）采用等效截面法計算復核，可直接按墻的等效截面寬度進行有端柱剪力墻的平面外穩定驗算。此時，由于對端柱的有利作用考慮不足，其結果是偏于安全的。這兩種等效處理方法可以有效地避免分離建模所造成的模型化差異和墻、柱間的變形協調問題。

參考文獻

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1結構抗震性能化設計的涵義

抗震性能化設計就是根據工程的具體情況確定合理的抗震性能目標，再采取恰當的計算和相應的抗震措施使目標要求得以實現的過程。

抗震性能化設計是解決復雜結構問題的重要方法，常用于復雜結構及超限工程的結構設計中，它著重于通過現有手段（包括計算措施和構造措施等），采用包絡設計的方法去解決工程設計中的復雜技術問題，是抗震概念設計的集中體現。

2結構抗震性能化設計的必要性

震害表明，由于城市的發展和人口密度的增加、城市設施的日趨復雜、生活節奏的日益加快，造成地震引起的經濟損失急劇增加，因此，原本以保障生命安全為抗震設防唯一目標的單一設防標準顯然已經不夠全面，為了控制建筑物及相關設施在地震中的破壞程度，保證震時及震后人們正常的生產、生活功能，減少地震對社會經濟生活所帶來的危害及影響，結構設計師有必要采取高于（至少不低于）基本抗震設防標準的性能化設計以達到相應要求。

3結構抗震性能化設計的基本思路

抗震性能化設計是以現有的科學水平和建筑條件為前提的，需要綜合考慮建筑使用功能、抗震設防烈度、結構的類型和不規則程度、結構發揮延性變形的能力、建筑工程造價、震后的各種損失及修復難易程度等因素。面對具體工程的需要和要求，既可以針對整個結構體系，也可以針對其中某些重要部位或關鍵構件，靈活運用各種結構措施以達到預期的性能目標。

提高結構（或構件）的抗震承載能力或變形能力，是提高結構抗震性能的有效途徑，但提高抗震承載能力是建立在對地震作用的準確判斷的基礎上的，而限于目前對地震研究的現狀，應以主要提高結構或構件的變形能力并同時輔以提高抗震承載能力作為抗震性能設計的首選。

4結構抗震性能化設計的主要過程

4.1分析結構方案

首先應分析結構方案的特殊性（如結構高度，結構類型及規則性，結構場地條件及抗震設防標準等），確定是否需要采取結構抗震性能化設計。震害經驗告訴我們，抗震概念設計是決定結構抗震性能的最重要因素之一，因此，在進行結構方案特殊性分析時尤其要注意其不符合抗震概念設計的情況及違反程度。結構工程師應根據有關規范中的相關規定，與建筑師協商并改進結構方案，以達到盡量減少結構方案違反抗震概念設計的情況及程度的目的，為選用結構抗震性能目標提供重要依據。

4.2選擇抗震性能目標

結構抗震性能目標分為A、B、C、D四級，結構抗震性能水準分為5個（1、2、3、4、5），地震地面運動分為三個水準，即多遇地震（小震）、設防烈度地震（中震）和預估的罕遇地震（大震）。在設定的地震地面運動下，與四級抗震性能目標對應的結構抗震性能水準的判別準則可以參考表1及表2。由于房屋的重要性程度及建筑使用功能不同，結構或結構部位及結構構件的抗震設防目標也不完全相同，應根據具體情況采取相應的抗震措施。

4.3計算分析并提出相應的抗震加強措施

在選定抗震性能目標后，就應對結構進行相應的計算分析，并提出相應的抗震加強措施。其重點在于：首先，需要進行深入的彈性和彈塑性計算分析（包括靜力分析、時程分析、多模型及多程序的比較計算分析等），應注意對復雜結構應進行必要的補充計算分析（如對關鍵、復雜部位及構件采取包絡設計計算）。其中尤應注意，現有計算分析軟件的計算模型以及恢復力模型、結構阻尼、材料的本構關系、結構破損程度的衡量、有限元的劃分等均存在較多的人為與經驗因素，因此進行彈塑性分析計算必須先要了解所選分析軟件的適用性，選用適合于所設計工程的軟件才是根本。其次，判斷計算結果的正確性與合理性。從本質上講，彈塑性計算分析屬于結構設計的補充和驗證方法，彈塑性分析的根本目的在于比較其與彈性分析結果的異同，尋找兩者規律性的差異，所以關注的重點應是找出彈塑性計算分析的規律性而不是糾結于某個具體的數值。最后，再根據計算分析的結果找出結構有可能出現的薄弱部位以及需要加強的關鍵部位，有針對性的采取相應的抗震加強措施。

5結語

結構抗震性能化設計仍存在一些有待研究和解決的地方，尤其是地震作用大小的不確定性以及計算模型和參數的準確性等問題，可以相信隨著工程的不斷應用和研究工作的深入，將會使它變得更加成熟與完善。

參考文獻：

[1]GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

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1如何合理確定地下抗浮水位

地下水的設防水位應取建筑物使用年限內（包括施工期）可能產生的最高水位；結構底板承受的水壓力應按全水頭計算。關于建筑物使用年限內（包括施工期）可能產生的最高水位一般是由巖土工程勘察報告給出的，設計人員可從巖土工程勘察報告中直接選用。但現在有些巖土工程勘察報告給出的僅僅是測量期間的最高水位，并沒有給出使用年限內（包括施工期）可能產生的最高水位，這兩個水位對建筑物來說是不同的，有時甚至相差較大。如果巖土工程勘察報告中沒有提供地下水的最高水位，地下水的設防水位可取建筑物的室外地坪標高。對于許多建于坡地上的建筑物來說，由于建筑物的室外地坪標高是隨著地形變化的，如果取一個統一的地下水的設防水位可能就不太合適了。

某順山而建的建筑，地下室連通，長度達500m。圖1為擬建坡地上建筑物的地質剖面，查閱地質報告后發現，測量期間的地下水位是隨坡地的升高而升高的，最高點水位為50.03m，最低點水位為41.55m，兩者相差8.48m。因此，此處的地下室一側在地下而另一側則在地上。顯然地下室所受的浮力是變化的。處理辦法是將地下室按實際埋深的大小分成若干部分，每一部分取建筑物的室外地坪標高作為地下水的設防水位來計算地下室的水浮力。實踐證明，這樣分段來取地下水的設防水位與實際情況是比較相符的。

2遇到短樁應采取的措施

一般按照有效樁長（由承臺底算起）的長短來判定長短樁。對于混凝土灌注樁而言，一般以6m的有效樁長為界限，大于6m有效樁長的樁認為是樁，小于6m有效樁長的樁認為是墩。對于預應力高強混凝土管樁而言，一般以8m有效樁長為界限，大于8m有效樁長的樁認為是中長樁，小于8m有效樁長的樁認為是短樁，小于6m有效樁長的樁認為是超短樁。筆者認為樁長并非判定短樁的唯一依據，還應按照樁的實際受力情況和所起的作用來判定短樁，并采取相應的措施。

與中長樁相比，短樁的受力較為不利：1）短樁的樁周土易發生隆起破壞；2）因樁長較短，樁周土對樁的約束較差，在水平力的作用下樁身易繞樁尖發生旋轉；3）對于靜壓樁或錘擊樁，短樁的后期承載力提高較少甚至因土層應力的釋放承載力反而會有所下降；4）當相鄰短樁較多時，施工期間樁基礎易產生浮樁現象。工程實踐證明，預鉆孔沉樁對解決上述問題有一些作用，但預鉆孔也常會帶來一些不利因素：1）預鉆孔時，轉機控制不好會鉆成傾斜孔，沉樁時樁身也會傾斜；2）樁定位會產生偏差；3）預鉆孔沉樁后當樁尖位于較好巖層時，因樁徑大于孔徑，孔徑大的巖石會卡住樁身使沉樁時樁底存在空隙，對樁基礎質量會有一定的影響。

3 合理確定消防車荷載的取值

由于消防車荷載較大，其取值對構件的截面和配筋影響都比較大。由《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001） （2012年版）第3.1.1條條文說明可知：偶然荷載是在結構使用期間不一定出現，一旦出現，其值很大且持續時間很短的荷載。通常的設計中常遇到的偶然荷載有撞擊、爆炸、火災等。

