高层建筑结构位移控制

高层建筑结构位移控制（精选6篇）

高层建筑结构位移控制 篇1

1 引言

建筑结构都要抵抗由恒荷载和活荷载产生的竖向荷载和由风荷载、地震作用产生的水平荷载, 对于高层建筑, 风荷载、地震作用产生的水平荷载起主要控制作用, 因而, 由水平荷载引起的位移 (水平侧移) 是高层建筑结构设计中一个很重要的指标。水平荷载作用下结构的楼层侧移, 主要由3部分组成: (1) 楼层的整体剪切位移 (也称平动位移) , 由楼层剪力引起; (2) 结构因整体弯曲变形产生的侧移 (也称转动位移) , 由水平荷载产生的倾覆力矩引起; (3) 基础转动位移, 由地基变形引起的结构整体刚体转动所产生的位移, 对结构在竖向荷载作用下的重力二阶效应影响最大, 与结构在水平荷载作用下受力和变形无关。

各国规范控制高层建筑水平位移的指标不尽相同, 但大部分国家规范是以层间位移作为控制指标的[1]。层间位移限值是高层建筑结构设计的一个重要指标。在正常使用条件下, 限制高层建筑结构层间位移的主要目的有:一是保证主结构基本处入弹性受力状态。对钢筋混凝土结构来讲, 要避免混凝土墙或柱出现裂缝;同时, 将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限制在规范允许范围之内;二是保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好, 避免产生明显损伤[2]。

2 控制位移的参数

控制层间变形的参数一般有3种:即层间位移与层高之比 (层间位移角) ;有害层间位移角;区格广义剪切变形。

2.1 层间位移与层高之比 (层间位移角)

1) 定义:指楼层层间最大位移与层高之比。

2) 表达式:

式中, Δui为第i层层间位移 (见图1) ;θi为第i层层间位移与层高之比 (第i层层间位移角) ;ui, ui-1为第i层、i-1层位移;hi为第i层层高。

2.2 有害层间位移角

1) 定义:建筑某楼层因弯曲和剪切产生的层间位移与层高之比, 即建筑某层构件因弯曲和剪切变形引起的层间位移角。

2) 表达式:

式中, θi d为第i层有害层间位移角;Δuid为第i层构件弯曲和剪切变形产生的层间位移 (见图1) 。

2.3 区格的广义剪切变形 (简称剪切变形)

1) 定义:剪切变形是将层间位移角中剪力墙、框架和连梁区格各自不同的刚体位移 (转动) 部分去除, 剩下部分的变形。

2) 表达式:

式中, γi j为区格ij剪切变形, 其中脚标i表示区格所在层次, j表示区格序号;Δυi为区格两端的竖向位移差 (见图2) ;θi-1, j为区格ij下楼盖的转角, 以顺时针方向为正;lj为区格ij的宽度;υi-1, j, υi-1, j-1为相应节点的竖向位移。

层间位移角反映剪切型结构的受力特征较为合理, 但与弯曲型或弯剪型结构的受力特征的相关性较差[3]。有害层间位移角主要用来反映剪力墙等弯曲型结构的受力特征, 对整个楼盖的变形采用了平截面假定。从结构受力与变形的相关性来看, 参数γi j即剪切变形较符合实际情况;但就结构的宏观控制而言, 参数θi即层间位移角又较简便。考虑到层间位移控制是一个宏观的侧向刚度指标, 为便于设计人员在工程设计中应用, 我国规范采用了层间最大位移与层高之比Δu/h, 即层间位移角θ作为控制指标。

3 层间位移控制的有效途径及方法

3.1 选用合理的抗侧力体系

选择合理的结构抗侧力体系, 能有效地控制高层建筑地位移。在水平荷载的作用下, 以整体剪切变形为主的结构, 如框架结构, 其上部层间位移较小, 下部层间位移较大[4]。而以整体弯曲变形为主的结构, 如剪力墙结构, 其上部层间位移较大, 下部层间位移较小。结构采用弯曲型和剪切型两种不同变形性质的构件形成一个完整的结构体系, 即弯-剪双重体系, 两种不同变形性质的构件通过楼板进行协同工作, 能明显减小高层结构的顶点位移及层间位移。弯-剪双重抗侧力体系在工程中应用非常广泛, 常见的有框架-混凝土剪力墙体系, 框架-支撑体系, 框架-混凝土筒体等[5]。

3.2 优化结构布置, 控制结构适宜的刚度

在平面布置上, 高层建筑平面宜简单、规则, 减少偏心。在竖向布置上, 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀, 避免有过大的外挑和收进[6]。刚度愈大, 高层建筑中剪力墙或框架柱的数量越多, 尽管结构变形较小, 但地震时吸引了更大的地震力, 使用空间上也有所限制, 且明显增加结构自重, 造成材料浪费, 造价提高。刚度太小, 结构在地震或风荷载作用下变形过大, 可能产生严重后果甚至倒塌。适宜的刚度既能保证结构在地震和风荷载作用下不致产生过大的变形, 又能做到结构设计经济实用。

