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結構技術交流材料.doc

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?結 構 技 術 交 流 材 料框架結構設計常見問題東營市勘察設計協會東營市建設工程施工圖審查中心二○一五年十二月框架結構設計常見問題主要從結構體型、規范條文要點、建模分析三個方面敘述有關問題。一、結構體系本部分主要著重于建筑抗震概念設計。1、合理的結構構件布置框架結構抗側剛度小,變形大,自振周期長,對于軟弱地基上的較高框架結構共振效應較大,震害較重??蚣芙Y構以剪切變形為主,節點、柱根、柱頭是地震破壞的首要位置。結構設計時,應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑,應設置雙向抗側力體系,應具有合理的剛度和承載力分布,結構兩主軸方向的動力特性宜相近(抗規3.5.2、3.5.3、6.1.5)。目前,沿街商鋪的設計中,樓梯布置一般均位于建筑內側,框剪結構墻體布置中,單向設置抗震墻或抗震墻偏置,都會導致剛度和承載力不均勻分布。建筑長寬比較大時,很容易導致兩主軸方向剛度相差較大,應加強短軸方向的剛度,或采用結構縫劃分為若干結構單體。主體結構除個別部位外,不應采用鉸接(高規6.1.1、8.1.6)。例如框剪結構中,周邊框架梁與抗震墻平面內相接時,不應假定為鉸接??蚣芙Y構設計時,不應采用部分砌體墻承重之混合形式??蚣芙Y構中的樓、電梯間及突出屋頂的電梯機房、水箱間、樓梯間等,應采用框架承重,不應采用砌體承重(高6.1.6)。目前,個別項目出屋面的電梯機房仍采用磚混的結構形式,這種方式是嚴重錯誤的,應予以杜絕。甲、乙類建筑以及高度大于24米的丙類建筑不應采用單跨框架(抗3.5.3,高6.1.1)。單跨框架結構是指整棟建筑全部或絕大部分采用單跨框架的結構,不包括僅局部為單跨框架的框架結構。設計時,應特別注意抗震設防類別較高的中小學建筑、消防、通訊等建筑不應采用單跨框架,同時高層均不應采用單跨框架。此處應特別注意石油化工建(構)筑物的抗震設防分類應符合《石油化工建(構)筑物抗震設防分類標準》GB50453-2008的相關要求。2、結構規則性建筑設計應根據抗震概念設計的要求明確建筑形體的規則性,特別不規則的建筑應進行專門的研究和論證。不應采用嚴重不規則的平面(抗3.4.1,高3.1.1)。建筑的不規則性分為平面不規則及豎向不規則,具體劃分見抗規3.4.3條。平面不規則的狀況主要有扭轉不規則和凹凸不規則,如住宅設計中,為了采光的深凹口,外側設置拉梁仍屬于平面不規則。豎向不規則主要表現為一層層高與上層相差較大時,剛度比不滿足規范的要求, 可采用增大底層柱截面,增加底層結構的混凝土強度等級,提高基礎嵌固端的位置(基礎淺埋、設置柱墩)等措施增大一層剛度。目前,常遇到的特別不規則結構主要有(不規則程度劃分詳抗規3.4.1條文說明):1)一層計算高度太大,剛度小于上一層的0.5倍;2)存在三項超過抗規表3.4.3中的限值結構。二、規范要點(一)、一般規定1、混凝土鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C20;采用強度等級400MPa及以上的鋼筋時,混凝土強度等級不應低于C25(混規4.1.2)。構造柱、芯柱、圈梁及其他各類構件不應低于C20(抗規3.9.2.2)。此處應特別注意采用高強鋼筋時,結構構件混凝土等級的選用。