在使用結構計算軟件進行整體計算時，輸入的消防車荷載應根據其荷載輸入的類型進行折減后輸入，否則，計算機進行整體計算時，程序將自動乘以荷載對應的分項系數，就會將消防車荷載放大。并且荷載規范中給出的消防車荷載是樓面荷載，計算梁、柱時應進行荷載折減。使用結構計算軟件進行整體計算的過程同時也是梁柱的計算過程，如果直接將荷載規范中給出的消防車荷載輸入程序進行計算，計算結果會比實際情況偏大。

4 懸臂基礎板的處理

在一些樁筏、樁箱基礎工程中，由于功能或其它原因，主體地下室周圍一部分升至地面上1～2層（作裙房）或僅至地面即收掉。這些部分因荷載很輕，可直接由地基土來承受而不需打樁。這樣，對整個帶樁的筏板基礎來講，周圍不打樁的這部分底板就成為懸臂基礎板了。

圖6所示為某工程地下室基礎底板平面圖。受場地及城市規劃所限，軸①一②部分地下室升至地面后即收掉而成為主樓的室外場地。現對軸①一②這部分基礎底板設計作如下分析處理。

（1）軸①一⑧是一塊1800mm厚的整體樁基承臺板，具有相當的整體剛度。隨著上部荷載的作用，建筑物逐漸沉降，建筑物荷載通過基礎底板分別傳給樁基礎和地基土。在樁及基底土反力作用下，基礎（承臺）板如同倒置于上部混凝土墻柱之上。顯然，由于軸①處沒有如同軸②一⑧上多、高層混凝土墻柱巨大剛度的豎向支撐，必然要沿著軸②產生彎曲，、因此，軸①一②底板即如同懸臂板一樣受力。

（2）關于懸臂基礎板下的地基反力問題，已如前述，將有部分荷載通過基礎板傳至地基。對于本工程這塊具有相當整體剛度的基礎板來講，各部分地基反力可視為均勻一致，考慮本工程（W類場地土）地基軟弱，將發生一定沉降，根據有關文獻，取建筑物總荷載的10%作為地基的反力（不含水浮力），并與懸臂基礎板范圍內的恒活載所產生的地基反力進行比較，取大值。當然，這部分地基反力的取值也不能超過地基土的承載力。

（3）在地基反力及水浮力作用下，懸臂板將沿以軸②柱下樁排為縱向嵌固條帶向上翹曲，見圖6b所示，并以樁排外皮至基礎板外邊沿的距離作為懸臂計算長度。

（4）縱向嵌固條帶作為懸臂基礎板的嵌固端，承受著懸臂基礎板傳來的彎矩和剪力。同時，嵌固條帶還是整個基礎板沿軸②上的一條柱上板帶。也就是說，視整個基礎板為倒置于混凝土墻柱之上的無梁樓蓋。在樁群及地基反力作用下，按無梁樓蓋理論，即縱向嵌固條帶也是柱上板帶，擔負著樁及地基土傳來的大量反向荷載。因此，嵌固條帶的計算寬度可以按縱向樁排兩樁外皮間的距離計，也可以按柱上板帶的寬度計算方法進行計算，但懸臂一側宜按樁外皮計算，見圖6。

（5）在計算懸臂基礎板上部荷載時，懸臂板端部混凝土外墻及頂板傳下來的荷載為集中線荷載，且僅考慮恒載部分，可不計覆土重量。

5 總結

高層建筑地下室結構設計的深入研究涉及到諸多方面，不少問題尚待研究。本文從宏觀控制而又力求深入探討的角度闡述地下室結構設計中的一些問題。

參考文獻

篇6

本工程場地屬新疆維吾爾自治區庫車縣牙哈鄉，該場地地貌屬天山南麓，南臨塔克拉瑪干沙漠，山前沖積平原，齙氐匭紋鴟較小，地層為第四系素填土和第四系全新統沖洪積堆積物。

該工程地質勘查報告給出地層結構由上至下分為7層：第①層雜填土；主要成分以粉砂為主，含少量建筑垃圾。第②層粉土；第③層粉砂；第④層為細砂；第⑤層為粉砂；第⑥層為粉土；第⑦層為粉砂。

擬建工程場地土為中軟場地土，場地類別為Ⅲ類；可不考慮地基土的濕陷性及鹽脹性、溶陷性。場地土凍脹等級為Ⅰ～Ⅲ級，凍脹類別為不凍脹-凍脹，該區為季節性凍土區，標準凍深為0.60m，最大凍深為1.00m。

廠區新建一座辦公樓：鋼筋混凝土框架結構，二層平屋面，建筑使用年限為50年，火災危險性分類為戊類，耐火等級為二級，一層層高3.9m，二層層高3.6m，室內外高差0.6m。

2 SATWE中樓面活荷載折減系數定義

本工程一層平面布置圖見下圖1。作用在樓面上的活荷載，不可能以標準值的大小同時布滿在所有樓面上，因此設計樓面梁時，還要考慮實際荷載沿樓面分布的變異情況，允許樓面活荷載標準值乘以折減系數。本工程根據《建筑結構荷載規范》5.1.2規定，設計樓面梁時，民用建筑類別為辦公樓，當樓面梁從屬面積超過25m2，樓面活荷載標準值的折減系數為0.9。為了避免活荷載在PMCAD和SATWE中出現重復折減的情況，建議用戶當使用SATWE進行結構計算時，不要在PMCAD中進行活荷載折減，而是統一在SATWE中進行梁、墻和基礎設計時的活載折減。例如本工程可以在SATWE分析與設計參數補充定義菜單下的活荷信息中，勾選第二選項，從屬面積超過25m2，折減0.9。根據樓面荷載導荷方式圖3可知，C軸與D軸之間框架梁，從屬面積為27.38m2，活載應折減0.9。這里一定要注意荷載從屬面積定義，它是指所計算構件負荷的樓面面積，它應由樓板的剪力零線劃分，在實際應用中可作適當簡化。即向梁兩側各延伸1/2梁間距范圍內的實際樓面面積。同一梁，不同跨度上從屬面積不一樣，其折減系數也不同?？梢栽诤竺鍿ATWE子菜單中活荷載折減系數補充定義構件級活載折減系數，從而使定義更加方便靈活。同時可以使用“活荷載折減系數補充定義”這個菜單檢查大空間樓面計算配筋偏大，是否與活載沒有折減有關。

3 結束語

使用活荷載折減系數時，注意以下幾點：（1）充分理解《荷規》5.1.2第1項和第2項，規范對于樓面梁和墻、柱和基礎折減系數取值方法不同，在使用SATWE程序計算時，要注意參數設置，避免造成計算結果失真。（2）對于梁的荷載從屬面積大結構，注意按照民用建筑類別來選擇折減系數。一根梁上，根據每跨梁的從屬面積不同，折減系數也不同，可以在折減系數補充定義上查看與修改，保證程序計算準確性。（3）現在結構計算程序，多數不具備活荷載分類功能，無法區分《荷載規范》表中5.1.1中第1（1）項與第1（2）～12項，不可能真正按照《荷載規范》實現對于不同活荷載的折減，需要設計人員自己判斷，在SATWE中選出與實際工程情況符合的折減系數。（4）樓面活荷載折減只是針對樓面層，對于屋面層并不折減。設計樓面梁時折減系數只是影響梁，而不應該影響與其相連的豎向構件柱、墻或基礎。

參考文獻

篇7

高層建筑；嵌固部位；大底盤地下室；多塔樓結構

對于高層建筑結構設計而言，嵌固部位的選取是一個極其重要的環節，關系到整個結構方案的合理性，影響到所有后續結構設計工作，有時候甚至造成全面返工。但是，各類現行國家規范以及地方標準對于結構嵌固端的規定不盡相同，有的更是只字片語，模棱兩可。因此，對于結構嵌固部位的選取，工程界一直存在著各種各樣的爭論。眾多工程設計人員一般只能按照單位總工或是社會上一些專家學者的個人見解進行設計。嵌固部位選取得不好，有時候會影響到結構安全性，存在安全隱患，不能通過圖紙審查；有時候會影響到結構經濟性，造成浪費，不能使業主滿意。本文介紹了蘇州某高層住宅小區的實際設計思路過程，并從不同角度簡要分析了將結構嵌固部位選取在地下室頂面和基礎頂面時的兩種方案的優點和缺點；同時針對越來越常見的大底盤地下室多塔樓結構形式，介紹了相關的實用設計方法及注意點。