3.3 设置结构加强层

根据近年来高层建筑的设计经验及理论分析研究, 当框架-核心筒结构的侧向刚度不能满足设计要求时, 可以设置加强层以加强核心筒与周边框架的联系, 提高结构整体刚度, 控制结构位移。可利用高层建筑的避难层、设备层空间, 设置适宜刚度的水平伸臂构件, 形成带加强层的高层建筑结构。必要时, 加强层也可同时设置周边水平环带构件。水平伸臂构件、周边环带构件可采用斜腹杆桁架、实体梁、箱形梁、空腹桁架等形式。

4 结语

1) 对于高层建筑, 风荷载、地震作用产生的水平荷载起主要控制作用, 由水平荷载引起的位移 (水平侧移) 是高层建筑结构设计中一个很重要的指标。

2) 各国规范控制高层建筑水平位移的指标不尽相同, 但大部分国家规范是以层间位移作为控制指标的。从结构受力与变形的相关性来看, 剪切变形作为控制高层建筑水平位移的指标较符合实际情况, 但如何应用到实际工程中还需要进一步研究。

3) 本文介绍了控制高层建筑结构层间位移的几种有效方法, 在进行设计时, 做好分析工作, 选用合理的结构型式和平面、立面布置, 对控制高层建筑的水平侧移会起到事半功倍的效果。

摘要：根据高层建筑结构的受力特点, 阐述了高层建筑结构水平位移的组成和控制水平位移的意义, 分析了控制水平位移的指标参数, 以及我国规范对高层建筑结构水平位移的控制指标, 介绍了控制高层建筑结构水平位移的几种有效方法。

关键词：高层建筑,水平位移,位移控制,层间位移

参考文献

【1】魏琏.高层建筑结构位移控制研讨[J].建筑结构, 2000, 30 (6) :27-30.

【2】GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].

【3】忻鼎康.超高层混凝土结构的层间变形限值[J].建筑结构学报, 2000, 21 (3) :10-15.

【4】邓明科.剪力墙结构基于性能抗震设计的目标层间位移确定方法[J].工程力学, 2008, 25 (11) :141-148.

【5】钱稼茹.高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

【6】JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].

高层建筑结构位移控制 篇2

1 高层建筑的特点

要确保高层建筑施工质量，首先分析下高层建筑的特点，通常而言，高层建筑的主体规模较为庞大，楼层通常在9层以上，台北的101大厦楼层多大101层，高层建筑一般具有复杂的功能，可以用作住房商用等，建筑内部的系统也较为复杂，建设要求指标较高，对施工方的建设水平有较高的要求。

建筑规模大，成本高。高层建筑的质量很大程度上决定与施工材料、施工技术和施工周期。高层建筑的建筑面积较大，需要施工方进行详细的计算，对建筑成本做好预算，确保项目投资能够保证施工材料的质量和施工技术的可靠性，其次，高层建筑的施工周期较长，施工方要统筹各个部门的施工进度，制定科学有效的施工计划，这由施工方的项目投资所决定，项目投资较大则使用质量较高的材料。无论施工方式竞标方还是自主施工方，对前期的成本投入都要做好预算，要确保项目投资能够保证施工质量的可靠性。地基设置较深，施工难度较大。由于高层建筑的地面建筑较多，真个建筑的重量较大，今年来地震等自然灾害频发，坚固的地基不仅能够很好的支撑上层建筑，对抵抗自然灾害有重要的作用，在进行地基施工时，不仅要考虑到地基的坚固问题，还要考虑到综合利用问题，现代高层建筑通常会设置多层地下室，地下室可以用作商用或者停车场。对地基施工周期要做好预算，不能只专注于地标建筑的施工，地基施工质量直接影响整个施工质量。

建筑高，施工技术难度较大。高层建筑最大的特点是高度大，当前世界上最高的建筑为阿联酋的哈利法塔高达828米，这些高度都在不断的挑战着工程的极限，随着高度的增加，风速也不断的增强，温度也越来越低。除了自然因素建筑的造型也影响着施工，要保证建筑造型同时还要抵御自然因素的影响，这些都增加了施工难度。作业空间的限制，施工设备使用率降低。高层建筑是采用垂直向上的方式建造的，低层建筑可以采用与底部面积同样的方式进行扩展，而高层建筑则采用逐级减小的方式进行建造，这样可以保证较大的作业面积。从而保证建筑施工的可行性，施工原材料的运输较为复杂，需要使用垂直升降机或者起重设备进行运输，同地面施工相比，运输方式较为复杂，严重影响施工进度。 工期时间长，受自然气候影响大。高层建筑施工量大，施工周期较长，工程作业要受到季节气候的影响，随着季节的变化，雨雪对高层建筑施工和人员安全的保证都带来了一定的难度。

高层建筑的功能较为复杂，除了本身所要满足的建筑功能外，在建筑内部还要安装电力系统、空调系统、排水系统等，这些复杂的系统相互交错，需要施工方具有良好的设计和组织能力，能够将这些系统有效实用的.结合在一起。

