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3 卷 首 语 EDITOR'S WORDS EDITOR'S WORDS 卷 首 语 去 小 区 物 业 办 事, 看 到 的 一 幕 很 让 人 感 慨, 写 下 来 等 苦 恼 的 时 候 拿 出 来 看 看, 可 以 再 鞭 策 一 下 自 己 一 位 业 主 和 他 的 家 人 们 到 物 业 交 涉 房 子 漏 雨 问 题, 我 看 到 的 时 候 这 位 带 着 眼 镜 本 来 应 该 还 算 斯 文 的 业 主 已 经 怒 不 可 遏, 嘴 里 大 声 嚷 嚷 着 你 不 管 是 吧?, 然 后 用 身 体 很 用 力 地 撞 面 前 的 桌 子 桌 子 上 的 显 示 屏 倒 了, 砸 在 物 业 人 员 的 胳 膊 上, 姑 娘 实 在 受 不 了 委 屈, 捂 着 脸 哭 了 起 来 刚 看 到 这 一 幕 时, 很 为 物 业 姑 娘 抱 不 平 : 凭 什 么 呀? 有 事 说 事, 这 是 干 什 么? 现 在 的 人 都 怎 么 了? 缺 乏 修 养 不 过 又 转 念 到 业 主 的 位 置 上 想 : 房 子 有 问 题 不 找 你 找 谁 呀? 我 没 交 物 业 费 吗? 已 经 和 你 们 说 过 不 止 一 次 了, 还 不 给 解 决, 装 修 和 家 电 损 坏 了 你 们 赔 吗? 只 是 挂 个 电 话, 告 诉 我 已 经 向 上 级 反 映 过 了, 上 级 说 也 没 办 法, 糊 弄 谁 呢? 一 副 公 事 公 办, 事 不 关 己 的 态 度, 看 着 就 让 人 生 气 马 上 又 替 物 业 姑 娘 感 觉 有 点 冤 : 这 活 没 法 干 了, 一 个 月 就 挣 这 几 个 钱, 还 得 平 白 无 故 的 受 人 窝 囊 气 领 导 都 说 暂 时 解 决 不 了, 我 有 什 么 办 法, 让 我 给 你 修 去 啊 我 要 是 没 给 你 想 办 法, 也 就 算 了, 我 能 做 的 都 做 了 啊, 太 欺 负 人 了 上 述 的 情 景 没 什 么 稀 奇 的, 相 信 各 位 也 不 止 一 次 看 到 或 经 历 过 类 似 的 情 况 但 这 一 幕 总 是 在 脑 海 里 回 荡, 挥 之 不 去, 让 我 联 想 到 PKPM 软 件 与 用 户 我 们 在 工 作 中 是 不 是 也 曾 给 自 己 找 出 过 无 数 个 理 由 来 辩 解 : PKPM 用 户 这 么 多, 哪 能 都 服 务 的 那 么 到 位? 人 编 的 软 件, 有 没 毛 病 的 吗? 根 本 就 不 是 软 件 自 身 的 问 题, 是 你 自 己 犯 的 错, 我 们 还 不 够 耐 心 吗? 这 几 年 我 们 PKPM 进 步 的 够 快 的 了, 你 们 还 想 怎 么 样? 这 事 跟 我 没 关 系 啊, 要 不 你 跟 我 们 领 导 反 映 反 映 我 们 没 挣 多 少 钱, 大 家 不 过 都 是 在 混 口 饭 吃, 您 老 就 多 担 待 吧 我 们 可 是 高 科 技 企 业, 素 质 都 挺 高 的, 您 可 不 能 无 理 取 闹 仔 细 想 想, 这 些 理 由 没 有 一 条 是 成 立 的 PKPM 软 件 是 干 嘛 的? 卖 完 了 软 件 就 是 应 该 给 用 户 服 务 好 的 用 户 会 长 期 对 一 个 自 高 自 大 的 品 牌 保 持 忠 诚 吗? 这 世 界 上 没 有 最 好, 只 有 每 一 天 尽 心 尽 力 做 到 更 好 我 们 所 做 到 的 离 用 户 的 要 求 还 有 很 大 的 差 距, 唯 有 竭 尽 全 力 才 对 得 起 那 么 多 的 期 许 甚 至 是 忍 耐 还 是 小 米 手 机 的 雷 军 说 的 特 别 对 : 顾 客 不 是 上 帝, 因 为 中 国 没 几 个 人 信 上 帝, 我 们 把 顾 客 当 朋 友 PKPM 应 该 有 更 多 的 用 户 朋 友, 并 且 应 该 在 朋 友 们 的 鞭 策 下 更 快 的 进 步 建 研 科 技 股 份 有 限 公 司 设 计 软 件 事 业 部 主 任 : 杨 志 勇 1

4 TECHNICAL ADVISOR EDITOR IN CHIEF EXECUTIVE EDITOR COMMISSIONER 顾 问 金 新 阳 主 编 杨 志 勇 执 行 编 辑 曲 盛 男 编 委 马 恩 成 朱 伟 朱 春 明 刘 岩 邱 顺 冬 邹 军 沈 文 都 沈 耀 军 张 永 炜 张 志 远 赵 志 安 姜 立 夏 绪 勇 顾 维 平 黄 立 新 黄 吉 锋 ( 按 姓 氏 笔 划 为 序 ) 26 EDITOR ADD ZIP TEL FAX 编 辑 PKPM 新 天 地 编 辑 部 邮 箱 editor@cabrtech.com 地 址 北 京 市 北 三 环 东 路 30 号 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 主 楼 17 层 邮 编 电 话 传 真 投 稿 须 知 请 提 供 稿 件 的 电 子 文 档 以 及 稿 件 中 相 关 图 片 的 电 子 文 档 ( 涉 及 到 DWG 文 件, 请 提 DWG 文 件 ) 请 在 电 子 邮 件 的 主 题 中 注 明 投 稿 字 样 本 刊 图 文 版 权 所 有, 未 经 同 意 不 得 转 载 或 摘 编 发 现 装 订 错 误 或 缺 页, 请 将 杂 志 寄 回 本 刊 编 辑 部 即 可 得 到 调 换 29 快 来 挑 错 PKPM 新 天 地 广 大 读 者 朋 友, 我 们 的 传 统 挑 错 活 动 会 一 直 进 行 下 去, 欢 迎 大 家 指 正 凡 是 参 加 挑 错 活 动 的 读 者, 都 会 得 到 我 们 一 份 小 礼 品! 挑 错 专 用 信 箱 :editor@cabrtech.com 2014 年 第 1 期 挑 错 名 单 : 邵 明 伟 付 小 林 徐 颖 强 秋 林 枫 叶 2014 年 第 1 期 以 上 5 位 读 者 将 收 到 PKPM 送 出 的 礼 物! 感 谢 大 家 对 我 们 的 支 持! 67 2

5 CONTENTS 目 录 1 卷 首 语 /EDITOR'S WORDS 杨 志 勇 工 程 师 手 记 /ENGINEER'S NOTES 关 于 含 少 量 剪 力 墙 的 框 架 结 构 和 含 少 量 框 架 的 剪 力 墙 结 构 的 设 计 思 路 探 讨 / 徐 盼 浅 谈 如 何 解 决 框 架 梁 柱 节 点 核 心 区 抗 剪 超 的 问 题 / 施 春 亮 半 地 下 室 结 构 设 计 简 析 / 李 灿 辉 建 筑 工 程 电 梯 结 构 设 计 要 点 / 欧 小 燕 二 道 防 线 设 计 中 的 刚 度 折 减 和 地 震 剪 力 调 整 / 赵 清 清 结 构 嵌 固 端 相 关 问 题 浅 析 / 冯 晓 敏 武 汉 公 交 信 息 中 心 基 础 方 案 分 析 / 谌 文 郑 敏 浅 议 锚 杆 静 压 桩 在 设 计 过 程 中 的 应 用 / 韦 正 平 单 层 混 凝 土 框 架 结 构 的 优 化 设 计 / 谢 胜 杰 结 构 软 件 应 用 /STRUCTURE SOFTWARE 42 PKPM 钢 结 构 设 计 软 件 应 用 ( 一 ) 桁 架 设 计 应 用 / 夏 绪 勇 更 上 一 层 楼 /HIGHER LEVEL 对 规 范 若 干 条 文 的 理 解 ( 续 二 )/ 胡 允 棒 中 美 规 范 风 荷 载 的 对 比 分 析 / 张 维 秀 王 为 张 元 琦 高 层 框 架 - 核 心 筒 结 构 抗 震 性 能 设 计 与 优 化 / 陈 辉 其 他 软 件 应 用 /OTHER SOFTWARE BIM 及 建 筑 CAD 软 件 中 几 何 内 核 应 用 研 究 / 郑 国 勤 于 贵 友 迟 小 羽 太 阳 能 热 水 系 统 与 高 层 住 宅 的 一 体 化 设 计 浅 析 / 朱 峰 磊 新 国 标 下 绿 色 建 筑 设 计 软 件 工 具 的 设 计 与 研 发 思 路 / 王 梦 林 结 合 建 筑 日 照 计 算 参 数 标 准 探 讨 日 照 软 件 的 选 择 / 王 会 一 刘 平 刘 立 旺 张 丹 PKPM 最 新 动 态 /LATEST NEWS 第 三 届 PKPM 全 国 合 作 伙 伴 会 议 圆 满 落 幕 PKPMv2.1 版 全 国 培 训 回 顾 知 识 堂 /EDITOR'S ANSWERS 3

6 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 关于含少量剪力墙的框架结构 和含少量框架的剪力墙结构的设计思路探讨 徐盼 / 长沙有色冶金设计研究院有限公司 1 引言 钢筋混凝土结构以其良好的抗震性能 成 高度不大 可通过设置少量剪力墙的办法提高 结构的抗震性能 在多遇地震作用下的纯框架 熟的施工技术 较强的经济性等优点在民用建 结构的弹性层间位移角不能满足规范 1/550 可 筑中占有相当大的比重 同时也是民用建筑结 通过布置少量剪力墙提高结构的侧向刚度等 构设计的重点问题 钢筋混凝土结构类型众多 对于少量剪力墙的框架结构 高层建筑混凝 且体系变化多端 相互之间既有联系又有所区 土结构技术规程 条只做了一般性规定 别 正确把握结构体系并采取相应的结构措施 对其中的剪力墙及框架设计未予以细化 对剪 是结构设计首先要解决的问题 结构倾覆力矩 力墙在这种结构形式中的作用未予以说明 导 的比值是判别结构体系的重要指标 一般情况 致结构设计及施工图审查时无章可循或对布置 下 可根据结构底层倾覆力矩的比值确定相应 少量剪力墙的框架结构提出按框架 - 剪力墙结 的结构体系 倾覆力矩的取值以规定水平力作 构设计的混乱局面 这成为布置少量剪力墙的 用下 以结构底部 复杂高层建筑结构或超限 框架结构在实际工程中难以广泛应用的主要原 建筑结构工程宜为底部加强部位 位置为准 ( 见 因 下面就设计过程中需明确的技术要点作具 下图 ) 体说明 2.1 结构形式 设置少量剪力墙并没有改变框架结构的结 构体系 带有少量剪力墙的框架结构属于一种 特殊的结构形式 但仍是框架结构 明确结构 体系的目的在于分清框架及剪力墙在结构中的 地位 其中框架式主体 是承受竖向荷载的主体 也是主要的抗侧力结构 2.2 房屋的最大适用高度 设置少量剪力墙的框架结构 其房屋的最 大使用高度可根据两类不同情况确定 1 在多遇地震作用下 当按纯框架结构计 算的弹性层间位移角不能满足规范 1/550 的要 求时 房屋的最大适用高度宜比纯框架结构适 2 关于少量剪力墙的框架结构 实际工程中 常遇到布置少量剪力墙的框 4 当降低 如降低 10% 2 在多地震作用下 当按纯框架计算的弹 架结构 例如 抗震缝两侧设置了防撞墙的框 性层间位移角能满足规范 1/550 要求时 房屋 架结构 必须采用单跨框架的多层建筑 房屋 的最大适用高度可按纯框架结构确定

7 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 2.3 房 屋 抗 震 等 级 的 确 定 框 架 的 抗 震 等 级 和 轴 压 比 限 制 按 纯 框 架 结 构 确 定 由 于 剪 力 墙 较 少, 不 是 主 要 的 抗 侧 力 结 构, 不 能 成 为 第 一 道 抗 震 防 线, 故 剪 力 墙 只 需 满 足 小 震 不 坏 的 要 求 剪 力 墙 的 抗 震 等 级 同 纯 框 架 结 构 中 框 架 的 抗 震 等 级, 抗 震 缝 的 宽 度 应 按 框 架 结 构 确 定 2.4 设 计 原 则 框 架 按 纯 框 架 结 构 ( 不 计 入 剪 力 墙 ) 和 按 框 架 与 剪 力 墙 协 同 工 作 ( 即 按 框 架 抗 震 墙 结 构 ) 分 别 计 算, 包 络 设 计 同 时, 应 特 别 强 调 验 算 纯 框 架 结 构 的 大 震 弹 塑 性 位 移, 以 确 保 结 构 小 震 不 坏, 大 震 不 倒 这 一 基 本 抗 震 性 能 目 标 的 实 现 3 关 于 少 量 框 架 的 剪 力 墙 结 构 3.1 结 构 形 式 设 置 少 量 框 架 柱 的 剪 力 墙 结 构, 其 结 构 体 系 没 有 变 化, 仍 属 于 剪 力 墙 结 构 3.2 房 屋 的 最 大 适 用 高 度 房 屋 适 用 的 最 大 高 度 可 偏 安 全 的 按 框 架 - 剪 力 墙 结 构 确 定 3.3 房 屋 的 抗 震 等 级 的 确 定 由 于 框 架 的 数 量 很 少, 起 不 到 一 道 防 线 的 作 用, 其 抗 侧 力 结 构 仍 属 于 剪 力 墙 结 构 因 此, 剪 力 墙 的 抗 震 等 级 按 剪 力 墙 结 构 确 定 框 架 柱 的 抗 震 等 级 可 不 低 于 剪 力 墙 或 按 框 架 抗 震 墙 结 构 中 的 框 架 确 定 ( 一 般 情 况 下, 按 框 架 - 剪 力 墙 结 构 中 的 框 架 确 定 的 抗 震 等 级 不 低 于 按 同 等 房 屋 高 度 确 定 的 纯 剪 力 墙 结 构 的 抗 震 等 级, 但 在 少 量 框 架 柱 的 剪 力 墙 结 构 中, 柱 的 数 量 少, 加 强 的 量 有 限 ) 房 屋 高 度 一 定 时, 剪 力 墙 结 构 的 抗 震 等 级 一 般 会 高 于 框 架 - 剪 力 墙 结 构, 因 此 有 人 担 心, 对 少 量 框 架 的 剪 力 墙 结 构 中 的 剪 力 墙 按 剪 力 墙 结 构 确 定 抗 震 等 级, 会 不 会 偏 于 不 安 全 其 实 这 种 担 心 是 没 有 必 要 的, 因 为, 判 定 是 否 属 于 框 架 - 剪 力 墙 结 构 的 关 键 就 是 要 看 两 道 防 线 是 否 能 实 现, 如 果 不 顾 工 程 的 实 际 情 况, 强 行 按 框 架 - 剪 力 墙 结 构 设 计, 不 仅 大 震 时 结 构 的 安 全 得 不 到 保 证, 同 时 也 会 造 成 结 构 设 计 的 浪 费 而 按 剪 力 墙 结 构 进 行 包 络 设 计, 考 虑 剪 力 墙 承 担 全 部 地 震 作 用, 对 框 架 柱 采 取 适 当 加 强 抗 震 措 施, 概 念 清 晰, 抗 震 性 能 目 标 明 确 且 结 构 的 经 济 好 3.4 设 计 原 则 设 计 分 析 分 以 下 两 步 1) 对 框 架 柱 按 特 殊 构 件 处 理, 不 考 虑 框 架 柱 的 抗 侧 作 用, 框 架 柱 只 承 担 竖 向 荷 载 ( 在 SATWE 程 序 中 可 将 柱 定 义 为 两 端 铰 接 柱 ) 剪 力 墙 设 计 时 按 纯 剪 力 墙 结 构 计 算 2) 按 框 架 - 剪 力 墙 结 构 计 算, 需 对 框 架 进 行 剪 力 调 整 按 上 述 两 步 计 算 的 较 不 利 值 对 剪 力 墙 和 框 架 柱 进 行 包 络 设 计 4 特 别 说 明 由 于 布 置 少 量 剪 力 墙 的 框 架 结 构 和 少 量 框 架 的 剪 力 墙 结 构 在 设 计 原 则 及 具 体 设 计 中 存 在 诸 多 不 确 定 因 素, 给 结 构 设 计 和 施 工 图 审 查 带 来 相 当 的 困 难, 结 构 设 计 中 应 尽 量 避 免 采 用, 尽 可 能 采 用 概 念 清 晰 便 于 操 作 且 抗 震 性 能 更 好 的 框 架 - 剪 力 墙 结 构 必 须 采 用 时, 应 提 前 与 施 工 审 查 单 位 沟 通, 以 利 于 设 计 顺 利 进 行, 避 免 返 工 5