1工程概況

蘇州某住宅項目共包括4幢高層（50#、51#、52#、53#），各分區位置如圖1所示。各樓均為地上27層，地下1層，主體高度78.6m，標準層高2.9m。普通地下室與人防地下室之間采用聯通走道相連，其余部位均不設縫；50#樓與普通地下室脫開，二者采用聯通走道相連；51#、52#、53#樓與人防地下室連為整體，形成大底盤地下室多塔樓結構（該名詞用以區別于常規的大底盤多塔樓結構，即未設縫分開的裙樓上部具有多塔樓的結構形式）。50#、51#和53#樓由于超長，均在地下室頂板以上設伸縮縫斷開。伸縮縫需滿足抗震縫要求，根據蘇州當地抗震審查相關要求，經計算縫寬取為230mm，各單塔樓長寬比為2.6，高寬比為5.6。蘇州市抗震設防烈度為6度（第一組），設計基本地震加速度值為0.05g。擬建建筑場地類別為III類，各樓均按插入法確定場地設計特征周期，根據巖土工程勘察報告（詳細勘察）取值為0.53s，屬建筑抗震一般地段。本工程建筑抗震設防類別為標準設防類，結構體系采用剪力墻結構。

2結構嵌固部位選取

2.150#樓方案設計50#樓本身的地下室連為整體，不設伸縮縫；上部結構在地下室頂板以上設縫斷開，左右鏡像對稱。結構剖面示意詳見圖2所示。

2.1.1方案比選50#樓的結構形式較為常見，該樓的結構嵌固部位可以選取在地下室頂板處或基礎頂面處，兩種方案各有優缺點。方案一：將結構嵌固部位選取在地下室頂板處。優點是可將上部左右兩個結構單元單獨建模，以便簡化計算；缺點是首先需要按照文獻[1]第6.1.14條驗算側向剛度比，若需滿足2倍的剛度比要求，則需要在地下室內增設較多剪力墻或增加剪力墻的截面厚度及混凝土強度等級。方案二：將結構嵌固部位下移至基礎頂面處。優點是無需照文獻[1]第6.1.14條驗算側向剛度比，即無需增設較多剪力墻或增加剪力墻的截面厚度及混凝土強度等級，相對于方案一比較經濟；缺點是需要進行包絡設計，增加了計算及構造的復雜性。如果采取方案一，即使滿足了側向剛度比要求，在進行地下室和基礎設計時，審圖中心往往還是會要求設計人員進行整體建模計算，設計還是沒有像預期的那樣簡便；如果選擇方案二，由于該樓僅為雙塔，規模不大，完全可以進行整體建模計算，所增加的無非是包絡設計。以前該包絡過程需要手工復核，現在的軟件已經增加此功能，大大節省了時間，加快了設計進度，且該方案由于其明顯的經濟效益，更加易于被建設單位接受。因此本工程選擇了方案二，將結構嵌固部位選取在基礎頂面處。

2.1.2設計方法由于地下室周圍回填土的約束作用，地下室頂板處對上部結構的嵌固作用是客觀存在的。因此無論地下室頂板是否作為上部結構的嵌固部位，結構設計中均應該考慮地下室頂板處實際存在的嵌固作用，采取相應的加強措施。根據參考文獻[2]的建議，本工程將結構嵌固部位按地下室頂板和基礎頂面計算兩次，取不利值設計，并對地下室頂板按嵌固端的構造要求進行加強。

2.251#～53#樓方案設計51#～53#樓的地下室與人防地下室連為整體，不設伸縮縫；51#、53#樓上部結構在地下室頂板以上設縫斷開，左右鏡像對稱。由于建筑功能要求，室外地面通常需要1.2～1.5m厚的覆土，因此主塔樓范圍以外的地下室頂板面需要降至標高－1.500～－1.800；而主塔樓范圍以內的地下室頂板面往往在標高－0.030處，二者高差較多，形成錯層。

2.2.1方案比選51#～53#樓的結構形式近年來較多出現，其嵌固部位的選取大有講究，筆者近年來接觸的幾個項目均按照具體情況采取了不同的處理方式：有的采用了增設夾層的方法，將結構嵌固部位選取在夾層底板處；有的通過降低主塔樓范圍以內的地下室頂板面標高，依然將結構嵌固部位選取在地下室頂板處。通過上述處理方式，有效避免了包絡設計的麻煩。本工程規模較小，上部結構僅有五個塔樓，完全可以進行包絡設計。因此，筆者按照50#樓的設計思路，將該工程的嵌固部位選擇在了基礎頂面處，從而形成了大底盤地下室多塔樓結構。但是與50#樓不同的是，根據2012年江蘇省建設工程施工圖審查技術問答要求，需滿足文獻[3]第10.6節多塔樓結構設計的有關規定，該節規定僅第10.6.3條第1款需要特別注意一下，其它各條規定要滿足并非難事。該款內容為：各塔樓的層數、平面和剛度宜接近；塔樓對底盤宜對稱布置；上部塔樓結構的綜合質心與底盤結構質心的距離不宜大于底盤相應邊長的20%。

2.2.2設計要點本工程各塔樓的層數、平面和剛度均接近；塔樓對底盤對稱布置，因此只需驗算上部塔樓結構的綜合質心與底盤結構質心的距離是否滿足規范規定即可。上部塔樓結構的綜合質心坐標可按式（1）、（2）計算。另外，大底盤形狀不規則時，其邊長應按一定規則進行等效。對于一些復雜平面，其邊長可按計算軟件輸出的等效尺寸取。筆者對該大底盤的邊長進行了各個方向的等效，其結果均滿足規范要求。雖然本工程已將嵌固部位選擇在基礎頂面處，但是根據蘇州當地抗震審查相關要求，應將主塔樓范圍以內的地下室頂板面標高與主塔樓范圍以外的地下室頂板面標高控制在1m范圍內，筆者將主塔樓范圍以內的地下室頂板降低至標高-0.700處，二者高差為900mm，滿足該要求。主塔樓范圍內降板后可采用輕質混凝土回填。結構剖面示意圖詳見圖4所示。措施，以有效傳遞水平力。同時加強地下室頂板構造，按嵌固端構造設計（板厚180mm，雙層雙向配筋率0.25%）。

3結語

關于結構嵌固部位的選取，很多結構工程師，包括一些施工圖審查人員，對于設計規范的理解和計算軟件的應用等問題，都經歷了一個由抽象到具體、從模糊到清晰的過程。通過本文分析，可以得到如下結論。1）將結構嵌固部位選取在地下室頂板處時，為滿足規范側向剛度比要求需在地下室內增設較多剪力墻或增加剪力墻的截面厚度，既不經濟又影響建筑使用，但是計算相對比較簡單，在工程項目復雜時應優先選用。2）將結構嵌固部位下移至基礎頂面處，比較經濟，但是需要進行單塔和整體包絡設計，并且還需將結構嵌固部位按地下室頂板和基礎頂面計算兩次，取不利值設計，并應對地下室頂板按嵌固端的構造要求進行加強。3）將嵌固部位選擇在基礎頂面處，形成大底盤地下室多塔樓結構時，需按規范要求驗算上部塔樓結構的綜合質心與底盤結構質心的距離。4）將嵌固部位選擇在基礎頂面處時，需注意控制主塔樓范圍內外的地下室頂板面高差（該高差值應符合地方審查規定），且應在錯層處采取加腋等有效措施傳遞水平力。本工程已通過當地抗震審查和施工圖審查，類似工程如需采用本法應提前與該地區的審圖部門及專家們溝通。

參考文獻

[1]中國地震局工程力學研究所，中國建筑設計研究院，中國建筑標準設計研究院，等.GB50011－2010建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

篇8

剪力墻是鋼筋混凝土多高層建筑中不可缺少的基本構件，由于它是截面高度達而厚度相對很小的“片”狀構件，雖然它有承載力大和平面內剛度大等優點，但也具有剪切變形相對較大、平面外較薄弱的不利性能；此外開洞后的剪力墻形式變化多，受力狀況比較復雜，因而了解剪力墻的特性，發揮其所長，克服其所短，是正確設計剪力墻的關鍵。

1、剪力墻的合理布置

剪力墻結構應雙向布置，抗震設計時雙方向的抗側剛度宜接近，避免懸殊。衡量雙方向抗側剛度是否接近可檢查電算結果中兩個方向的第一振型的周期和樓層層間最大位移與層高之比u/h是否接近。