2 施工前期准备措施

2.1 工程地质监测

施工方要对施工地点进行实际考察，对当地的地址进行勘测取样，确保所获得的地址参数的正性，通过对当地地质的检测从而确定当地基岩的厚度，地下含水层的深度，土层的厚度等，这些参数对高层建筑地基的建设有重要的参考价值。有些施工方对地址勘测不重视会造成不可估量的损失，施工方要派遣专业的地址勘测人员进行勘测，从而确保工程参数的准确性，杜绝弄虚作假，编造数据。

2.2 施工设计方案的制定

首先施工方要严把设计关，对高层建筑进行的施工都是按照总设计方案进行的，大到楼层的整体高度，小到建筑内部的布局走线，所以施工设计方案的正确与否直接关系到整个建筑施工的质量，如果是施工方内部指定，公司设计部门要不断的论证讨论设计方案，确保设计方案中的每个细节都不要出现问题。施工设计方案可以聘用建筑设计院进行制定，这样可以保证较高的施工质量，施工单位要严格考证所聘用的设计方的资质。整体设计方案制定后，应该将设计图纸交由施工图审查机构对施工图纸进行严格的审查，当存在问题时应该要求设计部门进行整改，消除违法建设和安全隐患，严格确保设计方案的可靠性。

3 施工材料的质量控制

3.1 施工原材料的选择

建筑的质量很大程度上依赖于建筑材料的质量，在高层建筑中用到了大量的水泥、钢筋、沙石等材料，建筑施工部门中的材料检验人员要严格把好质量关，确保使用的建筑材料符合建筑施工要求，杜绝收受红包采用劣质产品的现象。对于使用的原材料要进行抽样检测，对不符合要求的产品杜绝使用，其中所要检测的重要材料有，钢筋的规格是否符合要求，混凝土的结构轻度是否符合要求等。

3.2 施工设备的选择

建筑施工进度对建筑质量也有重要影响，通常施工企业会与投资方签订项目验收时间，这就给施工方带来一定的时间压力，如果工程时间紧迫，施工方往往会偷工减料，降低工程质量，所以施工方应当适当选用高效的施工设备来提高工作效率，常见的施工设备有打夯机、搅拌机等，从而确保施工质量。

4 施工技术管理措施

4.1 对施工测量的控制

对于高层建筑而言，要把握好施工精度较难，在施工中经常存在着移位或者偏差的现象，要确保建筑的整体高度、长度和宽度满足要求，要做到3线控制，确保垂直度、轴线和标高线的准确。通常情况下垂直度要根据高层建筑的柱网的分布情况，将建筑物的四角边墙沿纵横向测设到一层转交边墙上，并进行标记，以此作为测量用的垂直度的标准。轴线通常使用经纬仪结合激光仪的方式进行获取。标高线可以在每层预设四个洞作为标高定位，但由于浇筑，加膜等原因会造成基准标高点不准确，这时可采用多层标高复核，使用水准仪进行抄平，以确保标高的准确性。

4.2 施工中混凝土和钢筋的使用

在施工时，会用到大量的混凝土，要保证混凝土的强度满足要求，防止混凝土的离散型过大，而造成强度过低的问题，混凝土的质量将直接影响到整个高层建筑的质量。除了混凝土以外，钢筋对高层建筑的支撑力也起到重要影响，钢筋的质量有材料监管部门负责，而对施工中钢筋的使用则有施工部门进行负责，施工部门要根据建筑强度的要求使用钢筋，做到改用钢筋的地方不能用其他材料取代。

4.3 高层建筑裂缝的处理

通常高层建筑中的混凝土强度较高，很容易产生裂缝现象，水泥的热化作用，也会释放大量的热量，从而导致混凝土的温度变化，由于温度应力和收缩应力的作用，往往会产生裂缝现象。裂缝不仅使建筑物的美观受到影响，同时还对建筑物的整体的耐用性产生影响。为了避免产生裂缝，可以选用中低热的水泥，尽量减少大体积混凝土的使用量，同时可以掺杂适量的缓凝剂从而减少裂缝的产生。

5 施工人员的管理

施工队伍的素质对高层建筑的施工质量有很大影响，在进行建设施工时，应对施工个负责人进行任务分配，下达相应的任务指标，定期对指标进行检查，确保工期的进度。对施工人员的管理则更为重要，首先要确保施工人员听从指挥，按照

施工设计方案进行施工。其次需要施工人员具有一定的专业水准，能够看懂设计方案自行进行操作。再次需要施工人员要有强烈的敬业精神，按照预期完成建设任务，进制无故旷工、磨洋工的现象。

总之，现代高层建筑的建设，需要采取合理科学的施工质量的管理与控制，做好预算、施工、管理，在施工中要时刻注意影响施工质量的各个隐患，对施工中的各个细节进行统一管理和控制，确保工程施工的质量。

参考文献：

[1]周建平.浅谈高层建筑施工的控制重点[J].建材与装饰.(8):194-195.

[2]伞国涛,高玉龙.高层建筑施工质量控制措施浅析[J].黑龙江科技信息. (17): 241.

[3]闫震,王海周.高层建筑施工质量管理控制措施探析[J].中国新技术新产品.2010(6):175.