2、鋼筋抗震等級為一、二、三級的框架和斜撐構件(含梯段),其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時,鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.25;鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標準值的比值不應大于1.3,且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應小于9%(抗規3.9.2)。審查中仍發現結構設計說明中有遺漏此要求的情況。3、抗震等級混凝土結構構件的抗震等級劃分,參見抗規表6.1.2,同時注意以下四點:A、異形柱框架的抗震等級應參見《混凝土異形柱結構技術規程》JGJ 149-2006第3.3.1條。B、特別注意化工類項目的建(構)筑物設防類別的劃分應符合GB50453-2008規定。C、梁兩端均與抗震墻面內連接的KL應與抗震墻采用相同的抗震等級。剪力墻端柱抗震等級也應與剪力墻相同。D、裙房、地下室的抗震等級可分別參見高規3.9.5.、3.9.6條、抗規6.1.3條確定其抗震等級。注意兩本規范關于相關范圍劃分的不統一。對于裙房,高規的規定為主樓外延不少于三跨的裙房結構,而抗規此處還規定不小于20米。對于地下室,高規的規定為主樓外延1-2跨的地下室范圍,而抗規此處并未外延。(二)、構件構造1、框架柱⑴截面柱的截面尺寸要求見抗規6.3.5規定。柱軸壓比不宜超過抗規表6.3.6的規定;建造于Ⅳ類場地且較高的高層建筑,柱軸壓比限值應適當減?。挂?.3.6);應特別注意表注2條“表內限值適用于剪跨比大于2、混凝土強度等級不高于C60的柱;剪跨比不大于2的柱,軸壓比限值應降低0.05;剪跨比小于1.5的柱,軸壓比限值應專門研究并采取特殊構造措施”。河口區、東營港多處存在Ⅳ類場地,高層設計時,應注意軸壓比的取值。同時注意剪跨比較小的柱的軸壓比限值。同時,應注意以下兩點對KZ截面限值要求:A、抗規6.3.4 梁的鋼筋配置,尚應符合下列規定:一、二、三級框架梁內貫通中柱的每根縱向鋼筋直徑,對框架結構不應大于矩形截面柱在該方向截面尺寸的1/20,或縱向鋼筋所在位置圓形截面柱弦長的1/20;對其他結構類型的框架不宜大于矩形截面柱在該方向截面尺寸的1/20,或縱向鋼筋所在位置圓形截面柱弦長的1/20。B、鋼筋錨固對柱截面的要求;混規11.6.7框架梁和框架柱的縱向受力鋼筋在框架節點區的錨固和搭接應符合下列要求:對于框架中間層中間節點、中間層端節點、頂層中間節點以及頂層端節點,梁、柱縱向鋼筋在節點部位的錨固和搭接,應符合圖11.6.7的相關構造規定。圖中llE按本規范第11.1.7條規定取用,labE按下式取用:labE=ζaElab (11.6.7)式中:ζaE——縱向受拉鋼筋錨固長度修正系數,按第11.1.7條規定取用。以上兩條內容即是對框架柱的截面尺寸的要求,同時又是對框架梁縱筋直徑的限制。⑵縱筋配筋非抗震的混凝土結構構件中縱筋的最小配筋率詳混規8.5.1條。柱的鋼筋配置,應符合下列各項要求:(抗規6.3.7 )柱縱向受力鋼筋的最小總配筋率應按表6.3.7-1采用,同時每一側配筋率不應小于0.2%;對建造于Ⅳ類場地且較高的高層建筑,最小總配筋率應增加0.1%。 注:1 表中括號內數值用于框架結構的柱; 2.鋼筋強度標準值小于400MPa時,表中數值應增加0.1,鋼筋強度標準值為400MPa時,表中數值應增加0.05; 3 混凝土強度等級高于C60時,上述數值應相應增加0.1。長寬比較大的長矩形框架柱設計時,短邊的實配鋼筋多次發現小于最小配筋率要求??拐鹪O計時,柱總配筋率不應大于5%,與非抗震設計不同。