8 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 浅谈如何解决 框架梁柱节点核心区抗剪超限的问题 施春亮 / 浙江美阳国际工程设计有限公司 1 问题提出 从抗震的基本原则 强柱弱梁 强剪弱弯 更强节点 可以知道框架梁柱节点的设计 是至关重要的 同时 高层建筑混凝土结构技术规程 条指出 抗震设计时 一 二 三 级框架的节点核心区应进行抗震验算 四级框架节点可不进行抗震验算 各抗震等级的框架节点均 应符合构造措施的要求 对于高烈度区 抗震等级越高 对结构的延性要求就越大 那么对于框 架梁柱节点的设计就越严格 在实际工程中 我们常常会遇到框架梁柱节点的截面超限的问题 特别是在高烈度区 如某 7 度区重点设防类结构 结构高度为 23.5m 抗震等级为二级 结构中一根柱出现节点截面抗剪超现象 如图 1 查看超配筋信息 图 2 可知节点域抗剪超限 图1 图2 6

9 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 2 规范对框架梁柱节点设计验算要求 依据是 混凝土规范 框架梁柱节点核心区的受剪截面应符合下列要求 公式 1 承载力抗震调整系数 取 0.85 正交梁对节点的约束影响系数 混凝土强度影响系数 混凝土抗压强度设计值 框架节点核心区的截面有效验算宽度 框架节点核心区的截面高度 从公式 1 中可以看出 要想满足公式 1 的要求 可以采取两个方法 即减小节点核心区的剪力 提高节点核心区的抗剪承载力 不等式后一项 也就是减小效应 提高抗力 3 通过减小效应来满足公式 1 混凝土规范 和 抗震设计规范 D.1.1 对节点核心区的剪力设计值提出要求 现对 混 凝土规范 和 两个公式进行分析 从 混凝土规范 公式 公式 3 可知在 不变的情况下 提高框架 梁的梁高能有效的减小节点核心区的剪力 但是从结构整体计算的结果来看 框架梁的提高势必会 提高柱子的抗侧刚度 也就增加了柱子的在水平力下的剪力 下面通过实例来分析一下 这两者之 间的关系 公式 2 公式 3 一框架柱节点两侧为 250mm 500mm 下同 的框架梁时 柱子的核心区剪力为 1101kN 将 两端的梁改为 时 柱子的核心区剪力为 1085kN 减小 1.4% 可见 增加框架梁的梁高能 减小核心区的剪力 但是效果有限 4 通过增大抗力来满足公式 1 通过公式 1 我们可以知道 可以通过提高混凝土强度等级 增加框架节点核心区的截面有效验 算宽度和框架节点核心区的截面高度来提高抗力 如果一个结构中大部分柱子出现节点核心区抗剪超可以通过提高混凝土等级来满足规范要求 这显然是合理而且比较经济的 但是如果一个结构个别一两个柱子出现节点核心区抗剪超的话 这 种方法就不是很合理了 没必要为了个别柱来提高整个结构的混凝土等级 7

10 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 的取值可按 抗震规范 附录 D 要求取值 参见表 1 梁宽大于等于柱宽的一半时 宽 所以应尽量使得梁宽为柱宽的一半 这样才能使 宽 1/4 的情况 表 1 等于柱 的取值较大 并尽量避免梁柱偏心距大于柱 的取值 梁与柱关系 的取值 梁与柱的中线重合 梁与柱的中线不重合且偏心距 的取值就是取框架节点核心区的截面高度 同时要注意 和剪力垂直的方向为 从分析 和 和 的方向取值问题 剪力方向的 的取值上可以看到 增加 和 都能提高抗力 但是问题和上面一样 提高 和 都会提高柱子的抗侧刚度 也就增加了柱子的在水平力下的剪力 下面通过实例来分析一下 这两者之间的关系 一框架柱为 时的 =1101kN FFC=1090 先把柱子改为 =1301kN FFC=1242 把柱子改为 =1138kN FFC=1148 采用 PKPM2010(6.30) 版本 SATWE 软件 得到该节点核心区计算结果对比 见表 2 表 2 节点核心区计算结果对比 柱截面 kn 与 比较增加 百分率 1.0% 18.2% 3.4% FFC kn 与 比较增加 百分率 1.0% 13.9% 5.3% 从表 2 中可以看出 增大某一方向的柱截面高度 则该方向的节点核心区的剪力增加很快 大 约为 20% 抗剪力增加 15% 剪力增长速度比抗剪力大 所以这种方法无效果 而增大垂直方向的 截面宽度时 剪力增大比较小 约为 3% 抗剪力增加 5% 剪力增长速度比抗剪力小 但是幅度相 差也并不是很大 从结果看 增加节点核心区剪力垂直方向的截面宽度能有效的提高抗剪承载力 5 结语 框架梁柱节点是框架正常工作的保证 同时也是框架在地震作用下的抗连续倒塌的要求 只有 更强的节点才能保证其有足够的延性要求 通过上面的分析 在模型中如果遇到节点核心区抗剪超 的问题 就能通过使用上一种或联合应用几种的方法加以解决 分别包括 增加框架梁的高度 提 高混凝土等级 增加框架梁的宽度 或框架梁水平加腋 增加节点核心区剪力垂直方向的柱宽度 等都能有效的解决核心区抗剪超限的问题 使之满足 更强节点 的原则 满足规范的要求 参考文献 [1] 中国建筑科学研究院. 混凝土结构设计规范 GB [DB/OL] [2] 住房和城乡建设部 国家质量监督检验检疫总局. 建筑抗震设计规范 GB [M]. 中国建筑工业 出版社 [3] 何然. 浅析框架梁 _ 柱节点域抗剪超限的原理及解决方法. 湖北工程学院 城市建设学院. 8

11 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 半地下室结构设计简析 李灿辉 / 昆明官房建筑设计有限公司 1 概况 半地下室是相对于全埋地下室而言的 可参考 建筑设计防火规范 第 条对半地下室的 定义 房间地面低于室外设计地面的平均高度大于该房间平均净高 1/3 且小于等于 1/2 者 在实际工程中为了拓展建筑空间 越来越多的建筑选择利用地下部分 有些地下室由于其特殊 建筑功能以及减少设备方面的投资 而采用自然采光以及自然通风 使得地下室中一部分埋在土中 一部分露出地面 通常在室外地面以上部分还会开窗 如图 1 所示 2 整体分析 在涉及到地下室的设计计算时 往往考虑是嵌固端的问题 通常的做法是希望上部结构在地下 室顶板嵌固 使得上部结构与地下室关系比较明确 有利于分别设计计算 根据 建筑抗震设计规范 第 条第 2 款或 高层建筑混凝土结构技术规程 第 条 地下室顶板作为上部结构嵌固部位时 地下一层与首层侧向刚度比 即剪切刚度之比 不宜小于 2 那是否侧向刚度比大于 2 的地下室的顶板就是上部结构的嵌固部位呢 答案是否定的 因为根据 建 筑抗震设计规范 第 条第 1 款或 高层建筑混凝土结构技术规程 第 条 地下室顶板 作为上部结构嵌固部位 对地下室顶板有若干项具体的要求 刚度比只是地下室顶板作为上部结构 嵌固部位的必要条件而非充分条件 而各规范正式条文中未写明一个最关键的要求 也是最根本的 前提 即 建筑抗震设计规范 第 条条文说明所提到的 这里所指地下室应为完整的地 下室 也就是说 地下室顶板作为上部结构嵌固部位 中的地下室必须是全埋地下室 至少大部 分应埋入土中 基于以上分析可知 无论半地下室顶板楼盖如何加强 半地下室的顶板都不能作为上部结构嵌 固部位 图1 9

12 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 图 2 模 型 1 梁 内 力 (X 向 地 震 ) 图 3 模 型 3 梁 内 力 (X 向 地 震 ) 图 4 模 型 1 梁 内 力 ( 恒 载 ) 本 文 所 讨 论 的, 是 当 半 地 下 室 上 部 结 构 仅 为 单 塔 的 情 况, 如 果 为 多 塔, 则 应 按 照 多 塔 大 底 盘 来 考 虑 3 结 构 设 计 建 议 对 于 半 地 下 室 的 结 构 设 计, 笔 者 以 上 部 为 框 架 结 构, 且 地 下 室 外 墙 为 钢 筋 混 凝 土 墙, 并 采 用 结 构 设 计 软 件 PKPM(v 1.3 版 ) 计 算 为 例, 提 出 以 下 几 点 建 议 3.1 上 部 建 筑 各 结 构 构 件 可 按 框 架 结 构 计 算, 且 采 用 两 个 模 型 包 络 计 算 模 型 1 将 整 体 ( 即 地 下 室 + 上 部 建 筑 ) 作 为 上 部 结 构 计 算, 即 地 下 室 层 数 填 为 0 模 型 2 将 上 部 建 筑 作 为 上 部 结 构 计 算, 而 地 下 室 作 为 地 下 室 计 算, 即 地 下 室 层 数 填 为 1 嵌 固 端 所 在 层 号 填 为 2, 土 层 水 平 抗 力 系 数 的 比 例 系 数 (M 值 ) 填 为 任 意 数 值 由 于 半 地 下 室 外 墙 为 钢 筋 混 凝 土 墙, 刚 度 很 大, 一 般 来 说 两 个 模 型 计 算 得 出 的 上 部 的 内 力 应 无 多 大 差 别 但 应 注 意, 首 层 柱 ( 即 地 下 室 上 一 层 ) 的 配 筋 应 采 用 模 型 2 的 计 算 结 果 3.2 地 下 室 顶 板 高 层 且 埋 深 较 大 时, 可 参 照 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 规 定 普 通 地 下 室 顶 板 厚 度 不 宜 小 于 160mm 多 层 则 可 按 照 一 般 楼 盖 设 计, 也 可 参 考 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 进 行 适 当 加 厚 3.3 地 下 室 顶 板 梁 采 用 模 型 1 的 计 算 结 果 实 配 梁 钢 筋 按 照 一 般 上 部 结 构 梁 设 计 即 可, 不 需 满 足 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 关 于 梁 的 要 求 3.4 地 下 室 竖 向 构 件 地 下 室 柱 应 采 用 包 络 设 计 采 用 模 型 1 的 计 算 结 果 与 模 型 2 包 络 但 采 用 模 型 2 计 算 时, 地 下 室 中 框 架 柱 及 与 钢 筋 混 凝 土 墙 相 连 接 的 端 柱 的 配 筋 取 值 仅 需 与 首 层 柱 的 配 筋 相 同, 地 下 室 中 框 架 柱 无 需 采 用 SATWE 计 算 结 果 ( 即 首 层 柱 实 配 钢 筋 放 大 1.1 后 的 结 果 ) 地 下 室 钢 筋 混 凝 土 墙 则 可 采 用 模 型 1 的 计 算 结 果 注 意 外 墙 还 应 根 据 土 压 力 计 算 配 筋, 且 宜 满 足 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 及 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 第 条 关 于 地 下 室 外 墙 的 要 求 钢 筋 混 凝 土 墙 转 角 或 连 接 处 无 端 柱 时 可 设 置 构 造 边 缘 构 件 ( 抗 震 等 级 同 上 部 框 架 结 构 的 抗 震 等 级 ) 地 下 室 部 分 中 框 架 柱 的 配 筋 还 宜 采 用 框 架 - 剪 力 墙 结 构 进 行 复 核, 即 模 型 1 中 结 构 体 系 定 义 为 框 剪 结 构 根 据 抗 震 设 计 应 有 多 道 防 线 的 原 则 以 及 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 1 款 或 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 第 1 款 的 规 定, 框 架 部 分 承 担 的 剪 力 值 不 应 小 于 结 构 底 部 总 剪 力 的 20% 和 框 架 部 分 各 楼 层 地 震 剪 力 中 最 大 值 1.5 倍 二 者 的 较 小 值 即 框 架 部 分 剪 力 V f =min{0.2v 0 ;1.5V fmax } 但 应 注 意 V fmax 只 应 取 地 下 室 层 的 框 架 部 分 的 地 震 剪 力, 即 SATWE 参 数 0.2/0.25V 0 调 整 分 段 数 填 为 1, 0.2/0.25V 0 调 整 起 始 层 号 及 终 止 层 号 均 填 为 1 4 应 注 意 的 问 题 1) 地 下 室 顶 板 地 下 室 顶 板 梁 及 地 下 室 柱 不 需 满 足 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 条 第 条 根 据 之 前 分 析, 半 地 下 室 顶 板 不 能 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位, 相 应 的 也 就 无 需 满 足 地 下 室 顶 板 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位 时 的 构 造 要 求 10