高层建筑结构位移控制 篇3

建筑结构的抗震要求是具有足够的刚度和承载力以抵御小震，具有足够的变形和耗能能力以抵御大震。震害、实验和理论分析都表明，变形能力不足和耗能能力不足是结构在大震作用下倒塌的主要原因。结构构件在地震作用下的破坏程度与结构的位移响应和构件的变形能力有关，用位移控制结构在大震作用下行为更为合理。在基于力的抗震设计基础上，这种新的设计方法以预期的结构位移反应为设计目标，实现了结构在设计地震作用下预期的性能要求，以结构、构件的变形能力设计为依据，设计者可更好地控制结构在地震作用下的行为，防止结构由于变形能力不足而破坏。

基于位移的抗震设计的基本思想是基于“投资—效益”准则和强调结构“个性”，即在未来抗震设计中，在不同强度水平地震作用下，能够有效地控制建筑的破坏状态，使建筑物实现明确的不同性能水平，从而使建筑物在整个生命周期内，在遭遇可能发生的地震作用下，总体费用达到最小。

2 基于位移的抗震设计方法分析

基于位移的抗震设计是一种以变形位移、层间侧移角为性能指标，进行结构及构件的设计。在这种方法中，位移是已知的给定输入量，而强度和刚度则是设计的输出结果。基于位移的抗震设计方法目前大致可以分为用位移延性系数设计的方法、能力谱设计方法。

2.1 按延性系数设计的方法

延性系数法是利用的延性(对应结构或构件的变形能力)和要求的延性对应结构或构件的需求延性，即目标延性的计算方法，将延性需求和可资利用的延性作对比，以评价结构的抗震性能并用于考虑扭转影响的延性结构基于位移的设计。延性反映了结构或构件非弹性变形的能力。这种能力能保证强度不会因为发生非弹性变形而急剧下降。延性通常包括结构延性、构件延性和截面延性。其中结构延性又称为整体延性，构件延性和截面延性又称为局部延性，结构的整体延性与结构中的构件的局部延性密切相关。结构延性可以用顶点位移延性或层间位移延性来表示构件延性与塑性铰区长度和截面延性等有关截面延性与其几何形状、混凝土强度、轴压比、纵筋配筋率和含箍特征值等因素有关。

衡量延性的量化设计指标，最常用的是曲率延性系数和位移延性系数，二者的定义为截面构件屈服后的曲率位移与屈服曲率位移之比。设计中一般关心的是最大曲率位移延性系数，用公式表示如下：

式中，φH和φy分别表示塑性铰区截面的极限曲率和屈服曲率;ΔH和Δy分别表示延性构件的极限位移和屈服位移。

按延性系数设计的方法实际上是通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系，由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到所要求的极限压应变，从而使得构件具有要求的延性系数。使用此种方法时必须认识到所选择的位移延性水平将直接影响到结构的地震破坏程度。

用位移延性系数描述构件的弹塑性变形能力最大的问题是如何定义结构和构件的屈服位移和极限位移。不同的定义得到的延性系数可能相差很大。通常屈服位移是指临界截面受拉钢筋屈服时的位移，极限位移是指临界截面最外边缘受压混凝土达到极限压应变时的位移。然而在具体计算时，对屈服位移和极限位移存在不同的理解，特别是当荷载—位移曲线无明显的转折点时以及荷载—位移曲线有下降段时。

2.2 能力谱法

能力谱设计方法的基本思想是：对己设计好的结构进行静力弹塑性分析，将分析的结果基底剪力—顶点位移关系曲线转化成一条能力谱曲线(加速度Sa与位移Sd关系曲线)，同时将设计地震反应谱曲线转化成一条需求谱曲线。将这两条曲线放入同一坐标系中，若两曲线相交，可以求得交点(性能点)的位移，此位移称为结构的目标位移。同时根据图示的方法可以直观的评价结构在给定地震作用下的性能。若两曲线无交点，说明结构需要加固处理或需要重新设计;如交点存在，可以根据交点的坐标反推出结构所处的状态。能力谱法计算步骤如下：

(1)按规范进行结构承载力设计;

(2)用静力弹塑性分析方法计算结构的基底剪力Vb与顶点位移Un。

(3)建立能力谱曲线。

对于高度不是很高、地震反应以第一振型为主的建筑结构，可以用等效单自由度体系代替原多自由度体系分析结构。因此，可以按下式将Vb-Un曲线转换为谱加速度Sa与谱位Sd关系曲线。

(4)建立需求谱曲线，提高结构和构件的延性水平。

结构的延性一般用结构顶点的延性系数表示：

式中：Δμq-结构顶点屈服位移;

μ-结构顶点延性系数;

Δμz-结构顶点弹塑性位移限制。

一般认为，在抗震结构中结构顶点延性系数μ应不小于3～4。结构的顶点位移△是由楼层的层间位移Δμi累积产生的，而层间位移又是由结构构件的变形形成的。因此，要求结构具有一定的延性就必须保证结构构件有足够大的延性，主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土受压或剪切破坏以及钢筋锚固失效和粘结破坏。

