sg109-3民用建筑工程设计常见问题分析及图示05sg109-3

sg109-3民用建筑工程设计常见问题分析及图示05sg109-3内容摘要：

值应等于或接近计算模型 1 的高度 H1，且不大于 H1。 (3)当转换层设置在 3 层及 3 层以上时，除了采用 “ 等效侧向刚度法 ” 来计 算转换层上下层结构的刚度外，还应按照 “ 层剪力与层间位移之比 ” 的方法计算，并使转换层本层的侧向刚度不应小于转换层相邻上一层侧向刚度的 60％。 当底部大空间层数为 2 层或 1 层时，该控制值可取 50％。 此外，转换层是楼层竖向抗侧力构件不连续的薄弱层，不管程序判断转换层是否满足上述 刚 度比要求，都应将转换层设置为薄弱层进行计算。 民用建筑工程设计常见问题分析及图示（混凝土结构） 10 框架 — 剪力墙结构在基本振型地震作用下，若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的 50％时，框架抗震等级划分不当。 原因分析： 框架 剪力墙结构是由框架和剪力墙组成的结构体 系。 在通常情况下，这种结构体系中的柱与剪力墙相比，其抗剪刚度是很小的，在地震作用下，楼层的地震剪力主要由剪力墙承受，框架柱只承受很小的一部分。 由于框架 剪力墙结构中框架部分承担的地震倾覆力矩 Mc=Σ (i=1~n)Σ (j=1~m)Vijhi，故在通常情况下，框架部分承担的地震倾覆力矩也只占结构总地震倾覆力矩的很小一部分。 这样的结构，其框架部分的抗震等级，应按《抗震规范》 GB50011 表 或《高规》 JGJ3 表 中类型为框架 剪力墙的结构来划分。 当框架 剪力墙结构在基本振型地震作用下，框架部分承 担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，情况就不一样了。 这时，剪力墙的作用降低，框架部分成为较主要的抗侧力构件，要承担较大的地震倾覆力矩。 在这种情况下，为了保证结构的安全，应当加强框架部分的抗震能力。 改进措施： 当框架 剪力墙结构在基本振型地震作用下，框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总抗震倾覆力矩的 50％时，框架部分的抗震等级不应按规范框架 剪力墙结构中的框架来划分，而应按相同高度的纯框架结构根据《抗震规范》第 条或《高规》第 条来划分，柱的轴压比也应按纯框架结构的规定来限制。 这 种结构的适用高度和高宽比限值则可取框架结构和剪力墙结构两者之间的值，其值的大小可视框架部分承担的地震倾覆力矩的百分比接近零时，取接近剪力墙结构的适用高度和高宽比限值；当框架部分承担的百分比接近 100％时，取接近框架结构的适用高度和高宽比限值。 抗震设计时，框架结构设有少量混凝土墙体，设计未考虑这部分墙体，仅按纯框架结构进行结构分析、配筋计算。 原因分析： 由于剪力墙的存在，使得结构的地震作用增大，且由于剪力墙抗侧力刚度比框架大，故剪力墙按构造配筋不一定能满足承载力要求，同时剪力墙与框架协同工作， 使框架上部受力加大，故按框架结构设计的这部分框架柱也不一定能满足承载力要求。 因此，设计不考虑这部分墙体，仅按纯框架结构进行结构分析、配筋计算，无论对框架还是剪力墙都未必是安全的。 改进措施： 抗震设计的框架结构中，当布置少量剪力墙时，结构分析计算不仅要按纯框架计算，也应按剪力墙与框架的协同工作考虑框架部分的抗震等级应按框架结构划分，剪力墙部分的抗震等级可取与框架相同的抗震等级。 当楼、电梯间位置较偏而产生较大的刚度偏心时，宜采取将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配置少量单排钢筋等措施，减小剪力墙的作用，并宜 增加与剪力墙相连的柱子的配筋。 当多层框架按纯框架结构计算但不能满足框架结构层间位移限值而需要布置少量纵、横向剪力墙时，这样的结构既要按框架 剪力墙结构计算，保证剪力墙的承载能力和结构整体位移满足规范的要求，也要按框架结构 (不计入剪力墙 )计算，保证框架结构的承载能力和弹塑性层间位移符合规范的规定。 民用建筑工程设计常见问题分析及图示（混凝土结构） 11 计算内容及参数设置 质量和刚度分布明显不对称、不均匀的高层建筑结构，抗震计算时仅计入双向水平地震作用下的扭转影响，但未在计算单向地震作用时考虑偶然偏心的影响。 原因分析： 《抗震规范》 GB50011 和《高规》 JGJ3 都以强制性条文的形式强调，在抗震设计时，对质量和刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响。 