13 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 图 5 模 型 3 梁 内 力 ( 恒 载 ) 图 6 模 型 1 梁 计 算 配 筋 图 7 模 型 3 梁 计 算 配 筋 2) 上 部 结 构 中 首 层 柱 的 配 筋 应 采 用 模 型 2 的 计 算 结 果 因 为 地 下 室 层 的 刚 度 相 对 于 首 层 刚 度 较 大, 存 在 刚 度 突 变 的 问 题 应 对 首 层 柱 ( 尤 其 是 柱 底 ) 进 行 加 强 根 据 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条, 底 层 柱 下 端 截 面 组 合 的 弯 矩 设 计 值 应 乘 以 增 大 系 数, 而 模 型 1 中 底 层 柱 为 地 下 室 的 柱, 模 型 2 中 底 层 柱 为 首 层 的 柱 这 是 对 首 层 柱 从 抗 震 措 施 上 进 行 加 强 而 首 层 柱 的 下 端 箍 筋 加 密 区 应 根 据 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 1 款 2) 项 取 值, 即 取 柱 净 高 的 1/3 这 是 对 首 层 柱 底 从 抗 震 构 造 措 施 上 进 行 加 强 3) 地 下 室 顶 板 梁 应 采 用 模 型 1 的 计 算 结 果 因 为 模 型 2 中 只 要 将 半 地 下 室 部 分 定 义 为 地 下 室 即 地 下 室 层 数 填 为 1, 就 算 将 嵌 固 端 所 在 层 号 填 为 1, 即 嵌 固 端 取 为 基 础 顶,PKPM 仍 然 将 地 下 室 顶 板 的 梁 按 照 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 关 于 梁 的 要 求 进 行 计 算 配 筋 放 大 土 层 水 平 抗 力 系 数 的 比 例 系 数 (M 值 ) 取 值 对 模 型 2 计 算 结 果 也 无 影 响 增 加 模 型 3 除 将 嵌 固 端 所 在 层 号 填 为 1 以 外, 其 余 参 数 同 模 型 2 模 型 1 与 模 型 3 梁 内 力 及 计 算 配 筋 如 图 2-7 所 示 可 见 当 梁 内 力 ( 未 全 部 图 示 ) 基 本 相 同 时, 梁 计 算 配 筋 却 不 同, 模 型 3 梁 计 算 配 筋 约 为 模 型 1 梁 计 算 配 筋 的 1.3 倍 左 右, 与 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 关 于 梁 的 要 求 相 吻 合 且 从 配 筋 图 中 可 知 地 下 室 框 架 柱 同 样 也 是 根 据 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 关 于 柱 的 要 求 得 出 计 算 配 筋 所 以 不 可 采 用 模 型 2( 即 将 半 地 下 室 部 分 定 义 为 地 下 室 的 模 型 ) 计 算 半 地 下 室 顶 板 梁 配 筋 同 样 问 题 也 存 在 于 当 基 础 埋 深 较 深,0.000 标 高 室 内 地 坪 为 现 浇 楼 板, 需 采 用 两 个 模 型 进 [3] 行 包 络 设 计 时 针 对 此 类 问 题 建 议 PKPM 设 置 是 否 按 照 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 的 要 求 对 地 下 室 梁 柱 进 行 配 筋 的 选 项 5 结 语 半 地 下 室 结 构 设 计 应 不 同 于 全 埋 地 下 室 如 果 建 筑 以 及 场 地 条 件 允 许, 半 地 下 室 建 筑 宜 将 地 下 室 部 分 的 钢 筋 混 凝 土 挡 土 墙 与 结 构 主 体 脱 开, 则 上 例 中 的 半 地 下 室 工 程 主 体 可 按 纯 框 架 结 构 进 行 设 计 规 范 中 对 某 种 情 况 所 提 的 要 求 应 认 真 分 析 其 所 提 要 求 的 目 的 以 及 依 据 采 用 PKPM 对 结 构 进 行 计 算 分 析 时, 应 对 计 算 结 果 进 行 分 析, 必 要 时 还 应 进 行 对 比 计 算 分 析 在 结 构 设 计 工 作 中, 根 据 实 际 工 程 的 特 点, 灵 活 使 用 PKPM, 并 在 对 规 范 正 确 全 面 理 解 的 基 础 上, 对 结 构 中 的 某 个 部 位 或 者 某 个 构 件 进 行 包 络 设 计, 使 得 某 个 部 位 或 者 某 个 构 件 在 最 不 利 情 况 下 有 足 够 的 安 全 度 参 考 文 献 : [1] 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB [S]. 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. [2] 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 JGJ3-2010[S]. 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. [3] 朱 炳 寅. 建 筑 结 构 设 计 问 答 及 分 析 [M]. 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. [4] 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 PKPMCAD 工 程 部.SATWE S-3 多 层 及 高 层 建 筑 结 构 空 间 有 限 元 分 析 与 设 计 软 件 ( 墙 元 模 型 ) 用 户 手 册. [5] 建 筑 设 计 防 火 规 范 GB [S]. 中 国 计 划 出 版 社. 11

14 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 建筑工程电梯结构设计要点 欧小燕 / 深圳市库博建筑设计事务所有限公司 1 前言 在建筑物电梯设计过程中 结构设计人员经常会遇到一些问题 : 如因机房更改电梯型号 导致 基坑原设计深度不够 设备专业在结施图出图前期 在电梯井道周边的剪力墙上开大于 的洞口 可能导致相关剪力墙轴压比 稳定性 位移角等指标不过 因此需对竖向构件布置进行调 整 有些工程因机房层高限制 吊钩梁高度 400 导致吊钩锚入深度不满足相关规范要求 因建筑 方案效果要求 导致电梯机房及机房顶高度受到一定限制 造成冲顶高度不够 当电梯不下地下室 需设计悬挂基坑 设计时应考虑冲击荷载 否则可能造成安全隐患 机房楼面梁因荷载统计错误 在使用期间开裂等 通常电梯自重及载荷由钢绳传送到卷扬机卷筒上 然后通过顶层机房楼板将荷载传导到井道周 边梁柱上 最终通过竖向构件传递至基础 电梯轿厢通过车轮在导轨上运行 而导轨固定在井道周 边的隔墙上 每层的隔墙通过构造柱和圈梁加强其整体稳定性 因速度慢 摩擦力较小和电梯总重 力荷载不大 一般忽略电梯在运行途中传递给每层结构层的荷载 2 电梯结构设计常见问题及解决方案 2.1 基坑深度不够 当电梯运行超过正常速度一定比例后 安全钳首先起作用 当安全钳失效 电梯必须在一定的 缓冲距离内停下 否则会出安全事故 即基坑应有一定的深度 电梯基坑的深度跟电梯的速度和吨 位有关 速度越大 深度越深 吨位越大 深度也越深 通常基坑深度为 1300~1600mm 相同吨位 相同速度 不同型号的两种电梯基坑深度可能不同 因为加速度不同 刹车距离会不同 表 1 为上 海三菱 3 种不同型号电梯的相关参数 由表 1 可知基坑深度的影响因素 结构工程师通常根据甲方 和建筑专业指定的电梯基坑深度设计基坑 当土建工程完成到地面以上 甲方因为投资造价等原因 变更电梯品牌和型号时 一旦选定的电梯所需基坑深度比原设计深时 设计院尤其是结构工程师再 采取补救措施就非常被动 费时费力 因此结构设计人员应和建筑师及甲方充分沟通 多选择几种 不同类型的电梯 按最大的深度设计 某电梯基坑深度 1.5m 等施工到地上 3 4 层时 投资方因某种理由更换电梯型号 基坑深度 增加 0.4m 技术人员通过和总工 项目负责人商讨 将电梯最底层停靠高度抬高 0.4m 即在电梯 12

15 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 门口通过建筑做法设置 3 步台阶 使基坑相对电梯底部深度增加 0.4 m 该高差影响进出 使用功 能欠佳 由此可见 设计院相关设计人员在施工前期应综合考虑确定基坑深度 表 1 上海三菱电梯参数表 型号 载重 630 LEHY II ELENESSA MAXIEZ-CZ 1350 速度 基坑深度 冲顶高度不够 冲顶高度是指电梯在顶层平层时 电梯轿箱防护栏到井道顶板的垂直距离 此高度导致电梯顶 层高度较其他层高 电梯顶层通常为 m 住宅顶层高度为 3m 左右 办公楼高度为 3.6m 左右 因此机房层较屋顶抬高 m 同类型 不同速度 不同吨位的电梯所需的冲顶高度不尽相同 因此应选择多种类型的电梯 取最大的冲顶高度 设备专业对机房层高有要求 而方案确定建筑顶 高度后不易调整 所以冲顶高度如不够需调整 因此会影响机房层和机房顶层的标高和结构布置 一旦机房层施工完毕 更改后的电梯冲顶高度不够处理起来就很棘手 不得己可采取砸掉机房层及 机房顶层的做法 所以施工前应合理考虑冲顶高度 某工程位于庆阳市西峰区 地上三层集中商业 地下两层车库 地上三层层高分别为 m 首层结构标高 m 电梯井道顶板标高 14.7m> =13.2m 需设置梁上柱 将其顶起 结构布置见图 1 图 1 电梯机房层结构布置图 13

16 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 有 机 房 电 梯 的 机 房 通 常 设 在 井 道 的 顶 部 或 者 底 层, 造 价 较 低 ; 无 机 房 电 梯 无 需 单 独 设 置 机 房, 将 驱 动 主 机 放 置 在 井 道 顶 部 或 轿 厢 上, 控 制 柜 放 在 维 修 人 员 可 靠 近 的 地 方, 节 省 空 间, 便 于 建 筑 功 能 布 置, 但 提 升 速 度 有 限 载 重 量 较 小 及 相 对 造 价 较 高 该 工 程 电 梯 载 重 1000kg, 甲 方 综 合 考 虑, 权 衡 后 选 择 了 无 机 房 电 梯 载 重 量 1000kg 以 下 电 梯 顶 层 高 度 4.5m, 载 重 量 1000kg 以 上 顶 层 高 度 5m [1] 14.7-( )=5.75m>5m, 满 足 高 度 要 求 2.3 荷 载 统 计 应 准 确 有 些 工 程 地 下 室 无 商 业, 电 梯 无 需 在 地 下 室 停 靠, 因 此 需 要 将 基 坑 直 接 支 撑 在 梁 和 竖 向 构 件 上 对 基 坑 的 支 座 而 言, 不 仅 应 考 虑 基 坑 自 重, 而 且 应 考 虑 电 梯 突 然 停 止 的 竖 向 冲 击 荷 载, 按 建 筑 结 构 荷 载 规 范 [2] 可 取 电 梯 总 重 力 荷 载 的 4 ~ 6 倍, 在 PKPM 模 型 中 应 将 该 板 设 置 为 0 厚 板, 将 荷 载 导 算 至 周 边 的 构 件 上 上 述 工 程, 基 坑 尺 寸 为 mm 2, 因 建 筑 功 能 要 求, 建 筑 标 高 m, 结 构 标 高 , 基 坑 底 标 高 , 基 坑 深 度 h= =1.70m, 电 梯 速 度 1.0m/s, 首 层 结 构 布 置 图 和 电 梯 基 坑 详 图 见 图 2 恒 载 按 基 坑 侧 壁 和 底 板 自 重 为 G=( ) =58.0 kn, 考 虑 轿 箱 重 ( 当 无 资 料 时, 可 放 大 1.1 倍 ), 所 以 恒 载 标 准 值 可 取 (58+10) 1.1/2.22=15.7kN/m 2 高 速 电 梯 ( 额 定 速 度 不 小 于 2.5 m/s) 宜 上 限 值, 本 工 程 速 度 较 慢, 活 载 标 准 值 可 取 /2.2 2 =56.2kN/m 2 电 梯 机 房 按 建 筑 结 构 荷 载 规 范 [2] 取 7.0 kn/m 2, 对 电 梯 井 道 为 核 心 筒 的 情 形 是 合 适 的 当 电 梯 井 道 周 边 为 梁 时, 电 梯 设 备 产 生 的 反 力 以 集 中 力 的 形 式 作 用 在 楼 面 梁 上, 此 法 求 的 梁 内 力 比 机 房 层 按 板 四 边 导 荷 计 算 出 的 梁 内 力 大, 而 且 集 中 力 比 均 布 荷 载 产 生 的 效 应 对 梁 更 不 利 有 些 工 程 在 使 用 多 年 后, 支 撑 电 梯 设 备 的 钢 筋 混 凝 土 梁 出 现 了 开 裂, 而 机 房 层 楼 板 按 均 布 荷 载 7.0 kn/m 2 设 计, [3] 未 出 现 挠 度 过 大 和 明 显 裂 缝 问 题 文 献 建 议 当 电 梯 设 备 支 撑 梁 布 置 不 明 确 时, 将 支 反 力 分 别 作 用 在 四 边 的 梁 上, 求 得 相 应 的 内 力, 确 保 安 全 所 以 在 设 计 电 梯 机 房 时, 最 好 建 两 个 模 型, 分 别 用 于 设 计 梁 和 板 图 2 电 梯 结 构 布 置 和 基 坑 大 样 图 14

17 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 图 3 电梯结构布置图 电梯机房顶吊钩作用在吊钩梁上 厂家提供的资料显示集中力一般为 20 40kN 由于吊钩只 在安装和维修电梯时使用 且使用速度很慢 因此可适当将上述荷载乘以 1.1 的动力系数 在电梯设计过程中上述 3 类荷载容易遗忘或者输入错误 因此应引起重视 2.4 电梯井道上下尺寸应一致 对剪力墙结构或者框支剪力墙结构 电梯一般采用核心筒做法 电梯井道侧壁底部加强区通常 比标准层厚 变截面应设置在井道外侧 保证井道内侧尺寸上下一致 便于电梯公司安装 对于核 心筒临空变截面处 通常可采用建筑腰线等方法处理 保证建筑物外观的美观 当井道周边梁宽度 上下层不一致时 如按宽尺寸设计 导致浪费不合理 通常可采取局部构造做法 加宽井道部分 上述工程电梯一层与二层 三层梁截面宽度不同 通过加宽井道部分解决 见图 3 建筑图和电梯 资料供的轿箱尺寸均为最小尺寸 结构施工图上绝不允许小于该尺寸 如因设计疏忽或其他原因 导致井道上下尺寸非标准时 会一定幅度的增加电梯安装成本 因此 结构设计人员应仔细复合电 梯井道尺寸 保证电梯井道内尺寸一致 有些工程电梯井道电气专业要求开洞走桥架 暖通专业要求开洞预留风管等 洞口大小不一致 均应预留 不得后凿 对剪力墙中开大于 洞口 前期其他专业应提给结构 不然可能导 致模型试算时剪力墙轴压比和指标不能满足要求 从而需调整整个工程的结构布置 2.5 吊钩锚固长度不够 吊钩梁设置在机房屋面 电梯井道中央 用于安装和维修电梯 是验收的必要条件之一 通 15