为提高结构和构件的延性水平，避免脆性破坏，应主要注意以下两点：

a.轴压比限制。轴压比是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土边缘先达到其极限压应变的主要指标。根据试验研究表明，柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低，尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不甚明显。所以，抗震结构应限制偏心受压构件的轴压比。

b.剪压比限制。现行的钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力的设计表达式，是基于斜截面上箍筋基本能达到抗拉屈服强度，其受剪承载力随配箍特征值的增长呈线性关系。试验表明，配箍特征值过大时箍筋不能充分发挥其强度，构件将呈腹部混凝土斜压破坏;同时剪压比对构件变形性能也有显著影响，因此限制剪压比，实质上也是对构件最小截面的要求。

(5)检验结构的抗震能力。

将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系中，若两条曲线没有交点，表明结构的抗震能力不足，预期结构会发生不可修复的破坏或倒塌，需要重新设计：若两条曲线相交，表明结构能够抵抗该地震作用，交点对应的位移即等效单自由度体系在该地震作用下的谱位移(地震需求位移)。将谱位移按式转换为原结构的顶点位移，根据该位移在原结构Vb-Un曲线上的位置，即可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的曲率、截面边缘混凝土的压应变等，综合检验结构的抗震能力。

与以力为基础和以位移为基础的2种抗震设计方法相比，能力谱方法的特点是将能力和需求用位移与加速度关系由图给出，表征结构性能的4个基本参数(强度、位移、延性、弹性刚度)分别由加速度Sa，位移Sd，延性系数U和弹性周期T表示，能力与需求图能清晰地表示出结构的抗震能力与其地震响应的关系，概念明确，设计参数容易控制。当知周期和目标延性时，用能力谱方法进行的估算就是以力为基础的设计过程;当已知目标位移和延性时，用能力谱方法进行的估算就是以位移为基础的设计过程，说明用能力谱力法可以适应以力为基础和以位移为基础的2种抗震设计的需要。

小结

随着高层与超高层建筑的不断出现，震害对这些建筑的威胁越来越严重，对高层建筑的抗震分析也越来越具有广泛而现实的意义。当前，相应的工程时间研究者已取得很多成果，如弹塑性分析方法、能力谱方法等，但是在应用方面还存在许多不足，因此，需要设计和工程实践人员不断研究。

摘要：简要介绍了高层建筑中基于位移的抗震设计理念, 并结合自身工作实践着重分析了基于位移的抗震设计的基本方法及其设计过程。

关键词：基于位移,实践,抗震设计

参考文献

[1]姜锐.建筑结构基于位移的抗震设计方法研究[J].太原科技大学学报, 2005.

[2]吴波.直接基于位移可靠度的抗震设计方法中目标位移代表值的确定[J].地震工程与工程振动, 2002.

高层建筑结构位移控制 篇4

1工程概况

某建筑办公楼为框架剪力墙结构，建筑面积21573m2，地下建筑面积3824m2，建筑物总高49.2m，地上十一层，地下一层，基础类型：筏型混凝土基础，混凝土强度等级C30，抗渗等级P6，主体结构混凝土：内外剪力墙、梁、柱及现浇板均为C30。

2混凝土施工技术工艺

1)前期准备。所有混凝土均采用商品混凝土，利用汽车泵接水平管进行浇捣。所有商品混凝土由搅拌站集中提供，混凝土标号C40，抗渗S8，各个搅拌站在拌制商品混凝土时，统一使用同一种低水化热的水泥，同一种混凝土配合比，粉煤灰的掺量、品种、全部统一，确保到场的混凝土的一致性。混凝土浇捣前，在基坑边搭设临时混凝土浇筑总指挥台，对现场上的泵车、拌车供料及劳动力高度、馄凝土质量控制，浇捣方量统计等各方面进行统一的有条不紊的指挥控制。同时对现场泵车及馄凝土搅拌车进行统一编号，分清混凝土标号，做出标识，以利调度指挥。

2)混凝土拌制输送。在拌制时应尽可能集中拌制，有条件的可采用商品混凝土，

为了降低水化热，配制混凝土时宜掺加减水剂和粉煤灰或沸石粉，以碱少水泥用量和改善混凑士的合易性。宜采用发热量较低的矿渣水泥来配制混凝土。当混凝土采用混凝土泵输送浇筑时，可掺加泵送剂。每台泵车正式输送混凝土前，应配置1:2的水泥砂浆0.5m3作为润滑输送泵管作用，并在泵车试车正常后方可供料;每台泵车有专人操作，服从指挥台统一指挥，按前台要求放慢或加快泵送速度;在混凝土供应不上时，不能长时间的停止泵送，一般作间隔推动，防止泵管阻塞;泵车出料口出料时，混凝土不得对准墙柱插筋冲击，避免插筋位移。使用振动器人员全部戴绝缘手套，穿橡胶鞋，电箱要装漏电装置。