所谓 “ 质量和刚度分布明显不对称、不均匀 ” 的结构，一般是指在刚性楼板假定下，在考虑偶然偏心影响的单向水平地震作用下，楼层最大位移与平均位移之比超过位移比下限 较多 (例如，对 A级高度的高层建筑大于 ；对 B级高度的高层建筑或复杂高层建筑大于 )的结构。 由于结构平、立面布置的多样性、复杂性，即使是对同一类型的结构，或同一结构的不同构件，大量计算分析表明，计算双向水 平地震作用并考虑扭转影响与计算单向水平地震作用并考虑偶然偏心的影响相比，前者并不总是最不利的。 改进措施： 所以，结构设计时，除计算双向水平地震作用并考虑扭转的影响外，宜根据《高规》第 条的规定，还应计算单向水平地震作用并考虑偶然偏心的影响，并取二者中的最不利情况进行结构设计。 反过来，质量和刚度分布较对称、较均匀的高层建筑结构，仅考虑偶然偏心影响的单向地震作用就可以了。 应当指出，抗震设计时，除高层建筑外，根据《抗震规范》第 条及其条文说明，对于多层建筑，除平面规则的可通过考虑扭转耦联计算来估 计水平地震作用的扭转影响外，凡属该规范第 条所指的平面不规则多层建筑，如图 、 3，亦应考虑偶然偏心的影响。 高层建筑抗震设计时，当结构有斜交抗侧力构件且交角大于 15o 时，未进行斜交抗侧力构件方向的水平地震作用计算。 改进措施： 地震作用实质上是地震引起的地面运动而使建筑物发生强迫振动的一种作用。 由于地震作用的大小和方向的复杂性和不确定性，虽然《抗震规范》 GB50011 允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用由该方向的抗侧力 构件承担，但当结构有斜交抗侧力构件且交角大于 15o时，为了保证结构的安全，《抗震规范》又规定，应补充计算各斜交抗侧力构件方向的水平地震作用。 结构设计时，应取主轴方向和各斜交抗侧力构件方向地震作用效应组合的最不利情况。 民用建筑工程设计常见问题分析及图示（混凝土结构） 12 不规则框架或高烈度地震区的框架，整体计算时，框架柱的计算长度系数仅采用《混凝土规范》表 中的值，而未按该规范 条第 3 款的公式计算。 原因分析： 《混凝土规范》 GB50010 表 中提供的框架柱计算长度系数，是在对结构进行弹性分析的基础上结合工程经 验确定的经验系数，仅适用于一般多层建筑中梁、柱为常用截面尺寸的刚接规则框架结构。 对框架结构二阶效应的研究表明，竖向荷载在有侧移框架中引起的 P— Δ效应会增大由水平荷载在柱端截面中引起的弯距 Mh，而原则上不增加由竖向荷载引起的弯距 Mv。 分析研究表明：当 Mv与 Mh之比偏小时，仍根据现行规范的η — l0法，按《混凝土规范》表 取用柱计算长度，对柱子的配筋计算是偏于不安全的。 对于不规则框架，在下列情况下，采用上述经验系数来计算框架柱的计算长度对结构偏于不安全或导致误差较大： (1)框架的柱、梁线刚度比过大 时； (2)框架各跨跨度相差较大，或各跨荷载相差较大时； (3)复式框架等复杂框架结构； (4)框架 剪力墙结构中的框架，框架 核心筒结构中的框架等。 在高烈度地震区，由于地震作用产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的比例很大，也不宜采用经验系数来确定框架柱的计算长度。 因此，《混凝土规范》第 条第 3 款规定，当水平荷载产生的弯距设计值占总弯矩设计值的 75％以上时，框架柱的计算长度，按规范式式 ()和式 ()中的较小值作为计算长度的取值依据。 同时提供的计算公式表明，框架柱的计算长度系数 与框架柱、梁的线刚度比相关，物理概念明确，更能真实地反映框架柱失稳时的临界状态，有助于消除采用较小经验系数给结构带来的不安全性。 改进措施： 轴心受压和偏心受压柱的计算长度 l0可按《混凝土规范》第 条的规定，根据具体工程实际计算。 另外，应当指出： 1．由于我国钢筋混凝土多高层房屋结构在设计中通常均按有侧移进行结构分析，因此结构工程师在框架结构电算时，应当在总信息输入的“柱计算长度计算原则”一栏内，确认框架为有侧移框架。 2．由于电算程序可能有的局限性，当某些框架柱在楼层处并不总是两个主轴方向均有框架梁相连时，应输出柱的计算长度系数，如发现柱的计算两个主轴方向长度系数与结构的实际情况不符，则应人为干预和修正，以保证柱的配筋安全。 计算结果分析与应用 A 级高度的高层建筑结构整体计算时，在刚性楼板假定下，考虑偶然偏心的位移比超过 或周期比大于 (复杂高层建筑结构、钢 混凝土混合结构的周期比大于 )、或第一振型为扭转振型时，未对结构的平面布置做必要的调整。 原因分析： 国内外历次大地震的震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，在地震时会遭受严重的破坏。 