在框架結構中適當的布置剪力墻可彌補框架抗側剛度不足，扭轉剛度不足的缺點。算例1中，有一10層的框剪結構，由于業主的要求往往要求設置砼電梯筒，砼筒體偏置導致結構第一周期為扭轉，這時只需在合適的地方布置剪力墻就能實現結構扭轉剛度的增大。以下用四種方式布剪力墻來說明這一點。前兩種為縱向布墻見圖1.1，發現Y向剛度調整過度，扭轉仍為第一周期。后兩種為橫向布墻見圖1.2，剛心與質心的坐標已較為接近，第一周期為平動。具體模型結果參數比較詳見表1.1圖1.3，框架及框剪結構中，由于剪力墻的數量較少，通過改變剪力墻的數量可使結構剛心的位置產生明顯的變化，但是在剪力墻結構中，墻體的數量已經很多，增加或減少墻體已經很困難了，則可以通過改變墻體的厚度或開洞的大小來實現剛心位置和質心位置的盡量靠近。

因建筑功能要求剪力墻偏置的結構，應通過剪力墻墻厚的變化、洞口的設置等措施，確保結構剛度中心與質量中心基本重合，以減小結構的扭轉。在另一方向遠離樓層剛心處設置足夠數量的剪力墻，也可有效的限制一方向抗側力構件偏置引起的結構扭轉。

α——整體性系數；I——剪力墻對組合截面形心的慣性矩； ——扣除墻肢慣性矩后的剪力墻慣性矩； ——第j列連梁的折算慣性矩； ——第j列連梁的截面慣性矩。 ——梁截面形狀系數，矩形截面時 =1.2； ——第j墻肢的慣性矩；m——洞口列數；h——層高； ——第j列洞口兩側墻肢形心間距離；H——剪力墻總高度； ——第j列洞口連梁計算跨度，取洞口寬度加連梁高度的一半； ——系數，

當3～4個墻肢時取0.8；5～7個墻肢時取0.85；8個以上墻肢時取0.9。彈性階段，剪力墻的性能與整體系數α有關。整體系數為連梁剛度與墻肢剛度的比值。彈性分析表明：連梁剛度小、α≤1時，連梁對墻肢的約束彎矩很小，可以忽略連梁對墻肢的約束，把連梁看成是鉸接連桿，只傳遞水平力，墻肢各自承擔水平力，剪力墻的剛度、承載力為各墻肢剛度、承載力之和；連梁剛度大、α≥10時，連梁對墻肢的約束大，在水平力作用下，剪力墻的截面應力分布接近直線，剪力墻接近整體墻，剪力墻的剛度，承載力大；1≤α≤10時，為聯肢剪力墻，工程中的剪力墻大部分為聯肢剪力墻；剪力墻洞口加寬，墻肢截面長度減小，而連梁與墻肢的剛度比增大，α>>10時，剪力墻逐步變化為框架兩端與剪力墻在平面內相連的梁為連梁。如果連梁以水平荷載作用下產生的彎矩和剪力為主，豎向荷載下的彎矩對連梁的影響不大（兩端彎矩仍然反號），那么該連梁對剪切變形十分敏感，容易出現剪切裂縫，則應按規范有關連梁設計的規定進行設計，一般是跨度較小的連梁；反之，則宜按框架梁進行設計，其抗震等級與所連接的剪力墻的抗震等級相同。

對于剪力墻連梁應根據連梁的強弱采用不同的計算模型，當為較強連梁（連梁的凈跨度ln與連梁截面高度h的比值ln/h5）時采用梁元模型計算。這樣更接近于真實情況。

高層建筑結構在水平力作用下幾乎都會產生扭轉，最大的位移角一般在結構單元的盡端處，所以提高結構本身的抗扭剛度，對滿足規范對位移角的限值有重大的意義。加大剛度的措施有：盡量在邊緣位置布置剪力墻；將周邊剪力墻加厚或加長；利用窗臺空間將框架梁或弱連梁加高變成強連梁等當梁的一端（或兩端）與剪力墻相連，且梁跨高比小于5的非懸臂梁稱為連梁?？拐鹪O計的連梁由于其跨高比小，剛度大，常作為主要的抗震耗能構件，在地震作用下（有時甚至在多遇地震作用下）連梁產生很大的塑性變形，剛度退化嚴重，而連梁的剛度退化加大了剪力墻的負擔，因此，在結構分析中應適當考慮連梁剛度過早退化的工作特點，加大墻肢的設計內力，對連梁的剛度折減是考慮連梁梁端出現的塑性變形，但不是連梁的失效。

剪力墻結構是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結構，其變形特點是彎曲型變形，目前有些項目采用了大部分由跨高比較大的框架梁聯系的剪力墻形成的結構體系，這樣的結構雖然剪力墻較多，但受力和變形特性接近框架結構，當層數較多時對抗震是不利的，宜避免。

3、實例分析：

某住宅33層，層高2.9米，主要屋面標高95.650，帶一層地下車庫，采用鋼筋混凝土剪力墻結構。平面長約43米，寬約16.65米。建筑功能布置詳見圖3.1，北面中部集中設置了一部樓梯和四個電梯筒，是剪力墻布置比較集中的地方。南面由于設置了陽臺，布置了大量的門連窗，需要剪力墻開大洞，因此形成了許多小墻肢。初算之后，結構的剛心質心偏離較大，結構的第二周期為扭轉。設計總體思路削弱北面的墻，加強南面的墻，加厚東西兩側山墻，盡量使剛心質心靠近。方案一：為避免北面小墻肢C，將墻肢C取消，開大洞口。北面由于墻體比較集中，將A墻肢取消。同時將南面墻厚及東西山墻加厚至300且延伸高度至26層。計算后周期較好，第二周期平動系數0.76，Y向風載位移1/1017，接近規范限值。詳見圖3.2，但筆者認為該方案，多處開大洞，連梁跨高比均大于5，形成框架梁。在地震作用下，連梁失去耗能意義，對抗震不利。方案二：根據“弱化中間，加強周邊”的原則，將AC處墻肢補上，開小洞，減少洞口寬度，形成ln/h

4、結論

剪力墻結構布置原則首先結合建筑功能布局將剪力墻均勻布置于平面，使剛心坐標與質心坐標盡量靠近；其次根據“弱化中間，加強周邊”原則，加強周邊剪力墻，特別是離結構剛心最遠的剪力墻剛度以加大結構的抗扭剛度；然后根據位移等參數對墻體開必要的結構洞口，但是不宜形成過多的框架梁，保證結構的耗能特性。以上原則不分先后，也可同時進行。依據這些原則使結構設計變得有目的性和有規律可循。

參考文獻：

[1]高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2010）Techinical specification for concrete structures of tall building

[2]建筑結構設計問答及分析/朱炳寅編著。—北京：中國建筑工業出版社，2009 questions and analysis of building structure design—beijing： China Architecture & Building Press ，2009.

篇9

前言

全國各地對建筑工程施工圖設計進行了認真審查，特別是對結構設計施工圖審查更為嚴格。工程結構設計施工圖審查的重點是結構安全和強制性標準執行情況。由于目前的工程設計越來越復雜，且設計周期普遍偏短，結構施工圖設計文件中存在某些質量問題，本文通過一些施工圖審查結果的經驗總結，并結合同行的討論，把這些經常出現的問題整理列舉出來，供結構專業設計和審查時參考。

一、結構設計總說明

1、建筑抗震設防分類概念不清

建筑抗震設防類別的劃分是關系到國計民生的政策性很強的技術規定，應嚴格按《建筑工程抗震設防分類標準》(GB50223—2008)的規定執行，設計者應深刻領會“分類標準”的內涵，分析設計任務的性質、規模、特點、對社會影響的大小等因素，合理地進行建筑抗震設防分類。

2、建筑抗震設防分類正確，但結構計算是否需要提高一度判斷有誤

如對定為重點設防類建筑的工程，將其地震作用也提高一度進行抗震計算，就不符合《建筑工程抗震設防分類標準》(GB50223—2008)第3.0.3 條的要求。正確的做法是：對于重點設防類建筑，地震作用應按本地區的抗震設防烈度計算；其抗震措施，當抗震設防烈度為6°～8°時，應按提高一度的要求進行加強。

3、圖紙上只注明抗震設防烈度，而不注明設計基本地震加速度值和設計地震分組。設計基本地震加速度值除決定地震作用計算外，還根據建筑場地類別的情況，決定各類建筑所采取的抗震構造措施。設計地震分組根據建筑場地類別的情況，決定抗震設計的“設計特征周期”。