18 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 常 吊 钩 梁 采 用 截 面, 吊 环 采 用 Φ22 钢 筋 吊 环 锚 入 深 度 30d, 即 30 22= , 不 满 足 要 求 建 筑 机 房 层 高 应 和 建 筑 设 计 人 员 及 设 备 设 计 人 员 共 同 确 定, 一 般 只 允 许 做 400 高 的 吊 钩 梁, 诸 多 结 构 设 计 人 员 常 这 样 处 理, 审 图 人 员 也 默 许 这 种 做 法, 建 成 投 入 使 用 的 工 程 无 一 例 出 过 安 全 质 量 问 题, 另 外,2010 版 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 [4] 已 将 原 规 范 中 该 强 制 性 条 文 更 改 为 一 般 条 文, 锚 固 深 度 实 际 工 程 无 法 满 足 该 条 文, 其 主 要 适 用 对 象 为 承 受 重 复 荷 载 的 构 件, 电 梯 吊 钩 使 用 频 率 很 低, 可 适 当 放 松 标 准 锚 入 深 度 不 够, 通 常 将 吊 钩 锚 至 梁 顶 部 后 水 平 弯 锚, 水 平 段 长 度 500mm, 见 图 4 通 过 两 侧 布 置 附 加 箍 筋 将 集 中 力 扩 散 承 载 力 验 算 取 一 个 吊 环 两 个 计 算 截 面, /4=49kN>20kN( 吊 重 不 超 过 2 吨 ) 满 足 要 求 图 4 吊 钩 大 样 图 3 结 语 在 建 筑 物 电 梯 结 构 设 计 中 应 懂 电 梯 运 行 原 理 和 荷 载 传 递 途 径, 才 能 准 确 无 误 统 计 荷 载, 包 括 面 荷 载 线 荷 载 和 集 中 荷 载 ; 熟 悉 基 坑 深 度 的 影 响 因 素 及 构 造 做 法 ; 掌 握 冲 顶 高 度 的 作 用 ; 熟 悉 机 房 层 结 构 布 置 及 优 化 ; 应 重 点 核 对 电 梯 井 道 的 平 面 尺 寸 及 竖 向 预 留 孔 洞, 只 有 这 样 结 构 专 业 才 能 确 保 电 梯 在 空 间 上 的 安 全 畅 通 运 行 因 此 在 电 梯 结 构 设 计 时, 应 有 的 放 矢, 将 问 题 消 化 在 图 纸 阶 段, 便 于 后 期 施 工, 否 则 补 救 麻 烦 代 价 较 大 影 响 不 好 一 旦 施 工 出 现 问 题, 设 计 院 各 专 业 甲 方 及 施 工 单 位 应 及 时 沟 通, 集 思 广 益, 便 于 完 美 解 决, 切 忌 个 别 设 计 人 员 抢 风 头, 不 可 跳 过 程 序, 否 则 无 助 于 工 程 质 量 或 事 故 的 解 决 16 参 考 文 献 : [1] 电 梯 自 动 扶 梯 自 动 人 行 道 [M]. 北 京 : 中 国 计 划 出 版 社. [2] 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB [S]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. [3] 柳 青. 电 梯 机 房 楼 面 梁 荷 载 的 合 理 取 值 [J]. 建 筑 结 构,2006,3. [4] 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB [S]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社.

19 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 二道防线设计中的刚度折减 和地震剪力调整 赵清清 / 建研科技股份有限公司设计软件事业部 1 前言 二道防线是抗震设计中的一个很重要的概念 结构在地震作用下 不可避免地要出现部分破坏 在这种情况下 让结构的部分抗侧立构件先破坏以消耗地震能量 这就是所谓的第一道防线 之后 再让另外的抗侧力构件 第二道防线 承担主要的地震作用 从而保证结构的安全 在抗震设计中 在很多场合都采用二道防线设计 比如框架 - 剪力墙结构中 剪力墙是第一道 防线 框架是第二道防线 剪力墙设计中连梁是第一道防线 剪力墙是第二道防线 底部框架抗震 墙砌体结构中 抗震墙是第一道防线 框架柱是第二道防线 怎样保证第一 第二道防线的协调工作 比如如何让第一道防线首先破坏 第二道防线有足够的安全储备等 需要人为地调整第一 第二道 防线的强弱或受力大小 对第一道防线 人为折减其刚度 考虑其首先破坏的情况下 刚度退化 同时 刚度折减后 分配到的地震剪力也会减少 或者对第二道防线 人为调整其地震剪力 相当 于增大设计荷载 保证其有更高的安全储备 遵循这两个思路 来看一下规范中二道防线的条文 2 剪力墙连梁刚度折减 抗规 抗震墙地震内力计算时 连梁的刚度可折减 折减系数不宜小于 0.50 计算位移时 连梁刚度不折减 高规 高层建筑结构地震作用效应计算时 可对剪力墙连梁刚度予以折减 折减系数不 宜小于 0.5 条文说明 高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析 但抗震设计的框架 - 剪 力墙或剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小 而承受的弯矩和剪力很大 配筋设计困难 因此 可考虑在不影响承受竖向荷载能力的前提下 允许其适当开裂 降低刚度 而把内力转移到墙体上 通常 设防烈度低时可少折减一些 6 7 度时取 0.7 设防烈度高时可多折减一些 8 9 度时可 17

20 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 取 0.5 折减系数不宜小于 0.5 以保证连梁承受竖向荷载的能力 本次修订进一步明确了仅在计 算地震作用效应时可以对连梁刚度进行折减 对如重力荷载 风荷载效应计算时不宜考虑连梁刚度 折减 有地震作用效应组合工况 均可按考虑连梁刚度折减后计算的地震作用效应参与组合 综合上述条文 可以得出一些结论 1 此处连梁泛指框架 - 剪力墙和剪力墙结构中的连梁 2 仅在计算地震作用效应时可以对连梁刚度进行折减 即连梁刚度折减是单工况 地震作用效应 下的调整 3 因为位移计算属于正常使用极限状态验算 工作状态是在弹性阶段 所以计算位移 时刚度不折减 3 底部框架抗震墙砌体中抗震墙刚度折减 抗规 底部框架 - 抗震墙砌体房屋中 底部框架的地震作用效应宜采用下列方法确定 框架柱承担的地震剪力设计值 可按各抗侧力构件有效侧向刚度比例分配确定 有效侧向刚度的取 值 框架不折减 混凝土墙或者配筋混凝土小砌块砌体墙折减 0.3 约束普通砖砌体或小砌块砌体 抗震墙折减 0.2 这里抗震墙是第一道防线 考虑其刚度折减 然后再按折减后的刚度分配楼层地 震剪力 4 框架 - 剪力墙中框架部分地震楼层剪力调整 高 规 抗 震 设 计 时 框 架 剪 力 墙 结 构 对 应 于 地 震 作 用 标 准 值 的 各 层 框 架 总 剪 力 应 符 合 下 列 规 定 当 满 足 时 框 架 总 剪 力 不 必 调 整 当 不 满 足 其 框 架 总 剪 力 按 照 调整 条文说明 框架剪力墙结构在水平地震作用下 框架部分计算所得的剪力一般都较小 按多道 防线的概念设计要求 墙体是第一道防线 在设防地震 罕遇地震下先于框架破坏 由于塑性内力 重分布 框架部分按侧向刚度分配的剪力会比多遇地震下加大 为了保证作为第二道防线的框架具 有一定的抗侧力能力 需要对框架承担的剪力予以适当的调整 5 筒体结构中框架部分的地震楼层剪力调整 高规 抗震设计时 筒体结构的框架部分按侧向刚度分配的楼层地震剪力标准值应符合 下列规定 1 框架部分的分配的地震剪力标准值的最大值不宜小于结构底部总地震剪力标准值的 10% 即要求 2 当框架部分分配的地震剪力标准值的最大值小于结构底部总地震剪力标准值的 10% 时 各 层框架部分承担的地震剪力标准值应增大到结构底部总地震剪力标准值的 15% 即当 时 取 3 当框架部分分配的地震剪力标准值的最大值不小于结构底部总地震剪力标准值的 10% 但 其框架部分分配的地震剪力标准值小于结构底部总地震剪力标准值的 20% 应按结构底部总地震 剪力标准值的 20% 和框架部分楼层地震剪力标准值最大值的 1.5 倍二者的较小者进行调整 即当 取 4 框 架 部 分 的 分 配 的 地 震 剪 力 标 准 值 大 于 结 构 底 部 总 地 震 剪 力 标 准 值 的 20% 时 即 当 不必调整 原规范条文描述稍显罗嗦 这里重新描述 条理非常清楚 18

21 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 6 部分框支剪力墙框支柱承担的地震剪力调整 高规 部分框支剪力墙结构框支柱承受的水平地震剪力标准值应按下列规定采用 1 每层框支柱的数目不多于 10 根时 当底部框支层为 1 2 层时 每根柱所受的剪力应至少 取基底剪力的 2% 当底部框支层为 3 层及 3 层以上时 每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的 3% 2 每层框支柱的数目多于 10 根时 当底部框支层为 1 2 层时 每层框支柱承受剪力之和 应取基底剪力的 20% 当框支层为 3 层及 3 层以上时 每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30% 7 混合结构框架所承担的地震剪力调整 高规 混合结构框架所承担的地震剪力应符合本规程 总结 在进行二道防线设计时 一个重要问题是如何保证这两道防线协调工作 可以对第一道防线进 行刚度折减来减少其分配到的内力 或者对第二道防线 调整其地震剪力 本文中的二 三采用的 是对第一道防线进行刚度折减的思路 四 五 六 七则采用调整第二道防线地震剪力的思路 下 表列出了调整的规范条文 无论哪种思路 其最终目的都是要让第一道防线首先遭遇破坏 并且 第二道防线具有足够的安全储备 结构类型 调整 各层框架剪力调整后 应同比例调整 框架 - 剪力墙中框架部 满足 时 框架总剪力不必调整 不满足时 每根框架柱和与之相连框架梁的剪力 分地震楼层剪力调整高规 及端部弯矩标准值 框架柱的轴力标 其框架总剪力按下式调整 准值可不予调整 时 取 筒体结构中框架部分的地 震楼层剪力高规 当 取 按本条第 2 款或第 3 款调整框架柱的 地震剪力后 框架柱端弯矩及与之相 连的框架梁端弯矩 剪力应进行相应 调整 不必调整 框支剪力墙框支柱承担的 地震剪力高规 高规 框支柱剪力调整后 应相应调整框支 柱的弯矩及柱端框架梁的剪力和弯矩 但框支梁的剪力 弯矩可不调整 框 支柱的轴力可不调整 混合结构框架所承担的地 震剪力高规 同 同 参考文献 [1] GB 建筑结构可靠度设计统一标准 [S] 北京 中国建筑工业出版社 [2] GB 建筑抗震设计规范 [S] 北京 中国建筑工业出版社 [3] JGJ 高层建筑混凝土结构技术规程 [S] 北京 中国建筑工业出版社

22 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 结构嵌固端相关问题浅析 冯晓敏 / 中国中元国际工程有限公司 结构设计中 我们经常会遇到有关 嵌固端 的一些问题 虽然规范里有明文的规定 但是在 实际操作过程中 设计者还是会遇到一些较难处理的问题 比如 结构嵌固部位的确定 框架 - 剪 力墙结构结构体系判定 弹性时程分析时 结构底部剪力中的 底部 位置的确定等 笔者结合工 作经验 就结构嵌固端相关问题作如下探讨 1 斯福结构嵌固端的定义 1) 计算嵌固端 即计算模型的嵌固端 力学嵌固端 刚度嵌固端等 是指除能承受轴力 弯矩 剪力外 X Y 方向水平位移及转角位移均为零的部位 2) 抗震嵌固端 指预期塑性铰出现部位或强度嵌固端 框架柱的 柱根箍筋加密区 剪力墙 的 底部加强区 就是可能出现塑性铰的部位 在抗震设计中 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 2 结构嵌固部位的确定 2.1 规范要求 建筑抗震设计规范 条要求 刚度要求 1 地下室顶板应避免开设大洞口 地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构 相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构 其楼板厚度不宜小于 180mm 混凝土强度等级不 宜小于 C30 应采用双层双向配筋 且每层每个方向的配筋率不宜小于 结构地上一层的侧向刚度 不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的 0.5 倍 地下室周边宜 有与其顶板相连的抗震墙 20

23 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 3) 地 下 室 顶 板 对 应 于 地 上 框 架 柱 的 梁 柱 节 点 除 应 满 足 抗 震 计 算 要 求 外, 尚 应 符 合 下 列 规 定 之 一 1 地 下 一 层 柱 截 面 每 侧 纵 向 钢 筋 不 应 小 于 地 上 一 层 柱 对 应 纵 向 钢 筋 的 1.1 倍, 且 地 下 一 层 柱 上 端 和 节 点 左 右 梁 端 实 配 的 抗 震 受 弯 承 载 力 之 和 应 大 于 地 上 一 层 柱 下 端 实 配 的 抗 震 受 弯 承 载 力 的 1.3 倍 2 地 下 一 层 梁 刚 度 较 大 时, 柱 截 面 每 侧 的 纵 向 钢 筋 面 积 应 大 于 地 上 一 层 对 应 柱 每 侧 纵 向 钢 筋 面 积 的 1.1 倍 ; 同 时 梁 端 顶 面 和 底 面 的 纵 向 钢 筋 面 积 均 应 比 计 算 增 大 10% 以 上 4) 地 下 一 层 抗 震 墙 墙 肢 端 部 边 缘 构 件 纵 向 钢 筋 的 截 面 面 积, 不 应 少 于 地 上 一 层 对 应 墙 肢 端 部 边 缘 构 件 纵 向 钢 筋 的 截 面 面 积 建 筑 抗 震 设 计 规 范 条 条 文 说 明 要 求 ( 土 的 约 束 要 求 ): 这 里 所 指 地 下 室 应 为 完 整 的 地 下 室 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 第 条 要 求 ( 刚 度 要 求 ): 当 地 下 一 层 结 构 顶 板 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位 时, 地 下 一 层 的 结 构 侧 向 刚 度 大 于 或 等 于 相 连 的 上 部 结 构 底 层 侧 向 刚 度 的 1.5 倍 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 要 求 ( 刚 度 要 求 ): 高 层 建 筑 结 构 整 体 计 算 中, 当 地 下 室 顶 板 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位 时, 地 下 一 层 与 首 层 侧 向 刚 度 比 不 宜 小 于 嵌 固 部 位 的 确 定 1) 应 根 据 条 文 说 明 判 断 所 设 计 工 程 是 否 为 完 整 地 下 室 1 对 于 在 山 ( 坡 ) 地 建 筑 中 出 现 地 下 室 各 边 填 埋 深 度 差 异 较 大 时, 单 独 设 置 支 档 结 构 的 地 下 室 21