高层建筑结构位移控制 篇5

在现行普遍应用的PKPM结构计算软件中, 位移比、周期比作为SATWE的重要计算参数指标, 在实际工程中也是比较难调的, 为此我们应弄清其本质。高规3.7条, 抗规5.5条中均对位移比做出的要求, 周期比只在高规3.4.5条中做出了规定, 对于多层结构, 周期比可适当放宽要求。

2 位移比、周期比的本质探讨

位移比、周期比的本质在于控制扭转变形。我们不妨设想一个极端情况, X或Y方向两端刚度分别为1和1000, 显然这是明显的刚度不均匀, 水平力作用下势必造成扭转变形, 刚度小的那端扭转变形非常大, 表现出来的就是位移比非常大, 表现在周期上则会出现第一周期为扭转周期或周期系数中扭转成分很大。同样的思维, 我们能想象外部刚度和内部刚度的不均匀分布也会造成上述现象。由此我们在实际工程中要想实现较好的位移比、周期比控制值应努力做到建筑结构刚度均匀分布。

3 位移比、周期比的概念控制

在方案初期, 我们就应考虑相对规则的建筑结构, 当然在建筑日新月异发展的今天, 各种奇特造型的建筑突起, 让建筑师屈服于结构改变建筑风格, 基本不可能, 这就需要我们结构设计人员在不可能中寻找可能。第一, 我们需判断哪一侧扭转变形大, X方向或Y方向两侧刚度不均匀时, 刚度小的一侧扭转变形大;外部刚度相对内部刚度不合理的, 外部刚度弱的那侧扭转变形大。借助软件我们也可以进行判断, 在SATWE分析结果图形和文本显示中均可查看, 这里就不列举了。

既然我们知道了刚度均匀是本质, 那要调整位移比、周期比无怪乎就是把刚度往均匀分布的方向靠近, 刚度大的做减法, 刚度小的做加法。在实际工程中内部结构的减法一般都能实现, 而外部结构的加法受限较多。这里需要注意的是在框剪结构中还应注意框架部分承担的地震倾覆力矩占总地震倾覆力矩的比例, 满足高规8.1.3条、抗震规范第6.1.3条中相关规定, 不能一味的减少剪力墙, 对有平面突变的结构还应注意楼层抗剪承载力、及承载力比值满足抗规3.4.3条中0.8限值, 避免出现竖向不规则情况。

4 实际工程应注意的一些问题

4.1 规范规定

高规3.4.5:结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下, 楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移, A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍, 不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍, 不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比, A级高度高层建筑不应大于0.9, B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。注:当楼层的最大层间位移角不大于本规程第3.7.3条规定的限值的40%时, 该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值可适当放松, 但不应大于1.6。

4.2 实际工程中不满足规范规定时的调整方法

(1) 程序调整:程序无法实现。

(2) 人工调整:改变结构平面布置, 提高结构的扭转刚度。总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度 (减小第一扭转周期) , 适当削弱结构中间墙、柱的刚度 (增大第一平动周期) 。周边布置要均匀、对称、连续, 有较大凹凸的部位加拉梁等 (减小变形) , 减小结构质心与刚心的偏心距。 (在SATWE分析结果图形和文本显示中可查) 亦可找出最大位移比所对应的位置, 可加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。

图1为本人近期做的一个高层公共建筑结构平面, 在设计过程中就遇到了上述问题。根据本工程建筑功能、平面布置利用电梯间、楼梯间等竖向交通盒及设备管井布置剪力墙, 并组合成筒体布置形式, 从图中可以看出南北端不对称, 偏心较大, 为调整结构刚心, 加强结构抗扭刚度, 考虑到公共建筑考虑外立面及采光等要求, 在外围结构上做加法受限, 利用建筑周边的角部房间在外围增加剪力墙结构, 并加强北部远离核心筒位置的剪力墙, 以减小结构的扭转位移量差值, 弱化偏心带来的扭转影响。

4.3 一些应注意的问题

(1) 位移比其实是小震不坏、大震不倒的一个抗震措施, 是考察结构扭转效应, 限制结构实际扭转的量值。扭转所产生的扭矩, 以剪应力的形式存在, 一般构件的破坏准则通常是由剪切决定的, 所以扭转比平动危害大。在实际工程中调整结构扭转参数的重点不是非要把刚心和质心重合 (实际工程这种可能性较小) , 重点在于调整由结构抗扭刚度和因刚心质心偏心产生的扭转效应的比值, 同时兼顾调整刚心和质心的偏心。我们在验算位移比时一般应选择“强制刚性楼板假定”, 但这只是为了有一个量化参考标准, 而不是这样的概念才是正确的, 软件设置需要一个包络设计, 能涵盖大部分结构工程, 而且符合规范要求, 做设计时, 应遵循实事求是的原则, 而不是一味要求“采用刚性板假定”, 对于有转换层等复杂高层或结构凸凹不规则或楼板局部不连续的建筑, 应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型或者采取一定的构造措施符合刚性楼板假定。位移比应考虑偶然偏心、不考虑双向地震作用。

