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[高层建筑按结构体系分为]高层建筑中嵌固端的位置选择

来源:知识百科 时间:2019-05-22 点击: 推荐访问:高层建筑化粪池在哪里

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摘要:高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置,而嵌固端的选取却面临着各种不同情况,根据不同情况正确选取其结构嵌固端,是高层建筑结构计算模式中的一个重要假定,它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性,而且还影响结构产生侧移的真实性,以及结构局部的经济性。
  
  嵌固端的定义,若按计算模型而言,是指除能承受轴力(N)、弯矩(M)、剪力(V)之外,U(X方向水平位移)、V(Y方向水平位移)、ω(竖向位移)、θ(转角位移)均为零的部位,若按在地震作用下的屈服机制而言,就是预期塑性铰出现的部位。确定嵌固端就是通过刚度和承载力调整,迫使塑性铰在该预期部位出现,并能承担上部结构在该处屈服超强引起的极限弯矩和出现塑性铰时的最大剪力以及相应的最大最小的轴向力。由此可知,嵌固端的选取和处理直接影响结构体系的受力与变形状态。所以在抗震设计中,恰当和正确对待嵌固端的选取和处理问题,对保证结构体系的可靠性具有重要意义。嵌固端位置的选取与基础的型式和埋深相关连,一般情况选取在基础的顶面。下面就嵌固端的选起作如下分析:
  一、嵌固端部位选取的原则
  1.嵌固端部位必须在满足基础有效埋置深度或可靠埋置深度的前提下选取,其位置可在基础顶面也可以高于基础顶面。
  2.嵌固端部位选取高于基础顶面时,其选取的位置应接合室内地沟布置和埋深情况不宜高出室外地面。若高出室外地面,其高差不得大于所设边梁的梁高。且必须使嵌固部位的下部和基础之间有不超过一层的完整的框架结构体系,并在地震作用下保持弹性工作状态。
  3.嵌固部位下部和基础之间的框架结构体系应有足够的承载力和侧向刚度,能够抵抗上部框架结构在嵌固部位产生的嵌固端弯矩、剪力和轴力的作用。避免柱塑性铰向下转移。
  4.当有地下室时,地下室作为上部结构的嵌固端,但要保证地下室的抗侧移刚度大于上部结构第一层的2倍;同时从构造上采取一定措施,如地下室顶板要保证一定厚度160mm以上。
  (1)地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大,极端的情况如半地下室则首层楼面一般不能成为结构嵌固端,除非其高差仅为1―3级台阶高度时才可能考虑;
   (2)地下室顶板结构应为梁板体系(即不可设计成无梁楼盖),且该层楼面不得留有大孔洞,楼面框架梁的抗弯刚度要足够大,楼板也要有相当厚度;
   (3)地下室侧壁要有良好的侧限,即必须与“地球”有良好的接壤,上述半地下室顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件。
  对于上述条件中对首层楼面框架梁的要求,假设满足《抗震规范》第6.1.14条“位于地下室的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和”的要求,对于高层建筑来说,由于首层处的柱截面往往远大于框架梁截面,即使有意增大框架梁截面并增加抗弯钢筋用量,上述要求仍很难满足。就此要求而言,则只有多层或小高层建筑才有可能以首层顶板作为结构的嵌固端,而真正意义的高层建筑则完全排除了这种可能性。
   5.当不设地下室时。众所周知,小高层建筑以承受水平风荷载或水平地震作用为主,为稳定和抗倾覆能力,必须考虑基础的有效埋置深度。多层建筑以承受竖向荷载为主,一般可不考虑基础有效埋置深度的要求。但是往往由于建筑物的类型和用途(对不均匀沉降的敏感性,是否有地下管道和设备基础等);作用在地基上的荷载大小和性质;工程地质和水文地质条件(持力层的埋深,地下水性质和埋深等);相邻房屋和构筑物的基础埋置深度;季节性冻土地基的冻胀和融陷等因素的制约,使框架基础埋置深度较大,引起底层柱的长度相应增加较多。当无地下室时,如底层柱断面尺寸不变,相对相邻上层柱的线刚度减小,影响水平位移的控制。如保持线刚度不变,比起相邻上层柱需增大底层柱的断面尺寸。加之柱子埋在土中,不能充分利用其围合的空间,经济效益无法合理体现。这一情况,在设计中经常出现,至今没有得到很好解决。