24 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 嵌 固 端 宜 下 移 2 对 于 建 筑 一 侧 整 个 边 长 均 为 下 沉 式 广 场 的 地 下 室 不 应 认 为 是 完 整 地 下 室 3 对 于 建 在 坡 地 上 的 高 层 建 筑, 裙 房 层 数 不 同, 两 侧 地 面 标 高 不 同 ( 图 1), 抗 震 设 计 时 结 构 侧 向 刚 度 不 对 称 左 塔 楼 宜 按 带 三 层 裙 房 考 虑, 且 应 满 足 嵌 固 条 件 如 果 左 塔 楼 裙 房 侧 向 刚 度 足 够 大, 可 作 为 右 塔 楼 裙 房 侧 限 因 此, 右 塔 楼 裙 房 可 视 为 地 下 室, 并 可 据 此 验 算 塔 楼 的 嵌 固 条 件 2) 判 断 嵌 固 层 的 整 体 性 地 下 室 顶 板 应 避 免 开 设 大 洞 口 常 有 建 筑 因 设 置 下 沉 式 广 场 商 场 自 动 步 梯 设 置 等 导 致 楼 板 开 大 洞, 对 楼 板 整 体 性 削 弱 太 多, 从 而 使 嵌 固 部 位 下 移 图 1 建 于 坡 地 上 的 高 层 建 筑 示 意 图 22 3) 判 断 侧 向 刚 度 是 否 满 足 规 范 要 求 1 嵌 固 端 在 地 下 室 顶 板 对 于 嵌 固 端 在 地 下 室 顶 板 时, 规 范 对 地 下 一 层 与 首 层 的 刚 度 比 要 求 并 不 完 全 一 致 由 于 建 筑 抗 震 设 计 规 范 疑 问 解 答 明 确 了 刚 度 比 可 以 取 有 效 数 字, 因 此 根 据 数 值 修 约 规 则 与 极 限 数 值 的 表 示 和 判 定 的 规 定, 高 规 刚 度 比 可 以 取 到 1.5, 抗 规 的 刚 度 比 可 以 取 到 0.54( 即 地 下 一 层 与 首 层 侧 向 刚 度 比 不 宜 小 于 1.85), 两 者 的 要 求 此 时 就 不 同 了 实 际 工 程 中 建 议 高 规 抗 规 从 严 取 值, 部 分 施 工 图 审 查 机 构 也 是 这 样 要 求 的, 如 果 想 按 高 规 取 值, 建 议 先 与 审 图 机 构 沟 通, 避 免 不 必 要 的 工 作 2 嵌 固 端 不 在 地 下 室 顶 板 地 下 室 平 面 没 有 很 大 突 变 不 增 加 很 多 混 凝 土 墙 的 情 况 下, 要 实 现 地 下 二 层 或 以 下 各 层 其 下 一 层 的 侧 向 刚 度 大 于 上 层 2 倍, 几 乎 是 不 可 能 的 当 地 下 室 顶 板 不 能 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位 时, 对 于 多 层 地 下 室 结 构, 可 按 图 2 建 议 确 定 上 部 结 构 嵌 固 部 位 即 : 首 先 地 上 一 层 楼 层 剪 切 刚 度 应 小 于 地 下 一 层 楼 层 剪 切 刚 度, 然 后 依 次 验 算 地 下 二 层 及 以 下 各 层 对 上 部 结 构 首 层 的 剪 切 刚 度 比, 当 满 足 γ 2 时, 便 可 确 定 上 部 结 构 的 嵌 固 部 位 注 意 这 里 考 察 的 是 对 上 部 结 构 的 嵌 固 部 位, 因 此 是 对 上 部 结 构 首 层 的 刚 度 比, 而 不 是 地 下 二 层 ( 或 以 下 楼 层 ) 的 相 邻 上 一 层 总 之, 地 下 室 顶 板 作 为 上 部 结 构 的 嵌 固 部 位 时, 结 构 加 强 部 位 明 确, 地 下 室 结 构 的 加 强 部 位 高 度 较 小, 结 构 设 计 经 济 性 好 嵌 固 部 位 越 低, 总 加 强 范 围 越 大, 结 构 的 费 用 越 高

25 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 图2 4 配筋要求 地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积 除应满足计算要求外 不应少于地上一层对应柱每侧纵筋 面积的 1.1 倍 其目的就是要保证塑性铰只能在上柱底部截面出现 但本规定以配筋控制柱截面实 际受弯承载力的办法 只适用于嵌固端上下柱截面不变的情况 通常情况下 地下室柱有条件加大 加大柱截面面积与加大配筋同样可以达到提高地下室柱截面实际受弯承载力的目的 因此要求地下 室柱的实际受弯承载力不应小于相应地上柱的 1.1 倍 概念更为清晰 也便于操作 3 与嵌固部位相关的几个问题 1 框架 - 剪力墙结构体系的判定 抗规 条 设置少量抗震墙的框架结构 在规定的水平力作用下 底层框架部分所承担 的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的 50% 时 其框架的抗震等级应按框架结构确定 抗震 墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同 此条下注 底层指计算嵌固端所在的层 对于嵌固端在地下一层顶板的结构 本条规定不存在异议 但是对于嵌固端在地下二层或其下 层顶板的结构根据嵌固端倾覆力矩判定结构体系就不妥当了 例如对于地下室平面和首层完全一致 的结构 首层外围框架柱到了地下就成为和地下室外墙一体的墙柱 此时地下某层框架部分承担的 地震倾覆力矩和结构总地震倾覆力矩的比值就不能真实反映结构的受力情况 因此对于框架 - 剪力 墙结构宜根据嵌固端所在层和首层的倾覆力矩值取不利情况判定结构体系 2 抗震墙的抗震构造 抗规 条规定 对于抗震墙结构 底层墙肢底截面的轴压比不大于表 规定的一 二 三级抗震墙及四级抗震墙 墙肢两端可设置构造边缘构件 此处 底层墙肢底截面 应指嵌固端处 截面 表 抗震墙设置构造边缘构件的最大轴压比 抗震等级或烈度 轴压比 一级 9 度 0.1 一级 7 8 度 0.2 二 三级

26 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 对 于 部 分 嵌 固 端 不 在 地 下 一 层 顶 板 的 结 构, 本 条 规 定 似 有 不 妥 某 剪 力 墙 工 程 地 下 四 层 地 上 十 八 层, 抗 震 等 级 为 二 级, 地 下 三 层 和 地 下 四 层 为 人 防 层, 嵌 固 端 在 基 础, 地 下 结 构 的 轴 压 比 均 小 于 抗 规 表 要 求, 但 是 首 层 轴 压 比 均 大 于 该 表 要 求, 是 否 应 在 一 至 三 层 设 置 约 束 边 缘 够 件, 存 在 争 议 底 层 建 筑 的 轴 压 比 作 为 判 别 是 否 设 置 约 束 边 缘 构 件 的 依 据, 是 建 立 在 墙 肢 底 部 加 强 部 位 高 度 范 围 内 截 面 不 变 ( 或 均 匀 变 化 ) 的 基 础 上 的, 也 就 是 在 底 部 加 强 部 位 高 度 范 围 内, 墙 肢 的 最 大 轴 压 比 数 值 应 出 现 在 墙 底 截 面 底 部 加 强 部 位 及 相 邻 上 一 层 的 剪 力 墙, 当 侧 向 刚 度 无 突 变 时, 墙 的 厚 度 不 宜 改 变 对 复 杂 工 程, 当 剪 力 墙 墙 底 截 面 的 轴 压 比 不 是 最 大 值 时, 应 以 底 部 加 强 部 位 高 度 范 围 内 墙 肢 的 最 大 轴 压 比 数 值 来 确 定 是 否 设 置 约 束 边 缘 构 件 3) 弹 性 时 程 分 析 时, 结 构 底 部 剪 力 的 调 整 抗 规 条 规 定 : 弹 性 时 程 分 析 时, 每 条 时 程 曲 线 计 算 所 得 结 构 底 部 剪 力 不 应 小 于 振 型 分 解 反 应 谱 法 计 算 结 果 的 65%, 多 条 时 程 曲 线 计 算 所 得 结 构 底 部 剪 力 的 平 均 值 不 应 小 于 振 型 分 解 反 应 谱 法 计 算 结 果 的 80% 实 际 工 程 中 的 底 部 剪 力 究 竟 是 基 底 剪 力 还 是 嵌 固 端 剪 力 呢? 某 复 杂 工 程, 需 要 用 弹 性 时 程 分 析 补 充 计 算 该 工 程 嵌 固 端 为 地 下 室 顶 板 计 算 结 果 为 首 层 总 剪 力 剪 力 不 满 足 计 算 要 求, 而 基 底 总 剪 力 满 足 计 算 要 求 设 计 者 认 为 此 时 结 构 已 经 满 足 规 范 要 求, 实 际 上 这 样 的 结 果 是 不 安 全 的 该 工 程 Y 向 时 程 分 析 结 果 如 下 表 楼 层 地 震 波 1 地 震 波 2 地 震 波 3 时 程 分 机 最 大 值 振 型 分 解 法 计 算 值 备 注 需 调 整 需 调 整 需 调 整 嵌 固 端 地 下 二 层 时 程 分 析 平 均 值 ( 基 础 ) 倍 振 型 分 解 法 底 部 剪 力 ( 基 础 ) 时 程 分 析 平 均 值 ( 嵌 固 端 ) 倍 振 型 分 解 法 底 部 剪 力 ( 基 础 ) 基 础 部 位 剪 力 满 足 规 范 要 求 基 础 部 位 剪 力 不 满 足 规 范 要 求 24

27 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 由上表可以看出 该工程基础底部剪力满足规范要求 是由于本工程地下两层为人防层 墙体 明显比首层要多 因此吸收的地震力也比首层大 从而导致底部两层的剪力要比首层大很多 因此 基底剪力能满足规范要求 但是嵌固端的剪力不满足规范要求 因此需要重新选取地震波另行计算 下表为重新选取了 3 号地震波的计算结果 楼层 地震波 1 地震波 2 地震波 3 NEW 需调整 需调整 需调整 时程分析平均值 基础 倍振型分解法底部剪力 嵌固端 时程分机最大值 振型分解法计算值 备注 嵌固端 嵌固端剪力满足规范要求 由此表可以看出 弹性时程分析时计算到嵌固端即可 无需再算嵌固端以下部位 这样的计算 结果最准确 参考文献 [1] [2] [3] [4] [5] [6] 建筑抗震设计规范 GB [S] 中国建筑工业出版社 2010 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ-2010 [S] 中国建筑工业出版社 2010 数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T [S] 中国标准出版社 2008 朱炳寅 建筑抗震设计规范应用与分析 GB [S] 中国建筑工业出版社 2011 王亚勇 戴国莹 建筑抗震设计规范疑问解答 [M] 中国建筑工业出版社 2006 王亚勇. 建筑抗震设计规范 GB 疑问解答 一 [M] 25

28 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 武汉公交信息中心基础方案分析 谌文 / 湖北建艺风工程设计有限公司 郑敏 / 武汉大学 1 工程概况 本工程位于武汉最为繁华的武广商圈 石乔口美食街 宝丰路商务圈三大商圈的黄金结合点 辐 射半径直达月湖桥和王家墩 CBD 是武汉城市中最具价值的核心区域 武汉公交信息中心是集主题 商业 甲级写字楼 酒店式公寓为一体的都市综合体 总建筑面积为 m2 本工程由 1 栋 25 层高层 高度 92.4m 1 栋 27 层高层 高度 99.2m 及大型地下车库等建筑物组成 地下车库共 3 层 层高分别为 m 拟建建筑物设计地坪标高为 25.20m 见题图 26

29 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 根据武汉华中岩土工程有限责任公司 2009 年 5 月提供的 武汉公共交通投资有限公司公共交 通信息中心项目岩土工程勘察报告书 基础拟选用如下方案 1 层数为 层的建筑物适宜采用钻孔灌注桩 以中风化泥岩作为桩端持力层 2 层数为 3 层的局部地下车库部分适宜采用钻孔灌注桩为抗拔桩 以中粗砂层作为桩端持力层 现根据勘察报告及以往工程经验 分别对 层高层和 3 层局部地下车库部分进行基础方 案比较 以期选出经济合理的基础方案 土层参数详见表 1 所示 表 1 土层参数表 天然地基 钻 冲 挖孔桩 指标名称 地层名称 抗剪强度 固快 承载力 压缩 特征值 模量 fak/kpa Es/MPa 人工填土① 天然 重度 (kn/m3) 凝聚力 C/kPa 内摩 擦角 Φ/ 预应力管桩 桩周土 桩端岩石 桩周土 桩端岩石 摩擦力 承载力 摩擦力 承载力 特征值 特征值 特征值 特征值 qsa/kpa qpa/kpa qsa/kpa qpa/kpa 淤泥质粉质粘土② 粉质粘土③ 粉质粘土夹粉土④ 粉砂夹淤泥质粉质 粘土⑤ 粉细砂⑤ 粉细砂⑤ 中粗砂⑥ 含卵石砾砂⑦ 强风化泥岩⑧ 中风化泥岩⑨ 1400 不可压缩 确定桩长 1) 根据勘察报告 ⑦层卵砾砂层的厚度不大 0.7~2.7m 不宜作为建筑物的持力层 ; ⑧层强 风化泥岩层厚度极薄 且风化程度不同 力学性质有一定的差异 也不宜作为建筑物的持力层 因 此桩基础的持力层选择为⑨层中风化泥岩层 2) 根 据 勘 察 报 告 该 建 筑 的 ±0.000 约 相 当 于 绝 对 标 高 m 自 然 地 面 约 在 22.99~23.82m 考虑 3 层地下室总层高为 m 承台厚度 2m 桩顶标高约在 m 27