(2) 控制周期比主要是为了控制当相邻两个振型较接近时由于震动偶联而造成结构的扭转效应增大。周期比是控制侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系, 而非其绝对大小, 它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理, 使结构不至于出现过大的扭转效应, 不是要求结构是否足够结实而是要求结构承载布局合理。实际工程中周期比不满足要求时, 一般只能通过调整平面布局来改善, 这种改变一般是整体性的, 局部小的调整往往收效甚微。当不满足周期比时, 若层位移角控制潜力较大, 宜减小结构内部竖向构件刚度, 增大平动周期;当不满足周期比且层位移角控制潜力不大, 应检查是否存在扭转刚度特别小的楼层, 若存在则应加强该楼层 (构件) 的抗扭刚度, 如若各层抗扭刚度无突变则应加大整个结构的抗扭刚度。

5 结束语

在利用PKPM等软件进行结构设计时, 常常会遇到周期比、位移比不满足规范的情况, 它们的本质是控制扭转变形, 是扭转刚度的指标, 是让我们把结构布置的尽量均匀, 所以弄清其本质及一些在实际工作中的具体细节是很有必要的。

摘要：简要介绍规范中位移比、周期比的要求, 结合本人工程设计经验, 对位移比、周期比进行一些探讨和思考, 强调控制扭转变形的重要性, 简要介绍位移比、周期比的基本概念、理论知识、程序操作及在实际工程中的控制方法和注意事项。

关键词：位移比,周期比,扭转变形

参考文献

[1]高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010.

[2]建筑抗震设计规范GB 50011-2010.

[3]傅学怡.实用高层建筑结构设计.

高层剪力墙结构层间位移角的调整 篇6

关键词：风荷载,高层剪力墙结构,层间位移角,调整

一般对高层建筑结构的设计包括两个方面:承载能力极限状态和正常使用极限状态。对高层建筑, 结构设计往往是由正常使用极限状态来控制。这就要求高层建筑在地震或风荷载作用下要满足水平变形的要求, 水平变形过大则导致:

1) 竖向结构构件产生裂缝或损坏, 进而影响结构的承载力;2) 幕墙、隔墙、填充墙等非结构构件损坏;3) 结构的整体稳定性受到影响。因此JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[1]第3.7.3条和GB 50011—2010建筑抗震设计规范[2]第5.5.1条规定高度不大于150 m的高层建筑, 对纯剪力墙结构其楼层层间最大位移与层高之比Δui/hi不宜大于1/1 000。而对高层建筑弹性层间位移角主要是由风荷载控制, 地震作用往往不起控制作用, 特别是在低烈度地区的沿海城市风荷载控制层间位移角尤为突出。

1 弹性层间位移角的解析

层间位移角在宏观上反映了建筑物侧向刚度的大小, 对层间位移角的控制也就是保证了高层建筑结构具有必要的抗侧刚度。弹性层间位移角为楼层层间最大弹性水平位移与对应楼层层高之比, 即:θi=Δui/hi。其限值[θi]为钢筋混凝土竖向构件开裂时对应的层间位移角。由层间位移角的公式可知, 求得楼层层间最大弹性水平位移即可得层间位移角。因此控制层间位移角相当于控制该楼层所有竖向构件的层间位移, 当楼盖为刚性时, 对于大多数不对称结构, 则同一榀抗侧力结构各竖向构件的层间位移角可视为相等 (层高一致时) [3]。由于高层建筑在水平力的作用下扭转效应几乎无法避免, 所以Δui的最大值一般在结构单元的尽端处。楼层层间最大位移Δui以楼层竖向构件最大的水平位移差计算, 不扣除整体弯曲转角产生的侧移, 主要是因为高度不大于150 m的常规高度高层建筑的整体弯曲变形相对影响较小, 但当高度超过150 m时, 以弯曲变形为主的高层建筑结构整体弯曲变形产生的侧移即非受力位移有较快的增长, 增长的部分在整体层间侧移中占有相当的比例, 所以应扣除此部分的变形, 若不扣除此部分的变形, 则位移角限值可以适当放宽。层间位移Δui包括非受力位移Δui-1和受力位移Δuid, 如图1所示, 其中受力位移引起的变形为有害变形, 它对应的是有害层间位移角θid。

当各层层高相等时, 即hi=hi-1, 假如C点作用有剪力Qi, 弯矩Mi, 层间的剪力墙作为刚体, 自身不发生变形, 刚体在第i层底发生转角θi-1, 即第i-1层的层间位移角继续向上延伸所得。则第i层的层间位移Δui[3]为:

非受力位移:

另外, 由图1的几何关系可知:

其中, E, G分别为墙体材料弹性模量及剪切模量;Ii, Fii分别为墙体截面绕厚度方向的抗弯刚度及截面面积;μ为截面剪应力不均匀系数;Δui为第i层的层间位移;Δui-1为第i-1层的层间位移亦等于第i层底部转角引起的刚体位移, 即为非受力位移;Δuid为第i层的有害层间位移即第i层的受力位移;ui为第i层的位移, 图1中CC'之间的距离;ui-1为第i-1层的位移, 图1中BB'之间的距离;θi为第i层弹性层间位移角;θi-1为第i-1层弹性层间位移角;θid为第i层有害层间位移角即第i层上、下楼盖的转角差由受力位移引起;hi为第i层层高;hi-1为第i-1层层高。