   高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层,或其基础持力层较浅的情况,但从抗震角度考虑是不宜提倡的。
   (1)不管是采用天然地基基础或桩基础,都是以基础(承台)面作为结构嵌固端,且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结,故首层层高应从基础面算起;
   (2)若基础(承台)面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小,则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端,首层层高可从地面层算起。若不设刚性地面,则上部结构无从形成嵌固端,也即结构计算简图不成立,设计上显然是不允许的。
  以上列举的条件无非是说明要成为上部结构的嵌固端,其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移,且能承受或平衡柱根弯矩。规范中规定“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍”正是基于这一考虑。
  二、嵌固端部位高于基础顶面时的处理措施
  1.嵌固部位下部的框架体系,其抗震等级应按上部结构采用。在多遇地震作用下应进行抗震承载力验算。分别取包括和不包括嵌固端部位以下框架结构体系两种计算简图,取其不利者控制嵌固端处及其以下部分框架梁柱配筋,使该处框架梁在其下部柱柱顶端左右形成的约束弯矩设计值之和不小于嵌固端部位上层柱的下端实际嵌固弯矩的设计值。
  2.嵌固端部位以下的框架结构体系应进行罕遇地震下水平位移的验算。
  3.嵌固端部位以下的框架结构体系侧向刚度,不应小于相邻上部结构侧向刚度的2倍。侧向刚度按主体结构计算,以楼层剪力与该楼层之间位移的比值控制。
  4.如为柱下单独基础(包括桩基),应沿两个主轴方向设置基础系梁并纳入框架计算,配筋方式及构造要求同框架梁。
  5.嵌固端部位以下的框架柱的截面应等于或大于对应相邻上部结构的柱截面。每侧实际纵向配筋面积,除应满足计算要求外,还不应小于嵌固端部位上部相邻柱每侧实配纵向钢筋面积的1.1倍。
  6.嵌固端部位处框架梁,及其以下框架柱,基础系梁的箍筋全跨全高加密,间距不应大于100mm。
  7.调整基础埋置深度,使嵌固端部位以下的柱高相等。优先使柱的剪跨比大于2。当柱剪跨比不大于2但不小于1.5时,轴压比限值比一般柱降低0.05(《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002,以下简称《高规》第6.4.2条注3);抗震等级为一级时,柱单侧纵受拉钢筋的配筋率不宜大于1.2%(《高规》第6.4.4条第4款);应使其斜截面受剪承载力满足《高规》第6.2.9条第2款的要求;箍筋应沿柱全高加密,间距不应大于100mm,一级时尚不应大于6倍的纵向钢筋直径(《高规》第6.4.3条第2款第3项);柱加密区范围内箍筋的体积配筋率不应小于1.2%,设防烈度为9度时,不应小于1.5%(《高规》第6.4..7条第3款);梁柱节点核芯区的体积配箍率不应小于上下柱端的较大值。当柱剪跨比小于1.5时,从经济效益和技术可靠性出发,将嵌固端部位直接设置在基础顶面。
  8.嵌固端部位处以下及基础底面以上的高度及距周边基础外边缘1.5米包络范围内回填土的压实系数λc及检测要求,按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2003)执行,若嵌固端部位高出室外地面时,应在该水平面处设置厚度不宜小于180mm且双层双向配筋,每层每向配筋率不宜小于0.25%的刚性地面
  三、结束语
  高层建筑的嵌固端是结构计算模式中的一个重要假定,它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性,而且还影响结构产生侧移的真实性,以及结构局部的经济性,因此对结构嵌固端的选取要作仔细考虑,做出合理的选择,使结构模型的概况尽量地符合实际情况,并做出合理的处理措施使建筑物能保证安全使用期。

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