30 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 28 3) 根 据 勘 察 报 告, 各 钻 孔 处 的 9 层 中 风 化 泥 岩 6 层 中 粗 砂 层 顶 面 标 高 见 表 2 表 2 9 层 中 风 化 泥 岩 6 层 中 粗 砂 层 顶 面 标 高 孔 号 9 层 中 风 化 泥 岩 顶 面 标 高 6 层 中 粗 砂 顶 面 标 高 ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK 平 均 顶 面 标 高 则 : 1) 对 于 抗 压 计 算 的 钻 孔 灌 注 桩 (Φ900 桩 ), 桩 顶 至 持 力 层 9 层 中 风 化 泥 岩 顶 面 的 高 度 为 =41.21m, 考 虑 桩 端 进 入 持 力 层 1.0m, 则 平 均 桩 长 为 =42.21m 2) 对 于 抗 压 计 算 的 预 应 力 管 桩 (Φ600 桩 ), 桩 顶 至 持 力 层 6 层 中 粗 砂 层 顶 面 的 高 度 为 =23.33m, 考 虑 桩 端 进 入 持 力 层 8.0m, 则 平 均 桩 长 为 =31.33m 3) 对 于 抗 拨 计 算 的 钻 孔 灌 注 桩 (Φ900 桩 ), 桩 顶 至 持 力 层 6 层 中 粗 砂 层 顶 面 的 高 度 为 =23.33m, 考 虑 桩 端 进 入 持 力 层 15m, 则 平 均 桩 长 为 =38.33m

31 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 3 计算单桩竖向承载力特征值 3.1 预应力管桩 管桩在静压沉桩的施工方式下无法进入中风化 取⑥层中粗砂层作为持力层 q pa=4300kpa 计 算单桩竖向承载力特征值如表 3 表 3 预应力管桩单桩竖向承载力特征值 桩身直径 /m 桩长 /m 单桩承载力特征值 /kn C80 桩身承载力特征值 /kn 0.5 PHC-A PHC-A 钻孔灌注桩 持力层为⑨层中风化泥岩 :q pa=1800kpa L =42m C40 表 4 钻孔灌注桩单桩竖向承载力特征值 桩身直径 /m 单桩承载力特征值 /kn C40 桩身承载力特征值 /kn 单桩混凝土用量 /m 注 以上所讲的桩长从地下室地面起算 29

32 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 4 基础方案比较 1 本工程场地中③粉质粘土 fa=100kpa 且顶面标高约为 m 正好位于地下室底板标高 范围 但经修正后地基承载力特征值仅有 230kPa 不能满足高层 27 15= 405kN/m2 的承载力要 求 采用天然基础不可行 如果采用桩筏基础 该土层能够承担的土反力也很有限 2 预应力管桩不能提供很高的承载力 用在荷载较大的高层建筑中势必造成桩基数量多 布 桩困难 承台造价高等问题 本工程建筑物总重为 t 大概需要 500 根 600 直径的管桩 也 就是说光管桩就要 元 /m=480 万 按照间距 3.5d 布置 桩承台方式布桩困难 须做 桩筏基础 筏板估算要至少也要 1m 厚 如果采用钻孔灌注桩 只需要 220 根 900 直径桩 大概需 要 元 /m3=580 万 基本只需 300 厚的构造防水板 承台的尺寸也较小 单纯从桩 的造价上来讲 预应力管桩比钻孔灌注桩的花费要低 预应力管桩为挤土桩 在较松厚的软土场地使用该桩型 很容易出现桩位偏移 桩身倾斜 断 桩等现象 汉口新华路与发展大道交汇处由武汉三金房地产开发的鑫城国际 31 层的高层住宅 该 项目由于类似的地质条件 采用管桩施工后 结果最后要多花 500 万处理断桩的问题 本工程是高 层公共建筑 柱网尺寸大 荷载肯定比住宅的要大不少 如果施工出现问题 返工桩的数量更多 造价会更高 管桩施工中实际控制接头一般为 2 个 不超过 3 个 考虑到该项目所需的桩长较长 若采用该 桩型在施工送桩上存在问题 武汉市目前使用的管桩单桩一般 13m 左右 也就是说试桩如果是 55m 的话 采用的管桩施工就会存在很多的问题 从而直接会影响基础安全和增加造价 从安全的角度来讲 预应力管桩的桩身抗剪和抗压能力跟钻孔灌注桩比起来显得太弱了 2009 年 6 月 27 日 5 时 30 分许 在上海市闵行区莲花南路罗阳路口 莲花河畔景苑 楼盘工地发生整 栋楼体倒覆事故 该 13 层住宅楼就是在软土地基上采用管桩 本工程 3 层地下车库部分由于地下水位比较高 计算得出单柱抗浮力至少要达到 5400kN 由于管桩截面偏小 600 直径的管桩仅能提供 800kN 的抗拔力 而 900 直径的钻孔灌注桩能提供 1350kN 的抗拔力 为了减少桩的数量节省造价 所以就必须采用大直径的钻孔灌注桩来抗拔 主楼和地下车库都采用钻孔桩基础 有利于施工方便 节约造价 下面比较各种基础形式在施工进度 受雨季影响及对环境影响等方面进行比较 见表 4 表 4 武汉公交基础施工状况比较表 施工速度 钻孔灌注桩 较快 只需投入较多人力即可 受天气影响 对环境影响 较大 雨季时 桩机进场和 噪音大 现场泥浆多 影响 施工时的桩机都会受到影响 环境 预应力管桩 较慢 由于存在挤土效应 较大 雨季时 桩机进场和 后期压桩速度会受很大影响 施工时的桩机都会受到影响 噪音较大 基本无震动 梁板式筏型基础 较快 但受图纸设计影响 很大 浇注底板垫层时 地 必须全部图纸完成 安审通 基土不的被雨水浸泡 否则 过后方可施工 应将浮土清除 基本无噪音 震动 经过上述分析比较 得出如下结论 该 25 层 27 层高层办公楼 应采用钻孔灌注桩基础 参考文献 [1] [2] [3] 30 中国建筑工业出版社编. 建筑地基基础设计规范 GB [S]. 中国建筑工业出版社 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑桩基技术规范 JGJ [S]. 中国建筑工业出版社 中国建筑科学研究院. 建筑抗震设计规范 GB [S]. 中国建筑工业出版社 2010.

33 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 浅议锚杆静压桩在设计过程中的应用 韦正平 / 南京柏海建筑设计有限公司 锚杆静压桩 即利用建 构 筑物自重 先在基础上开凿压桩孔 然后植筋锚杆 ( 也可开凿锚杆孔 ) 利用锚杆反力 通过反力架用千斤顶将预制桩段逐根压入基础下面土中 主要用于已建建筑物发生 不均匀沉降引起开裂或倾斜事故工程的加固处理 也可用于原建筑物加层建筑基础加固处理 如当 原建筑物地基和基础不满足上部荷载要求时 采用锚杆静压桩加固地基 基础设计 然而近年来有 的工程由于现场场地限制 施工过程中产生的偏位误差 施工工期以及经济合理性的要求 我们灵 活采用先预埋锚杆和预留压桩孔 在施工过程中同时进行锚杆静压桩施工 在满足工程安全使用要 求的同时 具有对周围环境无明显影响 不占用施工有效工期 设备投资低 能耗低 费用低等特点 下面笔者就设计过程中采用锚杆静压桩处理问题的工程类型作简要介绍 供商榷 1 处于老城区稠密居民区内的 位于杭州市南山路清波门处有一处老印刷厂区 该厂区废弃多年 当地政府决定将其改造旅游 四层餐饮或酒店项目 经勘查单位勘查 该地块地表以下有 3.0m 左右厚淤泥土层 地基承载力特 征值为 50.0kN/m2 如采用天然基础需满堂筏板基础 但该地段处于老城区稠密居民区内 进出巷 道狭窄 施工机械无法进场地 土石方外运全靠人工 且施工粉尘污染对周边西湖风景影响较大 如采用桩基础也同样存在机械无法进场地等问题 根据上部结构 (4 层 ) 初算结果 单柱轴力设计值 约 kN 之间 采用先预埋锚杆和预留压桩孔承台基础 即在主体施工到二层前柱下按 独立基础设计 待 2 层梁板混凝土浇筑完毕后停止主体施工 再将预制桩 ( 断面 mm) 段逐 根压入基础下面土中 最后用微膨胀混凝土封闭洞口 待洞口微膨胀混凝土达到设计强度后再进行 主体加荷载施工 设计时必须考虑开始 从基础施工到 2 层主体完工 按天然独立基础验算设计 然后锚杆静压桩施工过程由于预制桩段逐根压入施工 独立承台要考虑因锚杆静压桩施工附加偏心 31

34 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 距 验 算 设 计, 本 工 程 通 过 地 梁 并 在 地 梁 上 增 加 配 重 的 方 法 考 虑 ( 角 柱 处 需 重 点 复 核 配 重 及 偏 心 计 算 ); 施 工 过 程 中 加 强 沉 降 观 测, 最 终 主 体 完 工 按 桩 承 台 设 计 ( 单 桩 承 载 力 设 计 值 420kN), 并 进 行 承 台 抗 弯 抗 剪 和 抗 冲 切 验 算 以 及 考 虑 预 留 孔 洞 对 抗 冲 切 的 不 利 影 响 ( 即 冲 切 线 取 预 留 孔 洞 边, 见 图 1) 考 虑 到 施 工 时 减 少 地 梁 钢 筋 绑 扎 影 响,2 6 桩 承 台 斜 向 布 置 ( 见 图 2), 该 工 程 竣 工 已 10 年, 目 前 正 常 使 用, 没 有 反 馈 有 不 均 匀 沉 降 开 裂 信 息 图 1 图 2 2 场 地 基 坑 开 挖 后 发 现 桩 承 载 力 不 满 足 设 计 要 求 的 位 于 镇 江 市 谷 阳 路 与 纬 五 路 交 叉 处 有 一 工 程 由 5 栋 18 ~ 27 层 楼 组 成 地 下 室 连 成 一 体 的 建 筑 ( 见 图 3 4), 该 工 程 原 场 地 为 丘 陵 地 带, 地 下 水 位 较 深, 根 据 地 质 勘 探 单 位 提 供 的 岩 土 工 程 勘 察 报 告, 经 过 比 较 分 析, 确 认 采 用 人 工 挖 孔 扩 底 灌 注 桩 较 为 经 济 合 理, 桩 直 径 为 800mm, 桩 底 直 径 分 别 扩 为 1800mm 和 2200mm, 桩 长 约 为 15.0 ~ 22.0m, 混 凝 土 分 别 采 用 C35 和 C45, 单 桩 竖 向 承 载 力 特 征 值 ( 根 据 地 勘 报 告 参 数 估 算 ) 分 别 为 6560 和 8800kN; 桩 端 进 入 稳 定 全 风 化 闪 长 玢 岩 持 力 层 不 小 于 1.5m 因 该 工 程 地 基 基 础 设 计 等 级 为 甲 级, 桩 基 正 式 施 工 前 应 先 试 桩, 桩 孔 挖 至 孔 底 设 计 标 高 或 持 力 层 后, 请 通 知 甲 方 会 同 勘 察 设 计 监 理 公 司 及 有 关 质 检 人 员 共 同 鉴 定, 认 为 符 合 设 计 要 求 后 迅 速 扩 大 桩 头, 清 理 孔 底, 及 时 验 收, 随 即 浇 灌 封 底 混 凝 土, 封 底 混 凝 土 最 小 高 度 为 h+200(h 为 桩 扩 底 直 径 )mm; 且 桩 浇 注 混 凝 土 前 应 进 行 桩 端 持 力 层 检 验 ; 同 时 还 进 行 桩 底 下 3 倍 直 径 或 5.0m 深 度 范 围 内 有 无 空 洞 破 碎 带 软 弱 夹 层 等 不 良 地 质 检 测 等 措 施 但 在 桩 基 施 工 过 程 中 因 建 设 单 位 要 求 工 期 较 紧 以 及 大 家 认 为 人 工 挖 孔 扩 底 灌 注 桩 一 般 不 会 出 现 问 题 等 原 因, 施 工 前 未 先 试 桩, 在 孔 底 勘 验 时 也 不 够 细 致, 导 致 工 程 桩 施 工 完 毕 后 再 静 载 试 验 发 现 单 桩 承 载 力 特 征 值 只 有 和 kN 出 现 问 题 后, 检 测 单 位 同 时 进 行 了 现 场 桩 底 土 样 钻 孔 取 芯, 并 把 附 近 桩 底 钻 孔 取 芯 极 限 端 阻 力 标 准 值 相 同 (q pk =4000kPa) 的 取 值 样 本 拿 到 现 场 进 行 对 比, 大 家 一 致 认 为 原 地 勘 报 告 极 限 端 阻 力 标 准 值 取 值 明 显 偏 高 32

35 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 图3 图4 因桩静载试验承载力特征值与设计相差较大 经过计算必须进行补桩处理 但工地现场人员 设备和材料均已进场 不仅垫层全部做好 超过一半基础钢筋也绑扎完毕 补桩处理不仅考虑施工 工期 还要考虑施工人员窝工和设备闲置的损失 笔者采用先施工 并预留锚杆和压桩孔洞方案 待基础底板施工完毕 30d 后再通过反力架用千斤顶将预制桩段 ( 断面 mm 单桩承载力特 征值 320kN) 逐根压入基础下面土中 最后用微膨胀混凝土封闭洞口 实际施工过程中的确对工期 和施工单位窝工 返工影响较小 该方案也得到当地建设主管部门专家组认可后 再采用 PKPM 系 列软件 考虑上部结构刚度情况下的 筏板有限元计算 其中 2 4#(18 层 ) 楼保持基础原有的承台 梁 板尺寸不变 只需在部分承台边附近预留锚杆和压桩孔洞 并根据电算结果在局部配置附加钢 筋 减少了现场返工量 而 1# 楼 27 层 则需作较大调整 原先承台 - 梁 - 板结构形式改为承台 筏板结构形式 此处现场也仅做基础垫层施工 故返工量不大 (1# 楼附加锚杆孔见附图 5) 以上修 改设计图纸通过当地建筑施工图审查部门的审查 2012 年主体验收时反馈 1 5# 楼沉降均匀 其 中最大沉降量为 10mm 现在这些楼栋已竣工交付使用 最近工程回访了解没有发现房屋不均匀沉降 开裂现象 图5 33