4. 非結構構件的抗震設計不夠重視

有的工程建筑因為造型需要，在屋面上用磚砌筑較高的女兒墻，僅在墻體內設置鋼筋混凝土構造柱與壓頂梁，也不進行抗風與抗震的驗算，在大風或地震作用下，有倒塌砸人或砸壞屋面板的可能，雖然是非結構構件，但是結構設計未采取可靠措施，將給工程留下安全隱患。屋頂高大女兒墻采用鋼筋砼結構按懸臂結構設計時，作為嵌固端的邊梁未考慮女兒墻傳來的扭矩作用，相鄰的屋面板也未加強，同樣存在安全隱患。

二、結構計算或設計方法

1、結構自振周期未折減

《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ-2010 第4.3.16條規定，計算各振型地震影響系數所采用的結構自振周期應考慮非承重墻體的剛度影響予以折減。此條為強制性條文。但有些設計人員往往忽略了此折減系數，造成違反強制性條文。多、高層建筑結構內力、位移計算分析時，只考慮了主要結構構件（梁、剪力墻、柱、支撐等）的剛度，而沒有考慮非承重構件的結構剛度，因而計算的自振周期較實際的長，按這一周期計算的地震力偏小。因此，《高規》規定應考慮非承重墻體的剛度對結構的影響，對計算的自振周期予以折減。不同結構體系周期折減系數可按《高規》4.3.17條取值。

2、 連梁剛度折減系數取值不合理

抗震設計的連梁由于其跨高比小，剛度大，常作為主要的抗震耗能構件。在地震作用下（有時甚至在多遇地震作用下），連梁兩端的變位差較大，使連梁產生很大的塑性變形，剛度退化嚴重，而連梁剛度的退化加大了剪力墻的負擔，因此，《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ-2010 第5.2.1條條文說明規定，可考慮在不影響承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當開裂（降低連梁剛度）而把內力轉移到剪力墻上。通常，設防烈度低時可少折減一些（6、7度時可取0.7），設防烈度高時可多折減一些（8、9度時可取0.5）。有些設計人員不考慮非抗震區還是抗震區，也不考慮設防烈度高低，為了連梁設計不超筋，不區別對待，均取用小值，如0.5，這樣取值是不合理的。規范條文明確指出，如果連梁的跨高比較大，重力作用效應比水平風或地震作用效應更為明顯時，此時應慎重考慮連梁的剛度折減問題，必要時可不進行連梁剛度折減，以控制正常使用階段梁裂縫的發生和發展。并且新規范進一步明確了僅在計算地震作用效應可對連梁剛度進行折減，對如重力荷載、風荷載作用效應計算不宜考慮連梁剛度折減。

3、樓板計算假定應用范圍不清楚

有些設計人員對“強制剛性樓板假”和“非強制剛性樓板假”的應用范圍不是很清楚，現歸納如下;

1）對整體結構進行規則性判別、結構體系判別等其他整體指標判別時，應采用強制剛性樓板假定。主要計算項目有：層間位移角計算（）、扭轉位移比計算、周期比（）計算、結構底部傾覆力矩比計算、結構的剪重比計算、結構的剛重比計算等。

2）對結構構件進行設計計算時，應采用彈性樓板假定（符合剛性樓板假定的結構除外，程序計算時，取消強制剛性樓板假定的勾選）。主要計算的項目是：梁、板、柱、剪力墻等構件的設計計算。

4、 框架—剪力墻結構中，各層框架總剪力的調整不合理

框架—剪力墻結構在水平地震作用下，框架部分計算所得剪力一般都較小，為保證作為第二道防線的框架具有一定的抗側力能力，需要對框架承擔的剪力予以適當調整，因此，《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ-2010 第8.1.4條規定，抗震設計時，框架—剪力墻結構對應于地震作用標準值的各層框架總剪力應符合下列規定：滿足式（8.1.4） 要求的樓層，其框架總剪力不必調整；不滿足式（8.1.4）要求的樓層，其框架總剪力均按和二者的較小值采用。但有些設計人員不區分結構豎向布置情況，各層框架總剪力均按和二者的較小值調整。在實際工程中，由于建筑立面體型變化多樣，框剪結構在上部收進或沿高度分段收進是常見的現象（例如，主裙樓連成一體的建筑裙樓屋面處），此時框架樓層剪力的調整應按《高規》8.1.4條所規定進行分段調整，不能均按和二者的較小值調整，否則會使上部框架樓層剪力取值過大，甚至達到難以承受的程度。

三、結構構造方面

1. 梁箍筋肢距不滿足要求

梁寬300 mm 的框架梁在梁端加密區內的箍筋肢距往往不滿足《建筑抗震設計規范》(GB50011- 2010) 第6.3.4 條的要求。寬300 mm 的框架梁一般配成雙肢箍，混凝土的環境類別為一類, 采用C30 混凝土, 箍筋直徑Φ10, 則箍筋肢距為260 mm, 當抗震等級為一～三級時，不滿足規范的肢距要求。解決的辦法是在梁端加密區內增設一根拉筋。

2、框架梁通長鋼筋面積不滿足。當框架梁抗震等級為一、二級，且梁支座配筋較大時，梁通長鋼筋面積常不滿足要求， 這是因為忽視了《高規》JGJ 3- 2010 第6.3.3條的規定。

3、短柱箍筋未全高加密。有時忽視了由于樓梯平臺梁支承在框架柱上或雨篷梁支承在框架柱上， 使相鄰的框架柱形成短柱， 該柱應沿柱全高加密箍筋。

4、 梁下部鋼筋間距不足

當梁下部配筋較大（如大跨度梁、轉換梁等）時，下部鋼筋層數大于2層時，2層以上鋼筋水平方向的中距不滿足比下面2層的中距增大一倍的要求，這是忽視了《混凝土結構設計規范》GB 50010-2010第9.2.1條規定

結束語

以上只是結構設計中常見問題的一部分，出現該問題主要是設計人員一方面對新規范不熟悉、不完全理解所致；另一方面是由于計算機程序現在運用越來越普遍，很多人不重視中間計算和手算過程，只重視程序計算結果。

設計質量是安全的保證，任何質量問題都可能危及到建筑、人身的安全，甚至造成國家或個人財產的損失，因此設計人員一定要把確保設計質量放在工作的首位，杜絕因設計質量而引發工程事故。

參考文獻

[1] 李國勝 混凝土結構設計禁忌及實例（第二版）中國建筑工業出版社/ 2012-08-01

篇10

《建筑結構荷載規范》5.1.2作為強制性條文，明確規定設計樓面梁、墻、柱及基礎時的樓面均布活荷載的折減系數，作為設計必須遵守的最低標準。作用在樓面上的活荷載，不可能以標準值的大小同時布滿在所有的樓面上，因此設計梁、柱、墻和基礎時，還有考慮實際荷載沿樓面分布的變異情況，也即在確定梁、墻、柱和基礎的荷載標準值時，允許按樓面活荷載標準值乘以折減系數。

折減系數的確定實際上比較復雜，采用簡化的概率統計模型來解決這個問題還不夠成熟。規范通過從屬面積來考慮荷載折減系數。對于支撐單向板的梁，其從屬面積為梁兩側各延伸二分之一的梁間距范圍內的面積；對于支撐雙向板的梁，其從屬面積由板面的剪力零線圍成。對于支撐梁的柱，其從屬面積為所支撐梁的從屬面積的總和；對于多層房屋，柱的從屬面積為其上部所有柱從屬面積的總和。

2 SATWE中如何進行柱、墻活荷載折p設置

用PMCAD擬建一辦公樓，共五層，各層平面布置圖相同，見下圖1。根據《建筑結構荷載規范》5.1.2第2項規定，設計墻、柱和基礎時，房屋類別為規范表5.1.1第1（1）項時，活荷載按樓層折減系數見圖5。這里考慮的是在多層或高層建筑中，上、下樓層同時達到活荷載設計值的可能性，也就是活荷載同時出現的概率的大小問題，一般情況下，樓層數量越多，各層活荷載同時出現的可能性就越小。從規范表5.1.2可以看出，計算截面以上的樓層數越多，相應的折減系數的數值就越小。查找系數注意是指墻、柱計算截面以上的樓層數，屋面層不計入在內。在SATWE分析與設計參數補充定義菜單下的活荷信息中，勾選墻、柱設計時勾選“折減”選項，折減系數定義正確與否，可以在后面SATWE子菜單中活荷載折減系數補充定義中查看。例如此辦公樓，一層柱計算截面以上樓層數為4，按照5.1.2表，折減系數為0.70，見圖2。二、三層柱計算截面以上樓層數為3，2，折減系數為0.85，見圖3。而四層柱計算截面以上樓層數為1，折減系數取1.00，見圖4。五層柱計算截面以上是屋面層，不參與折減。設計時一定要注意房屋類別，如果是表5.1.1中第1（2）～7項應采用與其樓板梁相同的折減系數。特別需要注意的是SATWE對于柱、墻的活荷載折減，只是在混凝土構件配筋、鋼構件驗算考慮，標準內力文件沒有考慮。