国内模 拟地震振动台模型试验结果也显示，扭转效应会导致结构的严重破坏。 按《高规》 JGJ3 第 条的规定： A级高度的高层建筑结构整体计算时，在刚性楼板假定下，若考虑偶然偏心的位移比超过 ，或周期比大于 (复杂高层建筑结构、钢筋混凝土混合结构的周期比大于 )，或第一振型为扭转振型时，表明： (1)结构的抗侧力构件布置不合理，导致结构楼层刚心与质心偏移较大； (2)平面虽然对称，但核心筒断面太小，结构整体抗扭刚度不足。 此时，应对结构平面布置进行调整，减小结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心和扭转。 改进措施： 对结构平面布置进行调整的方法主要是： (1)在可能条件下，将较长的建筑物或不规则的建筑物通过设防震缝分为平面规则的几部分； (2)尽量加强周边或周边某些部位的结构抗侧力构件 (框架梁、柱或剪力墙，主要是剪力墙 )的刚度，同时适当弱化内部结构的抗侧力构件的刚度； (3)适当加大核心筒的抗扭刚度。 结构平面布置经调整后，如仍有个别指标略为超过设计规范的规定时，则可通过适当提高抗震等级等措施对结构或结构某些构件予以加强。 必要时应按照建设部的有关规定，通过超限抗震专项审查来保证这类不规则结构的安全。 4 楼板 民用建筑工程设计常见问题分析及图示（混凝土结构） 13 楼板荷载及计算 结构整体计算时，风荷载、填充墙荷载等未正确输入。 原因分析： 采用计算机进行结构整体计算时，除漏输楼面荷载 (如漏输地下室顶板填土荷载、建筑装修荷载等 )外，未正确输入的荷载主要有：风荷载、填充墙荷载、隔墙荷载、楼 (电 )梯荷载和阳台荷载等。 改进措施： (1)地震区的多层建筑，在整体计算时，应输入风荷载。 因为，对高层建筑以外的多层建筑，虽然风荷载不参与地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，但不输入风荷载，不计入风荷载的作用，将会使地基和基础的设计不安全。 此外，在低烈度地震区， 当风荷载较大时，上部结构常常是由不考虑地震作用效应参与的基本组合控制，不输入风荷载，将会影响上部结构的安全。 (2)对于高层建筑，在输入风荷载时，如果房屋特别重要，且房屋高度超过 60m 时，则宜按 100 年一遇的风压输入，而不应按 50 年一遇的基本风压输入。 (3)填充墙通常是指框架梁、柱间的砌体墙或填堵剪力墙洞口的砌体墙。 填充墙作用在梁上应按线荷载输入，不宜折算成等效均布荷载按楼面荷载输入。 按楼面荷载输入会使填充墙所在的框架梁的设计偏于不安全。 (4)隔墙通常是指砌筑在楼板上的分隔房间用的墙体。 隔墙虽然以线荷载 的形式作用在楼板上，但不应仅在墙下的楼板内配置两根或三根构造加强筋，应将隔墙线荷载折算成等效均布荷载与楼面其他荷载进行组合参与楼板的配筋计算。 固定隔墙的线荷载应折算成等效均布永久荷载；非固定隔墙的线荷载可折算成等效均布活荷载，《荷载规范》规定其值应取每延米长墙重 (kN／ｍ )的 1/3，且不小于 kN／ m2。 (5)在楼面荷载输入时，楼梯间的荷载不能漏输。 楼梯荷载输入前，首先要确定该楼梯是民用建筑的普通楼梯还是人员密集的楼梯，如是人员密集的楼梯，其楼梯活荷载标准值应取 ／ m2，而不是 ／ m2或 ／ m2。 楼梯间的荷载按均布荷载输入时，应指定楼梯均布荷载向其支承梁方向传递。 在楼面荷载输入时，如楼梯间的荷载均输入为零，则应通过手算将楼梯荷载换算成线荷载输入到相关楼面梁上，以免荷载丢失，影响结构安全。 (6)阳台活荷载标准值通常应取 ／ m2。 临街的阳台或人群有可能密集时，活荷载标准值应适当加大。 作用在阳台上的荷载，可按均布面荷载输入，也可换算成线荷载作用在其支承梁上。 大开间剪力墙结构的外墙较薄 (例如厚度为 160mm)，现浇楼板设计时假定板沿外墙的支承边为固支，施工 图中在该处配置的上部受力纵向钢筋的直径较粗 ( 16)，在常用的混凝土强度等级情况下，上部受力纵向钢筋由于锚固不良不能充分发挥其抗拉强度设计值，使板的设计存在隐患。 原因分析： 大开间剪力墙结构的现浇楼板，若在设计时假定沿外墙的支承边为固支，则要求沿该支承边按计算所需配置的上部纵向受力钢筋在外墙中的锚固长度符合图 的要求 (注：该图要求板的负筋伸进墙内长度大于或等于 ，下弯 15d 16mm 时，在外墙内的最小水平锚固长度 ，由该表可见其长度超过外墙厚度 160mm，因而钢筋的锚固性能不良、不能充分发挥其抗拉强度设计值，导致沿上部钢筋方向板的内力 (弯距 )增大，可能造成使用状态下的裂缝宽度增加和受弯承载力不足，存在隐患。