36 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 3 场 地 基 坑 开 挖 后 发 现 因 塔 吊 基 础 先 施 工 引 起 桩 倾 斜 的 位 于 滁 州 市 清 流 中 路 与 菱 溪 路 交 叉 口 有 一 在 建 33 层 ( 地 下 1 层 ) 住 宅 楼 工 程, 基 础 采 用 直 径 500 预 制 管 桩 桩 筏 基 础, 桩 长 12.0 ~ 13.0m, 主 楼 范 围 筏 板 厚 1250mm, 四 周 地 下 室 为 柱 下 局 部 加 厚 筏 板 基 础, 板 厚 为 500mm( 局 部 加 厚 筏 板 1200mm) 桩 基 施 工 及 桩 静 载 试 验 均 满 足 设 计 要 求, 但 在 桩 基 验 收 时 发 现 该 工 程 东 北 角 局 部 有 八 根 桩 偏 位 较 大 (150 ~ 400mm 不 等 ), 现 场 相 关 单 位 认 为 是 桩 偏 位, 笔 者 到 现 场 发 现 该 工 程 北 面 偏 东 角 有 一 塔 吊 基 础 已 施 工 完 毕, 塔 吊 基 础 比 建 筑 物 桩 顶 深 约 2.0m 左 右, 且 此 处 桩 偏 位 均 向 北, 考 虑 到 桩 顶 以 下 有 2.0m 左 右 厚 软 土 层 ( 地 基 承 载 力 特 征 值 为 110.0kN/m 2 ), 确 定 该 处 桩 偏 位 极 有 可 能 是 塔 吊 基 础 先 施 工 时 开 挖 土 方 引 起 的 所 以 首 先 采 用 低 应 变 动 力 检 测 对 所 有 偏 桩 进 行 桩 身 质 量 检 测 后 发 现 所 有 偏 桩 桩 身 质 量 完 好 验 收 会 议 上 关 于 如 何 处 理 偏 桩 时, 有 人 员 认 为 用 缆 绳 把 偏 桩 拉 直 方 法, 并 说 很 多 工 程 都 是 这 样 处 理 的, 且 没 有 出 现 过 问 题, 也 有 的 工 程 未 处 理, 现 已 交 付 使 用 没 有 发 生 不 正 常 现 象 但 笔 者 认 为 用 缆 绳 把 偏 桩 拉 直 过 程 中 容 易 把 管 桩 拉 裂 或 拉 断, 且 施 工 过 程 中 管 桩 容 易 上 移 影 响 桩 竖 向 承 载 力 另 外 根 据 偏 位 斜 桩 实 际 受 力 ( 见 图 6), 其 中 筏 板 传 到 桩 顶 反 力 Ni 分 解 为 F 水 平 和 F 斜,F 斜 为 管 桩 轴 心 压 力,F 水 平 由 筏 板 与 土 摩 擦 力 和 地 下 室 外 墙 土 压 力 差 承 担, 即 Ni<F 斜 ; 说 明 斜 桩 承 受 竖 向 荷 载 减 少, 且 管 桩 弯 曲 部 位 受 力 也 较 为 复 杂, 如 不 处 理 有 可 能 给 工 程 留 下 安 全 隐 患, 且 在 出 现 问 题 后 再 加 固 会 更 棘 手 考 虑 场 地 基 坑 已 开 挖 完 毕 和 施 工 人 员 及 材 料 已 进 场, 笔 者 采 用 预 留 锚 杆 和 压 桩 孔 洞 方 案, 经 过 计 算 和 安 全 考 虑, 根 据 斜 桩 最 不 利 情 况 计 算, 斜 桩 竖 向 承 载 力 特 征 值 由 原 1900kN 改 为 1500kN 进 行 验 算 布 置 锚 杆 桩, 桩 筏 板 有 限 元 计 算 标 准 组 合 下 最 大 反 力 图 见 图 7, 待 主 体 施 工 到 3 ~ 4 层 时 再 通 过 反 力 架 用 千 斤 顶 将 预 制 桩 段 ( 断 面 mm, 单 桩 承 载 力 特 征 值 320kN) 逐 根 压 入 基 础 下 面 土 中, 最 后 用 C35 微 膨 胀 混 凝 土 封 闭 洞 口, 并 对 已 偏 位 的 管 桩 内 填 芯 混 凝 土 高 度 增 加 至 5.0m 该 加 固 方 案 减 少 工 期 和 施 工 单 位 窝 工 返 工 影 响 通 过 以 上 分 析 大 家 认 为 采 用 预 留 锚 杆 和 压 桩 孔 洞 方 案 安 全 经 济 合 理, 局 部 配 筋 修 改 图 见 图 8, 另 外 考 虑 塔 吊 基 础 下 有 四 根 直 径 500 管 桩 对 结 构 的 有 利 影 响, 修 改 图 增 加 主 楼 筏 板 与 塔 吊 基 础 交 接 大 样, 原 筏 板 根 据 考 虑 锚 杆 桩 桩 筏 板 有 限 元 计 算 结 果 调 整 增 加 附 加 配 筋 该 工 程 主 体 已 完 工, 从 现 场 反 馈 信 息 来 看, 该 工 程 沉 降 均 匀, 沉 降 量 在 8 ~ 12mm 范 围 内 4 结 语 根 据 上 述 工 程 案 例 情 况, 采 用 先 预 埋 锚 杆 和 预 留 压 桩 孔 锚 杆 承 台 基 础 有 时 的 确 达 到 事 半 功 倍 的 效 果 但 锚 杆 桩 因 其 单 节 桩 长 偏 短 等 原 因, 设 计 施 工 需 注 意 如 下 事 项 1) 与 普 通 桩 相 比, 由 于 场 地 高 度 等 限 制, 锚 杆 单 节 桩 长 较 短, 导 致 接 桩 数 量 较 多, 桩 垂 直 度 难 以 控 制, 桩 身 偏 心 距 较 多, 故 验 算 桩 身 强 度 与 普 通 桩 不 同, 需 根 据 桩 接 头 数 量 折 减, 具 体 数 据 根 据 桩 静 载 试 验 确 定, 如 没 有 相 关 数 据 笔 者 建 议 接 桩 数 量 超 过 3 节, 每 增 加 一 节 桩 身 强 度 折 减 系 数 减 少 0.10 ~ ) 因 设 备 液 压 管 路 因 素, 桩 承 载 力 取 值 不 宜 太 高, 否 则 容 易 导 致 液 压 系 统 爆 管 引 起 事 故, 且 爆 桩 后 补 桩 也 较 困 难 ( 条 件 许 可 的 预 留 备 用 孔 ), 如 没 有 静 载 条 件 的 单 桩 承 载 力 的 取 值 仅 根 据 地 勘 报 告 修 正 参 数 ( 即 根 据 桩 静 载 结 果 反 向 调 整 各 土 层 侧 阻 特 征 值 q sia 端 阻 特 征 值 q pa 的 参 数 ) 和 压 桩 力 确 定 且 建 筑 物 周 边 无 其 它 参 考 资 料 的, 笔 者 建 议 单 桩 承 载 力 估 算 偏 保 守 低 值 基 础 设 计 等 级 为 甲 乙 级 的 建 筑 不 应 全 部 采 用 锚 杆 静 压 桩, 如 设 计 部 分 锚 杆 静 压 桩 与 其 它 类 型 桩 组 合, 则 不 宜 考 虑 锚 杆 静 压 桩 承 担 水 平 荷 载 作 用 3) 淤 泥 或 淤 泥 质 土 层 较 厚 ( 特 别 在 紧 靠 基 础 垫 层 下 土 层 的 ) 的 地 段 慎 用 锚 杆 静 压 桩 如 采 用 应 避 开 桩 接 头 在 淤 泥 或 淤 泥 质 土 层 内, 因 为 此 段 桩 侧 向 稳 定 性 较 差, 如 桩 接 头 不 牢 固 有 可 能 桩 在 此 处 断 裂 错 开 而 影 响 建 筑 物 安 全 另 外 对 有 抗 震 设 防 要 求 的, 如 承 台 下 有 液 化 土 层 的 也 应 慎 用 锚 杆 静 压 桩 4) 采 用 锚 杆 静 压 桩 在 锚 杆 静 压 桩 施 工 时 要 特 别 注 意 安 全 这 里 安 全 包 括 设 备 和 建 筑 物 安 全, 设 备 安 全 要 求 施 工 前 认 真 检 查 电 气 设 备 管 路 和 油 压 表, 建 筑 物 安 全 要 求 配 置 重 量 必 须 大 于 设 备 压 力 值 1.3 倍, 且 应 考 虑 建 筑 基 础 偏 心 影 响, 并 在 施 工 时 必 须 同 时 进 行 精 确 的 沉 降 观 测, 发 现 问 题 立 即 34

37 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 停止施工 待分析原因并采用相应的措施后再施工 同时工程竣工后也应进行至少增加半年左右的 沉降观测期 直至房屋沉降稳定为止 5 锚杆静压桩预留压桩孔位置应尽量选择应力 弯矩和剪力 较小处 并考虑预留压桩孔对 桩冲切验算的不利影响 同时加强预留压桩孔四周配筋 减少应力集中引起预留压桩孔角处混凝土 开裂 条件许可采用有限元软件对洞口处作详细分析 大家共同精心设计 精心施工 最大限度地 保证建筑物安全 图6 图7 图8 参考文献 [1] 建筑桩基技术规范 JGJ [S]. [2] 建筑地基基础设计规范 GB [S]. [3] 中国建筑科学研究院 PKPM 工程部. 独基 条基 钢筋混凝土地基梁桩基础和筏板基础设计软件 JCCAD 用户手册及技术条件 2010 [S]. [4] 全国民用建筑工程设计技术措施 2009 结构 地基与基础 部分 [M]. [5] 史佩栋. 实用桩基工程手册 [M]. 中国建筑工业出版社. [6] 周国钧岩土工程治理新技术 [M]. 中国建筑工业出版社. [7] 混凝土结构加固技术规范 (GB )[S]. 35

38 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 单层混凝土框架结构的优化设计 谢胜杰 / 北京矿冶研究总院 现行 混凝土结构设计规范 GB50010 和现行 建筑抗震设计规范 GB50011 都是以众多的 多层建筑设计经验为基础进行编制的 当设计单层的建筑物时 该如何运用规范呢 尤其对于一些 工业建筑 往往单层的更多一些 如何经济合理的设计这些建筑物 是结构工程师不可忽视的问题 目前大部分设计院均采用中国建筑科学研究院编制的 PKPMCAD 系列软件进行结构设计 本文 以 PKPMCAD 为计算分析工具 从建筑特点 分析比较和应用 总结思考 3 个方面对单层混凝土 框架结构的优化设计进行介绍 1 建筑特点 单层混凝土框架结构主要有单层单跨框架和单层多跨框架 现行 建筑抗震设计规范 GB50011 第 条规定 甲 乙类建筑以及高度大于 24m 的丙类建筑 不应采用单跨框架结构 高度不大于 24m 的丙类建筑不宜采用单跨框架结构 而现行 构筑物抗震设计规范 GB50191 第 条规定 框排架结构中框架部分高度大于 24m 时 不宜采用单跨框架结构 因此 对于单层混凝土 框架建筑 高度不超过 24m 的构筑物 可以采用单跨框架结构 对于建筑物来说 应慎重采用单层 单跨框架结构形式 必须采用时 应加强构造 不论是单层建筑物还是构筑物 在具体设计计算时 都应该按照规则简单 受力明确的原则进 行布置 确保结构布置各主轴方向刚度接近 各主轴方向的弹性位移和弹塑性位移接近 必要时还 可进行罕遇地震作用下的弹塑性分析 图 1 为某复古建筑单层框架立面 图 1 某复古建筑单层框架 36

39 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 单 层 建 筑 具 有 建 筑 高 度 不 高, 即 便 是 高 大 单 层 厂 房 一 般 也 很 少 超 过 24m 更 多 的 单 层 混 凝 土 框 架 结 构 层 高 不 超 过 6m, 属 于 低 矮 房 屋 的 范 畴 单 层 混 凝 土 框 架 房 屋 在 工 业 建 筑 中 得 到 大 量 的 应 用, 尤 其 是 典 型 的 炸 药 库 类 建 筑, 大 部 分 工 房 都 采 用 单 层 混 凝 土 框 架 结 构 经 济 合 理 的 设 计 这 些 建 筑 物 ( 构 筑 物 ), 是 摆 在 工 业 建 筑 设 计 人 员 面 前 不 可 忽 视 的 问 题 2 分 析 比 较 和 应 用 以 下 对 8 度 抗 震 设 防 的 某 炸 药 工 房 建 立 单 层 框 架 结 构 的 两 个 计 算 分 析 模 型, 一 个 是 主 次 梁 分 析 模 型, 一 个 是 单 向 楼 盖 分 析 模 型 ( 对 比 模 型 ) 梁 板 柱 混 凝 土 强 度 等 级 均 采 用 C30; 钢 筋 强 度 等 级 均 采 用 HRB400 厂 方 净 高 要 求 不 低 于 3.2m, 室 内 外 高 差 0.2m 基 础 顶 标 高 -1.5m 屋 面 结 构 标 高 4.2m 通 过 对 两 个 模 型 的 分 析 和 对 比, 探 讨 优 化 设 计 的 方 式 和 方 法 2.1 主 次 梁 模 型 厂 方 横 向 柱 间 距 12m, 纵 向 柱 间 距 6.6m 3 厂 房 从 室 内 算 起 高 度 4.2m, 采 用 主 次 梁 结 构, 主 梁 mm, 框 架 柱 截 面 mm 用 PMCAD 建 立 模 型, 用 SpasCAD 进 行 空 间 分 析 计 算 图 2 为 软 件 生 成 的 空 间 模 型 图 2 软 件 生 成 的 空 间 模 型 SpasCAD 计 算 结 果 如 下 :( 为 便 于 进 行 对 比 分 析, 楼 板 均 采 用 弹 性 楼 板 6, 其 他 设 计 参 数 与 对 比 模 型 均 相 同 ) 前 3 个 振 型 的 周 期,T 1 =0.5679s;T 2 =0.5522s;T 3 =0.4306s; 地 震 工 况 EX (0.0 度 ) 的 楼 层 最 大 位 移 角 1/599; 地 震 工 况 EY (90.0 度 ) 的 楼 层 最 大 位 移 角 1/582; 结 构 构 件 自 重, 钢 筋 混 凝 土 梁 BEAM:76.23t; 钢 筋 混 凝 土 柱 COLUMN:18.24t; 通 过 查 看 6 号 框 架 柱 的 构 件 设 计 验 算 详 细 信 息 得 知 框 架 柱 的 设 计 和 配 筋 37