2 工程实例

2.1 工程简介

本工程为南方某7号楼, 地震设防烈度为7度 (0.1g) , 场地类别为Ⅲ类, 剪力墙结构, 50年一遇基本风压为0.8 k Pa, 地面粗糙度为B类, X方向建筑长44 m, Y方向建筑最大宽度18.2 m, 最小宽度9.9 m, 总高度99.99 m。

2.2 层间位移角调整的过程

根据建筑墙体布置和使建筑两个方向的动力特性相近。由于Y向为建筑物的弱向, 需在Y向布置剪力墙多一些, 然后采用SATWE软件试算, 计算时采用全楼面刚性楼板假定。计算结果见图2。

由计算知:地震作用下的层间位移角均满足规范的要求, 但在风荷载作用下, X向最大层间位移角出现在13层, 为1/1 566, 满足规范要求;Y向最大层间位移角出现在24层, 为1/908, 不满足规范要求;可见对此建筑的层间位移角风荷载起控制作用。

由于Y向层间位移角与规范相差很大, 通过局部调整, 无法满足规范要求, 因此可通过下列手段调整结构的抗侧刚度:

1) 调整Y向剪力墙的结构布置, 增加Y向剪力墙的数量;

2) 高层建筑的剪力墙最好不要有一字墙, 更不要有一字短肢墙, Y向剪力墙应尽量做成L形或者T形, 若由于建筑要求不得不做成一字墙, 则在剪力墙端部做成端柱的形式;

3) 建筑物平面外侧剪力墙的刚度对结构的整体刚度有着十分显著的影响, 因此要加大Y向外侧剪力墙的刚度, 若剪力墙由于建筑洞口要求不得不在Y向分段, 则各墙段之间应用高连梁连接, 以很好的传递各墙段之间的刚度。根据JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程5.2.1条及其条文说明在风荷载作用效应计算时可不考虑连梁的刚度折减;

4) X向与Y向的剪力墙刚度不是各自孤立的, 而是相互联系, 相互影响的;减小远离Y轴与Y向剪力墙相连的X向的剪力墙的长度会影响Y向剪力墙的刚度, 进而影响Y向的层间位移角;

5) 加强整体结构外围如L形墙体X向的短墙肢的厚度和连接L形墙体之间X向连梁或梁的宽度, 对Y向剪力墙的抗侧刚度的贡献是很可观的, 就像增加工字形截面的翼缘一样增大了截面刚度;但是增大X向连梁或梁的高度对Y向层间位移角的影响甚微;

6) 增加建筑物外围Y向剪力墙的厚度, 尤其是远离X轴的Y向剪力墙的厚度效果更佳;

7) 查看计算结果, 看哪一层或几层的层间位移角不满足规范要求, 针对性的改变不满足要求的那几层的混凝土强度等级, 对改变Y向层间位移角是有效的;

8) Y向的层间位移角由风荷载控制, 但是X向的层间位移角由地震作用控制, 无论何种荷载或作用起控制作用, 尽量使两个方向的动力特性相近, 在增大一个方向抗侧刚度的同时应兼顾到另一方向的抗侧刚度, 调整的过程应相互协调。

通过1) , 2) 两种方法的调整, 查看计算结果可知, 层间位移角为1/980, 已经接近规范要求, 但仍然不满足规范。此时继续调整Y向刚度, 但不需要布置剪力墙, 可以通过3) 步~8) 步进行微调, 然后继续计算, 通过查看计算结果, 最后在风荷载作用下Y向最大层间位移角为1/1 004, X向为1/1 705, 均满足规范要求。

3 结语

通过对层间位移角的解析和对工程实例进行调整计算, 可得结论:1) 层间位移角θi由两部分组成, 一部分为受力位移产生的转角即有害位移角θid, 另一部分为非受力位移产生的转角即本层相邻下一层的层间位移角θi-1。对于层间位移角θi, 如果其主要部分是由非受力位移角θi-1引起, 则结构是没有危险的, 剪力墙结构是安全的;反之, 如θi主要系由受力位移角引起, 则由于剪力墙为脆性结构, 应对层间位移角严加控制;2) 加强Y向外侧剪力墙的刚度, Y向各分段的剪力墙之间用高连梁连接, 其刚度可以不折减;3) X向与Y向剪力墙的刚度不是孤立的, 而是相互影响的, 尤其是在建筑物外侧, 其相互影响性更加明显, 减弱X向剪力墙会影响到Y向剪力墙的刚度;4) 增加建筑物外围X向的如L形较短边的剪力墙的厚度, 同时增加两短肢墙之间X向梁的宽度, 对Y向的抗侧刚度影响显著;5) 改变建筑物外围Y向剪力墙的厚度对层间位移角影响比较显著, 尤其是改变远离X轴的Y向剪力墙的厚度;6) 改变层间位移角不满足要求的某一层或几层的剪力墙的混凝土强度等级对改变Y向层间位移角有帮助。

参考文献

[1]JGJ 3—2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].