高規與抗規、混規規定基本一致,但明確非抗震設計的框架柱縱筋最大配筋率不應大于6%??蚣苤目v筋設計時還應注意以下三點:A、注意角柱應按雙偏壓設計(高6.2.4),其角筋不應小于計算值,可在PKPM中設置角筋最大直徑。B、框。省略部分。實際不符,同時墻體的荷載也不能正確傳遞至樓面梁。引用一個算例,(山西建筑2009年7月35卷第19期,結構分析中虛梁設置必須注意的問題):A類模型為無虛梁模型,B、C類模型為有虛梁模型,虛梁端設鉸接,其中B類模型的虛梁上有8KN/M的線荷載。豎向的梁為梁L1,水平向的梁為L2。在模型中,L1的彎矩C類大于A類,跨中大于A類53%,支座大于A類27%;L2的彎矩C類小于A類,跨中小于A類29%,支座小于A類25%。這說明PKPM中虛梁在建模用來傳遞荷載時起到了次梁的作用,改變了樓板的傳力途徑。L1的彎矩B類大于A類,跨中大于A類88%,支座大于A類52%;L2的彎矩B類小于A類,跨中小于A類29%,支座小于A類25%,與C類完全相同。說明加在虛梁上的8kN/m的墻體荷載完全由虛梁傳遞至L1,而L2不作任何貢獻。這與我們的協同工作相違背,實際情況應該是板上的荷載由整板向周邊支撐梁L1,L2等按變形協調進行傳遞,L2應當對板跨中荷載的承載起到貢獻。然而在這里,L2B類模型中的彎矩還小于A類模型中的彎矩,顯然L2的內力偏小,出現設計承載力不足的安全問題,L1則會出現設計承載力浪費過大的問題。所以,正確使用虛梁,才能得到符合實際的計算結果。3樓梯利用計算機進行結構抗震分析,應符合下列要求:(抗規3.6.6)計算模型的建立、必要的簡化計算與處理,應符合結構的實際工作狀況,計算中應考慮樓梯構件的影響。建模時,樓梯構件的合理簡化才能帶來合理的結果。目前,結構設計中有兩種處理方式:a、把樓梯簡化為寬扁梁按梯段輸入模型計算;b、樓梯梯段采用滑動支座,忽略樓梯對結構的影響??筛鶕嶋H情況采用任意一種措施。同時,必須考慮兩端均與框架柱相連的PTL對結構的影響以及自身的配筋。采用第1種措施時,應注意樓梯構件的自身抗震承載力驗算,見抗規6.1.15條第2款規定;目前樓梯參與計算時,自身抗震一般不滿足要求。應參照11G101-2樓梯圖集中ATc的做法加強。荷載輸入時應注意樓梯梯段處的面荷載應為對邊導荷,宜簡化荷載,直接輸入線荷載或點荷載,否則傳導荷載錯誤,影響梁的配筋。4、框架結構屋面局部采用網架該類結構在建模時的關鍵是荷載的正確傳導、網架剛度的正確模擬。目前常用的剛度模擬方法為等代梁法,只有正確的選取等代梁的截面,才能在整體計算時得到合理的計算結果,一般取等代梁撓度與網架的豎向撓度相同來近似模擬。(二)計算參數的合理選取1、地震作用計算地震作用計算時,主要有偶然偏心、雙向地震參數的選擇。根據抗規3.4.3條文解釋,位移比為規定水平力下的位移比,而此水平力為考慮偶然偏心狀況計算所得,故位移比計算時應考慮偶然偏心。但是高規4.3.3規定計算單向地震作用時應考慮偶然偏心的影響,條文說明注明,計算雙向地震作用時可不考慮偶然偏心,但應與考慮偶然偏心的計算結果進行比較,取不利的情況進行設計。所以高層計算時,偶然偏心為必選參數,多層可只在位移比計算時采用。高層設計時,應同時選取偶然偏心與雙向地震計算選項,由程序自動選取大值設計。多層設計可只在位移比計算時考慮偶然偏心;并根據不規則的程度相應選取是否采用雙向地震作用。質量和剛度分布明顯不對稱的結構,在規范中未明確其范圍,大家對此爭議很大,條文說明只是說該類結構為不規則結構的一種;《民用建筑工程設計常見問題分析及圖示》05SG109-3第141頁3.3.1“所謂’質量和剛度分布明顯不對稱、不均勻’的結構,一般是指在剛性樓板假定下,在考慮偶然偏心影響的單向水平地震作用下,樓層最大位移與平均位移之比超過位移比下限1.2較多(例如,對A級高度的高層建筑大于1.4;對B級高度的高層建筑或復雜高層建筑大于1.3)的結構?!?