对无地下室建筑的嵌固部位选择和设计的一些商榷

《【结构讲坛】|学与思,对无地下室建筑的嵌固部位选择和设计的一些商榷》- 投稿作者:结构微理论 - 发布于:翻身猫建筑自学网
京施审专家委房建〔2015〕结字第1号会议纪要(选段)
 

就本纪要中关于上部结构嵌固部位的内容,段老师给出一些非正式的看法,旨在较为准确的在宏观上理解结构设计的基本概念和逻辑。由于水平有限,讨论内容可能在表达方式和知识准确性方面有不妥之处,欢迎广大同行批评指正!

 

1、计算模型结构的计算模型限于技术条件和结构概念通常需要做适当的简化,但是一般来说主体受力构件还是需要建入模型分析,即结构计算模型应尽可能符合工程的实际受力状况,这也是规范对结构设计人员的基本要求,如图三、四和五。但是如果由于程序计算能力限制或者人们对于某些影响因素认知尚且不清,在满足工程精度的情况下亦可对于结构部分区域不建模。很显然,后者仅仅是由于客观条件不成熟而对于结构设计基本逻辑的妥协。

再看上述纪要的要求,“按基础顶作为嵌固部位(这里是上文《【结构讲坛】| 学与思,对《京施审专家委房建〔2015〕结字第1号—结构专业相关问题研讨会纪要》中抗震等级篇幅的部分纪要的商榷》中的计算嵌固部位,该文可以直接点击标题查看)且不考虑土的约束”,“按嵌固端(这里是上文中的计算嵌固端)在首层地面的计算模型”上述两个模型都不能反应结构的实际受力状况,都是违规建模。实际工程没有土的约束吗?实际工程没有地面以下的部分吗?让结构设计人员找两个不存在的模型计算,取计算结果的较大值在逻辑上缺乏合理性,在设计上缺乏合规性。

整体建模,由于计算机硬件能力的提升,以及软件程序的发展,结构计算越来越高效、精细和智能。所以经常我们会看到带有地下室(或者说地下部分)的项目,设计人员不需要考虑由于程序计算能力(除非有个程序技术能力比较弱)的低效和算不清而采用仅仅建模地上的简化计算方法。

简化建模,由于早期计算机的硬件配置较差,以及软件发展比较缓慢且计算能力、速率和精度都比较弱。为了简化计算,负一层地下室与首层的刚度比满足一定的要求后,可以采用砍掉地下室而仅仅建模地上部分的方式建模,尽管该建模方法与实际工程有一定的差异,但是却大大的提高了设计效率且由于简化后的模型刚度略微变大,计算的地震作用和内力标准值都相比于实际整体模型略微偏大,即偏于安全的误差。

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▲图一:某带有三层地下室的高层建筑带地下室建模

 

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▲图二:某带有三地下室的高层建筑不带地下室建模

 

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▲图三:10版《抗规》

 

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▲图四:10版《高规》

 

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▲图五:21版广东《高规》

2、结构计算和设计的关系:结构的震害决定了结构设计的方向,无论是宏观的结构选型设计还是细观的结构内力调整(本质上应该是承载力调整)设计,以及微观的结构抗震构造措施设计无不与结构震害紧密相连。而结构的内力调整应该是基于准确的结构内力计算前提下的调整,准确的计算又是基于符合实际工程受力特点的结构计算模型为前提。无论是计算高度发达的今天还是计算欠发达的过去,我们都在极力追求所属时代能够尽可能达到的计算精度,以为结构后续设计提供可靠的计算结果,即以备结构内力调整之用。
结构计算的目的就是尽可能准确的算出相关荷载、地震作用、内力和变形,以方便后续设计中对于结构内力调整,保证结构具有合理的屈服顺序(例如强柱弱梁的调整、二道防线的调整等),避免结构出现薄弱部位或薄弱层(例如结构竖向不规则的调整),避免结构出现脆性破坏(例如强剪弱弯的调整等)……。
 
3、结构震害与设计:下图六是2015年尼泊尔地震中某框架结构的破坏,这个就给结构工程师提供了很好的设计灵感。在计算程序中建入完整计算模型并合理的加载和恒荷载(包括结构自重)、活荷载、风荷载、土压力和地震作用的情况下,计算模型中结构各个工况的内力标准值都是可以较为准确计算的,各个内力组合结果也都是清晰的。难就难在基于各个组合下的内力值后对于这张震害图,如何实现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强首层”等等概念设计的实现。尽管我们的相关规范已经给出具体调整的量化,但是这个仅仅是基本要求。更加值得我们反思的是面对诸多同类型的震害事实,我们不去想如何在设计上下功夫,令人可笑的是我们部分设计人员和审图人员还在做庸人自扰的无逻辑且违规的瞎包络。
2008年汶川地震中,清华大学钱稼茹教授对于下述类型的建筑做了大量震害的调查,结果都表明±0.000附近地梁及其以下的地下部分只要是落在地下(因为有的在建项目没有来得及回填,会出现裸露的情况除外),结构的塑性铰都是出现在地梁顶的柱根,地梁及其以下是不会破坏的。所以结构设计的思路是很清晰的,无论你采用整体建模(考虑地下土的约束)还是采用简化建模(不建模地梁及其以下的部分),结构的首要加强部分是首层的柱根,次要加强部位是地梁以下的柱。那么对于设计就没有必要做一个不合逻辑且不合规的多模型包络设计,可以采用整体建模,把地梁层做一个单独模型层,该模型层的柱纵筋配筋满足计算要求以外且不小于首层柱的纵筋配筋,箍筋直接按首层柱箍筋加密区的箍筋加密下落即可。
 
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图六:2015年尼泊尔地震某框架柱塑性铰
 
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▲图七:某施工中的地梁
 
引注资料:
建筑抗震设计规范GB50011-2010(2016版)
高层建筑混凝土结构技术规程JGJ03-2010
高层建筑混凝土结构技术规程DBJ/T15-92-2021

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