3 如何在構件計算結果中查看折減系數

在SATWE分析與設計參數補充定義中定義墻、柱活荷載折減系數，最后在哪里查看此參數定義是否參與構件計算中呢？各荷載工況下構件標準內力簡圖是不考慮折減系數的，是否設置折減系數，其內力簡圖是一樣的。我們可以點擊“混凝土構件配筋及鋼構件驗算簡圖”進入界面，在構件信息中點擊柱信息，打開TXT文本，可以看到某個柱構件設計信息，在構件驗算設計信息中RLIVEC就是此柱的折減系數。

折減系數會影響計算軸壓比的控制軸力，還有柱縱筋與箍筋的配置。

4 結束語

使用柱、墻活荷載折減系數時，注意以下幾點：（1）使用折減系數一定要注意房屋類別，程序不具備判斷功能，需要設計人員人為判斷，在SATWE中選出與實際工程情況符合的折減系數。（2）注意按樓層折減，墻、柱計算截面以上的層數，是指樓面層，不包括屋面層。（3）對于底盤、裙房部分的柱、墻截面都直接按照最高的樓層數取用折減系數是不合理的，可能造成對活荷載的折減過多。對于各層的柱、墻和基礎應該按照它上方實際的樓層數來確定活荷載的折減系數，對各層平面上的每根構件應該分別取值。為此SATWE提供“活荷載折減系數補充定義”菜單，可以對每一層的每個柱，單獨定義下折減系數。方便用戶靈活設置參數。

篇11

Keywords： Engineer； Structural principle； Conceptual design

1.關于梁扭矩的折減系數

高規5.2.4條高層建筑結構樓面梁受扭計算時應考慮現澆樓板對梁的約束作用（有時候還有次梁的約束）。當計算中未考慮現澆樓蓋對梁扭轉的約束作用時，對梁的計算扭矩予以折減。折減系數的取值應根據梁周圍樓改的約束情況確定。常規設計中梁兩側都有現澆樓板時，可取0.4，當為獨立梁（兩側均無樓板）時，應取1.0計算。設計中有時候恰恰就容易忽略獨立梁的情況，對結構所有的梁扭矩統一進行了0.4的折減。需要特別注意：梁扭矩折減系數和彎矩折減調幅系數不同，程序對扭矩折減后一般都沒有進行節點扭矩和彎矩的平衡驗算，也就是說，被折減下來的扭矩實際上就缺失了（如果確實周邊沒有樓板的約束），這樣的話對獨立梁來說就存在風險。必須采取措施，一是調整結構布置，避免這種情況，二是取扭矩折減系數為1.0，不考慮扭矩折減進行復核驗算，并包絡設計。

2.對框架梁跨高比的認識

規范對框架梁的截面剪應力及截面尺寸及跨高比都有所規定，但總感覺還不是很透徹。實際上與長短柱混雜的概念一樣（一般設計上對短柱都有充分的認識）。長、短梁在同一榀框架中并存，也是極為不利的，短跨梁在水平力的作用下，剪力很大，梁端正、負彎矩也很大，其配筋全部由水平力控制，豎向荷載基本上不起作用。同時，由于梁的剪力增大，也會使支撐柱的軸力大幅增大，這顯然不符合協同工作原則，結構造價也會提高。在一些公寓樓、辦公樓、教學樓中容易出現這樣在同一榀框架中出現長短梁的情況，需要引起足夠的重視。

3.強柱弱梁的實現

強柱弱梁概念作為抗震設計中的一個重要概念，實現框架抗震性能實現的重要措施。在結構設計中是必須要重視的，并要保證他的順利實現。汶川地震表明：強柱弱梁是框架實現梁鉸機制的重要結構措施。高規6.2.1條明確規定：抗震設計時，除頂層、柱軸壓比小于0.15者及框支柱節點（框支梁與框支柱的節點一般難以實現強柱弱梁，故可不驗算，而通過規定相應的抗震措施得以保證）外，框架的梁、柱節點處考慮地震作用M合的柱端彎矩設計值應符合下列要求：

（1）一級框架結構及9度時的框架：

ΣMc=1.2ΣMbua

（2）其他情況：

ΣMc=ηcΣMb

《抗規》6.2.2條及《混凝土規范》（第11.4.1條）均有類似規定。

梁端的正彎矩與其相鄰跨的梁端負彎矩組成強柱弱梁驗算中的梁端總彎矩，同樣梁端（梁端的頂部和底部）實配鋼筋直接影響梁端的實際受彎承載力，對強柱弱梁的實現意義重大。而設計中不合理的構造往往會影響強柱弱梁的實現，甚至與帶來災難。如不合理的構件裂縫寬度驗算加大了梁端實際配筋，驗算梁端截面的裂縫寬度時，內力取值與實際截面位置不統一（內力取自柱截面范圍內的梁計算端部，不是真正的梁端，應取柱邊緣處梁的真實截面），這種內力與計算截面的不一致，導致梁端計算彎矩過大，梁端裂縫寬度計算值大于實際值。同時，加大梁端配筋，對強柱弱梁的實現極為不利。二是人為的對梁端鋼筋的超配，加大了梁端實際受彎承載力與計算受彎承載力的差距，亦使強柱弱梁的實現困難。鑒于柱鋼筋在整個結構造價中的比重比較低，為保證強柱弱梁的順利實現，建議對柱子配筋做1.1～1.25的放大。而嚴格控制梁端的實配鋼筋，對梁端鋼筋不宜進行超配，甚至可以適當考慮現澆樓板中的鋼筋對框架梁端部實際的正截面抗震受彎承載力的影響。

4.對角柱要有足夠的重視

多高層結構設計的主要目的是為了抵抗水平力的作用，防止扭轉。為有效的抵抗水平力作用，平面上兩個正交方向的尺寸宜盡量接近，目的是保證這兩個方向上的“慣性矩”相等，防止一個方向強度（剛度）儲備太大，而另一個方向偏弱。因此，抗側力結構（墻、柱）宜四周布置，以增大整體的抗側剛度及抗扭剛度。防止扭轉的目的是因為在扭轉發生時，各柱節點水平位移不等，距扭矩中心較遠的角柱剪力很大，而中柱的剪力較小。破壞由外向里，先外后里。為了防止扭轉，抗側力結構應對稱布置，宜設在結構的兩端，緊靠四周設置，以增大抗扭慣性矩。因此高層建筑中，盡管角柱軸壓比較小，但其在抗扭過程中作用卻很大（弱角柱先壞，整個結構的扭轉剛度或強度下降，中柱必定依次破壞）。此外在水平力作用下，角柱軸力的變化幅度也會很大，這樣勢必要求角柱有較大的變形能力，足夠的強度儲備。像《高規》6.2.4條，抗震設計框架角柱應按雙向偏心受力構件進行正截面承載力驗算，一、二、三、四級框架角柱彎矩、剪力設計值應乘以不小于1.1的增大系數。以及6.4.4條邊柱、角柱以及剪力墻端柱考慮地震作用組合產生小偏心受拉時，柱內縱筋總截面面積應比計算值增加25%，可見角柱的重要性。因此，角柱設計時在承載力和變形能力上都應有較多考慮，如加大箍筋、縱筋，包括截面尺寸，以控制軸壓比限制，保證柱子的變形能力。

5.如何把握剪力墻結構的適宜剛度

在剪力墻結構中，一般結構側向剛度較大，而延性較差，有條件可以通過調整剪力墻的連梁剛度，并通過連梁的變形耗能，改善剪力墻結構的延性。但正如《高規》7.1.1條的條文說明敘述：本規程所指的剪力墻結構是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結構，其變形特點為彎曲型變形，目前有些項目采用了大部分由跨高比較大的框架梁聯系的剪力墻形成的結構體系，這樣的結構雖然剪力墻較多，但受力和變形特性接近框架結構，當層數較多時對抗震是不利的，宜避免?？梢娺B梁的剛度也不是越小越好，過小的連梁剛度，減弱了連梁的耗能能力，使剪力墻結構成為全部為獨立墻肢加弱連梁的壁式框架結構，對抗震不利。因此，度的拿捏很重要。