40 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 COLU=6 NODE=3 16L= B,H=400,400 NC,NG,NGH=30,3,3 IEFR=2 LOC=1 Un/Unmax=0.23/ 0.75 N= Icom=23 Cx=1.00 Cy=1.00 ASC=153. As/Asvs Ps(%) Ierr Igz Icom M/Q N BOT B-As H-As B-Asv/S H-Asv/S TOP B-As H-As B-Asv/S H-Asv/S Joint X: V=146.9 N=0.0 Asv=87.5 Ierr=0 Icom=23 Joint Y: V=224.7 N=0.0 Asv=87.5 Ierr=0 Icom=22 受 剪 承 载 力 VB=155.3kN VH=104.6 kn 图 3 为 计 算 的 配 筋 包 络 情 况 图 3 计 算 的 配 筋 包 络 情 况 从 配 筋 包 络 图 看, 主 梁 虽 然 截 面 大, 但 配 筋 也 相 对 较 多 周 边 框 架 梁 和 次 梁 配 筋 较 小, 没 有 充 分 发 挥 这 些 梁 的 作 用 由 于 主 次 梁 截 面 不 同, 现 浇 混 凝 土 结 构 所 需 要 的 施 工 模 板 和 模 板 支 撑 类 型 较 多 进 入 墙 梁 柱 施 工 图 菜 单, 得 到 实 配 钢 筋, 主 梁 跨 中 最 大 配 筋 率 1.56%; 支 座 最 大 配 筋 率 0.77%; 最 大 计 算 挠 度 26.1mm, 挠 跨 比 2.2/1000 < 1/300 框 架 柱 实 配 纵 向 钢 筋 配 筋 率 4.30% 图 4 为 梁 挠 度 图 图 4 梁 挠 度 图 38

41 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 2.2 单 向 楼 盖 模 型 ( 对 比 模 型 ) 若 建 筑 空 间 功 能 要 求 建 筑 物 某 部 位 的 柱 网 布 置 在 两 个 正 交 方 向 的 柱 距 相 差 非 常 悬 殊 时, 即 一 个 方 向 的 柱 间 距 要 求 很 大, 而 对 另 一 个 方 向 的 柱 距 则 无 任 何 的 规 定 和 限 制 在 这 种 情 况 下, 可 将 对 柱 距 无 建 筑 功 能 要 求 的 这 个 方 向 的 柱 距 加 密, 形 成 刚 度 很 大 的 边 支 承, 而 在 另 一 个 方 向 采 用 大 跨 度 的 预 应 力 混 凝 土 单 向 密 肋 楼 盖 ( 或 屋 盖 ) 是 比 较 经 济 和 有 效 的 [8] 本 工 程 由 于 跨 度 不 是 很 大, 两 个 方 向 柱 距 也 不 是 很 悬 殊, 框 架 柱 的 截 面 仍 然 采 用 mm, 主 次 梁 均 采 用 相 同 截 面 mm, 密 柱 方 向 的 梁 也 采 用 截 面 mm 并 且 布 置 成 单 向 楼 盖 结 构, 不 施 加 预 应 力 图 5 为 对 比 模 型 的 杆 件 空 间 布 置 图. 图 5 对 比 模 型 的 杆 件 空 间 布 置 图 单 向 楼 盖 利 用 间 距 2200mm 的 梁 组 成, 周 边 框 架 柱 之 间 采 用 截 面 相 同 或 稍 大 的 框 架 梁 围 成 同 样 运 用 SpasCAD 进 行 分 析 和 计 算 结 果 如 下 前 3 个 振 型 的 周 期,T 1 =0.5712s;T 2 =0.5550s;T 3 =0.4317s; 地 震 工 况 EX ( 0.0 度 ) 的 楼 层 最 大 位 移 角 1/578; 地 震 工 况 EY ( 90.0 度 ) 的 楼 层 最 大 位 移 角 1/597; 结 构 构 件 自 重, 钢 筋 混 凝 土 梁 BEAM:59.85t; 钢 筋 混 凝 土 柱 COLUMN:18.24t; 通 过 查 看 主 次 梁 模 型 对 应 的 框 架 柱 的 构 件 设 计 验 算 详 细 信 息 得 知 框 架 柱 的 设 计 和 配 筋 图 6 为 计 算 的 配 筋 包 络 情 况 图 6 配 筋 包 络 图 从 配 筋 包 络 图 看, 主 次 梁 配 筋 比 较 均 匀 周 边 框 架 梁 配 筋 也 和 横 向 主 梁 接 近, 充 分 发 挥 这 些 梁 的 作 用 由 于 主 次 梁 截 面 相 同, 现 浇 混 凝 土 结 构 所 需 要 的 施 工 模 板 和 模 板 支 撑 类 型 较 少, 便 于 施 工 39

42 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 进 入 墙 梁 柱 施 工 图 菜 单, 得 到 实 配 钢 筋, 主 梁 跨 中 最 大 配 筋 率 1.65%; 支 座 最 大 配 筋 率 0.8%; 最 大 计 算 挠 度 30.3mm, 挠 跨 比 2.5/1000 < 1/300 框 架 柱 实 配 纵 向 钢 筋 配 筋 率 4.74%; 偏 大 图 7 为 梁 挠 度 图 图 7 梁 挠 度 图 2.3 结 果 分 析 从 分 析 比 较 结 果 看,( 单 向 楼 盖 ) 对 比 模 型 的 优 势 明 显 两 个 模 型 的 周 期 接 近, 位 移 比 也 相 差 无 几 框 架 梁 采 用 对 比 模 型 的 单 向 楼 盖 布 置 时, 梁 的 纵 向 配 筋 比 较 均 匀, 支 撑 12m 框 架 梁 的 边 支 承 梁 存 在 扭 矩 ; 主 次 梁 布 置 时, 主 梁 截 面 较 高, 配 筋 较 大, 但 次 梁 配 筋 较 小 两 个 模 型 的 框 架 柱 配 筋 相 当 当 屋 面 荷 载 比 较 均 匀 时, 单 向 楼 盖 的 截 面 高 跨 比 可 以 做 到 1/18 ~ 1/22 从 这 个 意 义 上 讲, 可 以 达 到 节 约 净 空 的 作 用 在 工 业 建 筑 物 或 构 筑 物 中, 设 备 需 要 的 净 空 往 往 是 很 苛 刻 的, 建 筑 物 的 层 高 多 由 净 空 决 定 ( 单 向 楼 盖 ) 对 比 模 型 相 对 主 次 梁 模 型 可 节 约 净 空 400mm 节 约 3.33t 混 凝 土 和 部 分 钢 筋 比 较 两 者 的 地 上 部 分 混 凝 土 用 量,( 单 向 楼 盖 ) 对 比 模 型 相 对 主 次 梁 模 型 可 节 约 混 凝 土 =19.71t, 折 合 7.58m 3 对 涉 外 工 程 中, 往 往 混 凝 土 的 成 本 也 较 高 可 以 节 约 一 部 分 成 本 另 外 由 于 层 高 得 到 降 低, 相 应 的 围 护 结 构 和 设 备 管 道 节 能 的 设 施 也 得 到 一 定 的 节 约 3 结 语 1) 单 向 楼 盖 结 构, 受 理 合 理 布 置 简 单 在 桥 梁 结 构 中 得 到 大 量 的 应 用 具 体 设 计 过 程 中, 作 为 边 支 承 的 纵 向 框 架 梁 的 合 理 设 计 至 关 重 要 一 是 要 求 边 支 承 框 架 应 具 有 较 大 的 整 体 刚 度, 避 免 在 地 震 和 风 荷 载 下 产 生 较 大 的 变 形, 以 保 证 单 向 密 肋 的 平 面 外 稳 定 二 是 为 控 制 单 向 密 肋 楼 盖 的 跨 中 弯 矩 和 挠 度 在 合 理 的 范 围 内, 要 求 作 为 边 支 承 的 框 架 梁 除 具 有 足 够 的 抗 弯 刚 度 外, 还 必 须 具 有 足 够 的 抗 扭 刚 度 抗 扭 刚 度 与 梁 短 边 的 三 次 方 成 正 比 [8] 2) 上 述 工 程 实 例 为 构 筑 物, 当 进 行 建 筑 物 设 计 时, 可 根 据 需 要 在 两 外 侧 12m 的 跨 中 各 增 加 一 根 框 架 柱 这 样 就 不 算 单 层 单 跨 框 架 结 构 了 3) 当 单 层 框 架 结 构 在 9 度 区 得 到 应 用 时, 需 注 意 以 下 几 点 1 纯 框 架 结 构 的 适 用 高 度 应 满 足 现 行 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 和 构 筑 物 抗 震 设 计 规 范 GB50191 的 有 关 规 定 2 可 先 进 行 试 算, 计 算 高 度 不 高 于 4.5m, 计 算 出 来 的 两 个 主 轴 方 向 周 期 如 果 均 在 0.3 ~ 0.4s 时, 位 移 一 般 可 以 满 足 现 行 规 范 的 要 求 40

43 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 3 单 层 工 业 建 筑 又 存 在 局 部 平 台, 由 此 引 起 的 框 架 柱 的 剪 跨 比 大 于 1.5 时, 应 符 合 下 列 规 定 : 箍 筋 应 提 高 一 级 配 置, 一 级 时 应 适 当 提 高 箍 筋 配 置 柱 高 范 围 内 应 采 用 井 字 形 复 合 箍 ( 矩 形 箍 或 拉 筋 ), 应 至 少 每 隔 一 根 纵 向 钢 筋 有 一 根 拉 筋 柱 的 每 个 方 向 应 配 置 两 根 对 角 斜 筋 ; 对 角 斜 筋 的 直 径, 一 二 级 分 别 不 应 小 于 20 18mm, 三 四 级 不 应 小 于 16mm; 对 角 斜 筋 的 锚 固 长 度 不 应 小 于 受 拉 钢 筋 抗 震 锚 固 长 度 LaE 加 50mm 4 当 厂 房 高 度 较 高 时, 位 移 难 以 满 足 规 范 要 求 时 可 在 建 筑 物 ( 构 筑 物 ) 周 边 加 一 些 抗 震 墙 以 满 足 位 移 计 算 要 求 4) 在 进 行 基 础 设 计 时, 根 据 现 行 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 第 条 有 关 规 定, 对 一 般 单 层 厂 房 和 单 层 空 旷 房 屋 ; 不 超 过 8 层 且 高 度 在 24m 以 下 的 一 般 民 用 框 架 和 框 架 抗 震 墙 房 屋 ; 基 础 荷 载 与 以 上 建 筑 相 当 的 多 层 框 架 厂 房 和 多 层 混 凝 土 抗 震 墙 房 屋 可 不 进 行 天 然 地 基 及 基 础 的 抗 震 承 载 力 验 算 前 提 是 地 基 主 要 受 力 层 范 围 内 不 存 在 地 基 承 载 力 特 征 值 小 于 80kPa(7 度 ) 100kPa(8 度 ) 120kPa(9 度 ) 的 软 弱 粘 性 土 层 按 机 械 工 业 部 的 行 业 标 准 机 械 工 业 厂 房 结 构 设 计 规 范 GB50906 对 于 有 吊 车 的 厂 房 结 构, 基 础 底 面 不 宜 出 现 零 应 力 区, 没 有 吊 车 作 用 的 厂 房 基 础 底 面 最 大 允 许 25% 的 零 应 力 区 比 例 构 筑 物 抗 震 设 计 规 范 GB50191 第 条 规 定, 形 体 规 则 的 构 筑 物, 零 应 力 区 的 面 积 不 应 大 于 基 础 底 面 面 积 的 25% 在 设 计 单 层 混 凝 土 框 架 时, 可 以 通 过 调 整 此 参 数, 得 到 令 人 满 意 的 基 础 计 算 结 果 ( 图 9) 5)SPASCAD 采 用 了 真 实 空 间 结 构 模 型 输 入 的 方 法, 适 用 于 各 种 类 型 的 建 筑 结 构 的 建 模 在 计 算 过 程 中 软 件 调 用 PMSAP 计 算 模 块 对 于 比 较 复 杂 的 单 层 建 筑 物 和 构 筑 物 可 以 准 确 分 析 其 内 力 和 变 形, 并 按 规 范 要 求 给 出 设 计 结 果 图 8 对 角 斜 筋 配 置 示 意 图 图 9 基 础 计 算 结 果 参 考 文 献 : [1] 构 筑 物 抗 震 设 计 规 范.GB [S]. [2] 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB [S]. [3] 机 械 工 业 厂 房 结 构 设 计 规 范 GB [S]. [4] 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB [S]. [5] PMCAD 结 构 平 面 CAD 软 件 [S].2012,2. [6] SPAS CAD 空 间 结 构 建 模 软 件 [S].2012,2. [7] PMSAP 复 多 高 层 建 筑 结 构 分 析 与 设 计 软 件.2012,2. [8] 高 立 人, 方 鄂 华, 钱 稼 茹. 高 层 建 筑 结 构 概 念 设 计 [M]. 中 国 计 划 出 版 社,2005,1. 41

44 STRUCTURE SOFTWARE 结构软件应用 PKPM 钢结构设计软件应用 一 桁架设计应用 夏绪勇 / 建研科技股份有限公司 PKPM 钢结构设计软件应用 系列文章 将陆续在 PKPM 新天地 中发表 系统地介 绍 PKPM 钢结构设计软件各个模块的应用 本 文主要介绍 PKPM 钢结构设计软件 STS 中桁架 设计软件应用与几项问题 1 桁架模块主要应用 STS 桁架模块的结构建模分析是基于二维 单榀方式 通过平面杆系有限元分析 按单向 受力来进行构件验算的 适合于钢屋架 托架 类结构的单独设计 见图 1 图 2 桁架排架柱整体建模分析 ((a)) 三角形钢屋架 桁架结构分析计算部分 没有截面限制 可以建立进去的截面形式都可以计算分析 施 工图设计部分对所使用的截面有要求 桁架 施工图 模块限制可以绘制的截面形式为 角 (b) 梯形钢屋架 钢 角钢组合截面 槽钢 槽钢组合截面 管 桁架施工图 模块适用于圆管或矩形管截面管 管直接相贯连做法的施工图设计 2 桁架支座杆的模拟 (c) 平行弦桁架 对于简支的屋架结构 单独计算屋架时 需要设立支座来模拟柱对屋架的支撑作用 对 于不同支座的设置方式 对于屋架的分析结果 影响较大 (d) 托架 设置方式 1 把支座直接设置在桁架下弦 节点位置 如图 3 (a) 所示 这种设置方式支 座对下弦两端点提供一个刚性约束 会完全约 束住下弦的变形 下弦内力分析结果 桁架的 (e) 连续桁架 图 1 桁架结构形式 屋架结构可以单独设计 也可以连带下面 厂房排架柱整体建模分析 见图 2 42 整体竖向变形都会严重偏小 这是一种不合理 的支座设置方式 设置方式 2 布置下端刚接上端铰接的小 短柱来模拟支座 如图 3 (b) 所示 这种设置 方式小短柱由于有一定的抗侧刚度 会对下弦