特別注意,存在大于15度的斜交構件,一定要輸入附加地震組數,有幾種不同角度的斜交構件,就輸入幾組,不計算也是違反強條。2風荷載體形系數目前,PKPM軟件默認體形系數1.3,這只是規范中的一般情況,建筑平面越來越復雜,體形系數不能一成不變,應根據高規4.2.3條、荷載規范表8.3.1第30、31項合理選取,特別是高層以及不規則平面的多層,體型系數可取值1.4。3、薄弱層地震內力放大系數抗規3.4.4.2條,剛度小的樓層的地震剪力應乘以不小于1.15的增大系數;高規3.5.8條,側向剛度變化、承載力變化、豎向抗側力構件連續性不符合本規程第3.5.2、3.5.3、3.5.4條要求的樓層,其對應于地震作用標準值的剪力應乘以1.25的增大系數。PKPM程序默認該值1.25,多層計算時建議改為1.15。4、梁柱節點剛域的選取高規5.3.4,在結構整體計算中,宜考慮框架或壁式框架梁、柱節點區的剛域(圖5.3.4)影響,梁端截面彎矩可取剛域端截面的彎矩計算值?;煲?.2.2.4條,梁、柱等桿件間連接部分的剛度遠大于桿件中間截面的剛度時,在計算模型中可作為剛域處理。條文中解析說梁柱截面尺寸較大時,可以考慮。避免梁端配筋偏大,造成強梁弱柱,建議一般只選擇梁端剛域。5、框剪結構計算時,框架柱的剪力調整抗規6.2.13鋼筋混凝土結構抗震計算時,尚應符合下列要求:側向剛度沿豎向分布基本均勻的框架-抗震墻結構和框架-核心筒結構,任一層框架部分承擔的剪力值,不應小于結構底部總地震剪力的20%和按框架-抗震墻結構、框架-核心筒結構計算的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5倍二者的較小值。目前結構設計主要存在兩個問題:A、剪力調整未分段,或分段不合理,從地下層至機房層按一段,條文說明中,對豎向分段規則的情況,可分段調整。B、調整時,程序默認調整調整上限為2,一般設計人不做修改,導致框架柱內力調整不到位,應加大調整上限值。6、底層計算高度取值目前,框架結構設計中,有時由于室內外高差及基礎埋深較大,導致一層計算高度很到,計算很難通過??刹扇∫韵聝煞N措施減小計算高度:A、從基礎頂面到±0.000以下某處設柱墩,將柱墩的頂面看成基礎的頂面(注意柱墩與柱的剛度比,規范中未對柱墩的尺寸做出規定,圖集13G101-11第6-7頁注明短柱與KZ的剛度比宜大于10)。B、有條件時,地面處設基礎梁并設置剛性地坪,基礎梁以下的一層可設為地下室,建入模型整體計算;建議與設為非地下時包絡配筋。四、其他問題1、超長混凝土結構采取的措施后澆帶是減小早期混凝土收縮的有效措施之一,但不能代替伸縮縫。當結構超長時,應采取多種措施。目前只采取后澆帶一種措施不可靠。其他措施見混規8.1.3條。2、對于梁上起柱的情況,下部框架梁應按轉換構件考慮,相關梁柱截面應加大,并加強周圍樓板加厚及配筋??蚣芰旱臉嬙煲藵M足托住轉換梁的要求。3、框架結構對不均勻沉降比較敏感,對于軟弱地基和液化地基,應采用剛度和整體性較好的基礎形式,對柱下獨立基礎宜設置雙向基礎拉梁(抗規6.1.11)。建議在地基條件較差時設置雙向基礎,或在另一方向設置基礎拉梁??蚣芙Y構相對其他結構,設計時較簡單,規范規定大都較明確,此次從頭梳理了主要的幾個方面的內容和大家交流學習,希望能通過交流發現問題,及時解決問題,為以后的工程設計質量提高有所幫助。
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