6.框架-剪力墻結構的基礎設計

在框架-剪力墻結構中，剪力墻作為第一道防線吸收了很大部分的地震作用，同時當剪力墻布置相對集中時，考慮地震作用組合的基礎面積較大，而框架柱下的則基礎面積較小。這樣會帶來兩個問題，一是剪力墻下基礎面積過大，基礎設計很困難；二是在正常使用條件下框架柱與剪力墻基礎的差異沉降較大，影響結構的安全及正常使用?？蚣?核心筒、板柱-剪力墻等結構體系都有類似問題。因此當按地震作用標準組合效應確定基礎面積或樁數量時，必須對改問題有足夠的重視，可以充分考慮剪力墻下基礎的各種有利因素，如樁同作用等，以適當減少剪力墻下的基礎面積，并使剪力墻下基礎面積與正常使用狀態下需要的面積相差不要太多。

結語：

在一w化計算機結構程序設計全面應用的今天，對計算機的依賴越來越嚴重，甚至與計算機結果明細的不合理，甚至錯誤而不能及時發現。尤其是現行的結構設計理論與計算理論存在許多的缺陷或不可計算性，比如對混凝土結構設計，內力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態設計方法，這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態差之甚遠，為了彌補這類計算理論的缺陷，都需要優秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。為此，結構工程師只有加強結構概念的培養，不斷的學習，深入、深刻的了解給類結構的性能，不斷豐富自己的結構概念，并能有意識的運用他們，方能使設計成果越來越創新、完善。

參考文獻

[1] 高程建筑混凝土結構技術規程，JGJ 3-2010

[2] 建筑抗震設計規程，GB 50011-2010

[3] 朱炳寅.建筑結構設計問答及分析.第二版.

篇12

框架結構的設計計算中，通常的做法是不考慮填充墻的抗側力作用，在PKPM建模時只建純框架不建入填充墻，只將墻體重量用線荷載的形式加載到框架梁上，在抗震計算時，根據填充墻的數量，對框架結構的自振周期進行適當折減，以此放大計算得到的地震作用，這是目前普遍采用的計算處理方法。實際上這是純框架的計算方法。但是，這種周期折減系數的做法是對填充墻作用的大致估計，不能真實反映填充墻不均勻布置下結構剛度的變化。有關試驗研究表明，當結構發生較大水平位移時，即使采用輕質砌塊填充墻，帶填充墻的框架結構的剛度也比純框架結構的剛度大數倍。因此在遭遇地震，尤其是強震時，如果不考慮填充墻的剛度影響，會造成結構實際受到的地震作用大于計算值，這對結構來說是不安全的。

二.填充墻在豎向不均勻布置對框架結構的不利影響

（1）上下樓層墻體數量相差過大，導致下柔上剛，相鄰層側向剛度急劇變化，形成薄弱層，在地震作用下，底層的彈性位移遠大于上層，且結構傾覆力矩幾乎全由底層承擔。（附圖1）

（2）填充墻由于門、窗洞口的要求，在柱高范圍內不完全布置，使柱獨立部分長度縮短形成短柱，造成在地震作用下形成脆性彎壓和剪壓破壞。（附圖2）

實例一：新疆沙雅縣某小學食宿樓，抗震設防烈度為7度，建筑場地類別為Ⅲ類，一層層高4.2米，二～三層層高3.6米， X方向9跨共65.8米，Y方向2跨共16.8米，一層為餐廳，二、三層為學生宿舍，首層平面布置如附圖3。現將本工程采用兩種計算模型對比分析。

模型一：所有填充墻均以線荷載的形式加載到框架梁上。

模型二：所有填充墻均以實墻形式加載到框架梁上。墻體材料為混凝土砌塊，砌體容重取12KN/。

部分數據對比如下：

參數名稱 樓層號 模型編號 備注

模型一 模型二

X Y X Y

最大層間位移角 3 1/1780 1/1519 1/9999 1/9999 《抗規》5.5.1

2 1/1021 1/870 1/9999 1/7756

1 1/1194 1/966 1/8665 1/4327

最大層間位移與平均層間位移比 3 1.02 1.22 1.03 1.20 《高規》3.4.5

2 1.03 1.19 1.02 1.20

1 1.03 1.19 1.02 1.20

本層與上一層側移剛度70%或上三層平均側移剛度80%的比 3 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 （根據《高規》3.5.2）規定，此值不應小于1，若小于1則為薄弱層

2 1.5745 1.5109 1.4504 1.6895

1 1.4158 1.4357 0.7247 0.7248

地震作用下樓層剪力 3 1236.17 1258.59 1504.99 1519.79

2 2320.77 2370.22 2650.44 2646.15

1 3515.55 3076.11 3515.45 3492.11

周期比 （Tt/T1） 0.87 0.78 《高規》3.4.5

通過以上數據對比可知：1.模型二的周期比及最大層間位移角減小，說明填充墻的存在使整個結構的抗側移剛度增大；2.由第二層由于填充墻布置較多，其剛度比首層明顯增大很多，這使得結構豎向剛度出現突變，填充墻較少的首層成為了薄弱層。

附圖3：

三. 填充墻在平面內不均勻布置對框架結構的不利影響

建筑結構的概念設計告訴我們，結構的平面布置宜盡量均勻對稱。實際的設計過程中，我們往往可以做到主體結構的梁柱布置對稱，卻忽視了填充墻平面布置的對稱性，有時又因為甲方在后期使用過程中的盲目改造導致填充墻的嚴重不均勻布置。這就造成了結構平面剛度不均勻，平面剛心和質心不重合，引起在地震作用下結構的扭轉破壞。

實例二：新疆巴里坤縣某賓館，抗震設防烈度為8度，建筑場地類別為Ⅱ類，地上四層，層高均為3.6米，計算嵌固端為基礎頂， X方向5跨共39米，Y方向2跨共14米。應甲方要求，前后做了兩種方案。方案一：一～三層均為客房，四層右側兩跨為大會議室。方案二：將一～二層左半側改為餐廳?，F將兩種方案的計算模型對比分析。所有填充墻均以線荷載的形式加載到框架梁上；方案二所有填充墻均以實墻形式加載到框架梁上。墻體材料為混凝土砌塊，砌體容重取12KN/。

部分數據對比如下：

參數名稱 樓層號 方案編號 備注

方案一 方案二

X Y X Y

最大層間位移角 4 1/1118 1/1114 1/8987 1/5111 《抗規》5.5.1

3 1/779 1/726 1/5976 1/3488

2 1/661 1/629 1/3890 1/1820

1 1/856 1/863 1/3687 1/1901

最大層間位移與平均層間位移比 4 1.06 1.13 1.05 1.06 《高規》3.4.5

3 1.07 1.21 1.12 1.17

2 1.07 1.19 1.03 1.35

1 1.06 1.15 1.04 1.35

地震作用下樓層剪力 4 1472.68 1481.50 1882.18 1829.75

3 2583.99 2616.42 3289.69 3135.52

2 3398.97 3441.76 4307.38 4058.93

1 3839.66 3878.59 4900.33 4579.02

通過以上數據對比可知：方案一的模型因填充墻布置左右比較對稱，質心剛心偏移較小，沒有發生較大扭轉，層間位移變化較?。环桨付Ｐ陀嬎銛祿凶畲髮娱g位移與平均層間位移比在y方向從上到下增大很多，這是由于填充墻布置不均勻導致各層質心剛心偏移較大，結構發生扭轉。

四.結論及建議

通過以上分析可以看出填充墻無論是在豎向還是平面內的不均勻布置都對結構產生了很不利的影響。對于底部放空這類“頭重腳輕”的填充墻豎向不均勻布置的情況，必須慎重處理結構計算模型，考慮填充墻對結構剛度的影響，避免薄弱層及短柱的出現，可采取以下辦法：（1）加大底層側向剛度，增強柱子延性，柱箍筋全高加密；（2）盡量減少上部填充墻數量及重量。（3）SATWE軟件框架結構計算中不能根據剪切剛度自動定義薄弱層，對于豎向填充墻數量相差非常大的情況，可根據對計算結果的分析人為指定薄弱層。對于填充墻平面內不均勻布置的情況，可從以下方面考慮：（1）在設計初期應該與建筑專業密切配合，合理調整房間布置，盡量使填充墻布置左右、上下對稱均勻。（2）嚴格控制框架結構后期使用過程中的不合理改、擴建，避免填充墻的數量及位置變化過大。

參考文獻：

[1] 陳雨蒙，彭偉.填充墻在框架結構抗震性能方面的影響研究[J].四川建筑，2009.29：189-191.

[2] 朱丙寅.框架結構用砌體墻不均勻填充時帶來的問題[J].建筑結構，2006. B03：31-33.

[3] 王春武.填充墻框架結構的抗震分析[J].工業建筑，2007.37（2）：14-16.

[4] 陳岱林，趙兵，劉民易.PKPM結構CAD軟件問題解惑及工程應用實例解析[M].北京：中國建筑工業出版社，2008：25-27.

篇13

本文只介紹主塔樓結構設計，由于裙房與主塔樓在0.00m以上采用伸縮縫分開，故主塔樓上部結構采取單獨的計算模型進行分析，以下為主樓底層結構平面圖和三維計算模型示意圖。

1. 主體結構選型

本工程核心筒呈圓形，其高寬比為6.9，主外框柱繞其環形布置，整體結構基本均勻對稱。中央核心筒內徑14.1m，主外框柱距核心筒壁約9.2m。采用現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構形式，核心筒結合建筑中央樓電梯間布置貫通落地，于樓梯、電梯分隔處布置內隔剪力墻，這樣既有利于建筑防火分隔要求，又提高了建筑平面使用系數，且易于發揮核心筒承重、抗側力的核心作用。外框柱距也較好地滿足建筑對景觀視野的要求，保證靈活的室內使用空間，提高建筑使用質量。

在這里先說明一下框架-核心筒的定義，《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（以下簡稱《抗規》）表6.1.1注2：“框架-核心筒結構指周邊稀柱框架與核心筒組成的結構”，即筒體-稀柱結構。它要求核心筒必須能作為一個獨立的懸臂筒體結構體系，可以承擔絕大部分的剪力（一般可>85%）和大部分的傾覆彎矩(一般可>60%)，同時外框架必須是稀柱框架（柱距一般8~12m），只需承擔很小一部分的剪力和相當部分的傾覆彎矩。根據這個內力分擔特性，核心筒就顯得非常之關鍵，因為一旦發生破壞，后果會比較嚴重，所以框架-核心筒結構的核心筒抗震要求比框剪結構中剪力墻更加嚴格。

而在抗震設計中為了能讓稀柱框架有足夠的承載力潛力起到二道防線的作用，通常要求稀柱框架承擔的地震剪力不宜過小，比如大于15%（超高層也可能放松至5-10%）。這其實也就相當于要求柱截面的面積率不宜過小，因此可以得出一個很重要的概念：稀柱框架并不意味著減小柱的面積和線剛度，而是可以相對減小了梁的線剛度。

我們來看一下本工程底層柱承擔的傾覆彎矩（KN?m）及地震剪力（KN）：

方向 柱傾覆彎矩 墻傾覆彎矩 柱傾覆彎矩百分比

X 171856 1039245 14.19%

Y 180658 972162 15.67%

方向 柱剪力 墻剪力 柱剪力百分比

X 758 13077 5.48%

Y 898 13124 6.4%

可以看出，結構底部核心筒承擔了大部分的地震剪力和傾覆力矩，計算結果符合框架及核心筒的內力分擔要求，是一個合理的結構選型，此時外框柱剪力尚需做進一步內力調整以滿足二道防線的承載力要求。

2．結構的抗側剛度

本工程采用整體現澆結構，屬于剛接筒體-稀柱框架結構體系，樓屋面梁與中央核心筒及周邊稀柱框架的連接為連續性剛接，連接節點不僅要承受和傳遞重力荷載及水平荷載作用下梁端剪力和彎矩，而且為了保證中央核心筒承載能力和整體結構抗震延性，通常會將重力荷載下核心筒應力水平比框架柱壓應力水平控制低些，這樣樓屋面梁就還要協調中央核心筒和框架柱之間軸向變形差異，使自身在重力荷載下已處于較為不利的較高應力狀態。

樓屋面梁將中央核心筒和框架邊柱層層相連，各層梁的抗彎剛度都發揮了作用，整體結構空間抗側性能發揮極佳，周邊稀柱框架不但沒有剪力滯后效應，反而“剪力提前”――水平荷載方向上與樓屋面梁直接相連的框架邊柱軸力、剪力反而比非荷載方向上柱大。由此可見，樓屋面梁非常有效地參與了整體結構抗側工作，整個周邊框架受力比較均勻合理。

為了有效發揮周邊框架柱的抗側作用，減小中央核心筒承受的傾覆力矩，縮小核心筒與周邊框架柱重力荷載作用下壓應力水平差異，本工程并沒有采用[參考文獻]4提到的減小梁高的設計手法，而是直接采用常規梁截面350x700，跨高比約13.5。

從層間位移角曲線圖可以看出，由于樓屋面梁剪力對相連接豎向構件彎曲變形的抑制，結構層間位移角從下往上先逐漸增大，至一定高度后，則逐漸減小。整體曲線光滑無突變，結構剛度沿豎向變化均勻，計算所得最大層間位移角比規范要求略有富余。

3. 構件截面強度延性控制

對高層建筑豎向構件在重力荷載、水平荷載共同作用下軸壓比的控制，是保證高層建筑結構延性、安全度的重要措施。震害調查及實驗研究表明，軸壓比較低的豎向構件延性較好，反之延性較差。

由于本工程為婦女兒童活動中心，框架及核心筒抗震構造措施均按一級考慮。外框架柱軸壓比均控制在0.7以內，每層取相同截面。1~7層為900X1000mm， 8~16層為800X900mm，16以上層為700X800mm，柱長邊順筒體徑向布置。中央核心筒軸壓比控制在0.5以內，核心筒連梁設置交叉暗撐以提高延性。為確保核心筒剛度，外筒壁厚1~7層取為500mm，8~16層為450mm，16以上層為400mm，由于內隔墻對筒體抗彎剛度貢獻較小，主要幫助外筒承受重力荷載，取其墻厚200~250mm。柱墻混凝土等級各層相同，隨結構高度由C50逐漸減小至C35。

在實際的鋼筋混凝土結構中，其剛度構成、荷載形成是一個隨施工方法變化而變化的復雜過程，且混凝土本身又是一種彈塑性材料，其彈塑性性能隨施工工藝方法不同而有所不同，即使在低應力、小應變的情況下，混凝土仍有其固有的彈塑性性能。再加上非結構構件對剛度、地震力的影響，使得真實結構分析變得極其復雜。盡管結構計算軟件技術不斷發展，計算精度不斷提高，但是計算的結構內力與實際內力不可避免地總存在著一定的差距，故從嚴控制豎向構件軸壓比有利于彌補此差異帶來的結構隱患，有利于保證結構安全工作。

4. 樓梯影響

汶川地震后，讓大家注意到樓梯對整體結構的影響，《抗規》6.1.15指出：“樓梯構件與主體結構整澆時，應計入樓梯構件對地震作用及其效應的影響”。

樓梯對結構的影響主要體現在其斜撐作用，通過將樓梯作為斜桿（斜板）模擬計算可知，其彈性側向剛度相對框架結構是不可忽略的，對結構計算指標影響也很大。但是在樓梯間四周有鋼筋混凝土剪力墻圍合的結構（如框架-核心筒）計算中，其彈性側剛度的影響是可以忽略的。但實際地震時，樓梯的彈塑性性能究竟如何，尚沒有明確的結論，還需要不斷研究。

5.結語

對于結構工程師而言，一個優秀的作品并不僅僅是在正常使用狀況下的結構安全，更重要的是如何做到讓結構“大震不倒”，這才是我們應該追求的最高境界。關于這一點，很多前輩給我們做了示范，比較典型的如林同炎大師設計的美洲銀行，在馬那瓜罕遇強震中，昂然不倒，樓立墟群，這也可以說是概念設計的勝利。因為地震從本質上講并非一個力，而是一個能量概念，也就是說要求結構必須具備足夠的耗散地震能量的能力。

對于框架-核心筒結構，我們要認清結構的受力特性，著手做好核心筒剪力墻、外框架柱的布置方案，設置多道抗震防線，分配好周邊框架和核心筒之間的剛度，從整體上保證力流的簡潔、順暢。不能一開始就只是看到配筋，看計算結果的紅不紅，若如此，即使配筋做的再精細，實則本末倒置。

參考文獻：

[1] 建筑抗震設計規范GB50011-2010. 中國建筑工業出版社，2010 .

[2] 高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2002. 中國建筑工業出版社.