高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計控制及調(diào)整

時間:2022-06-17 09:01:52

導語:高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計控制及調(diào)整一文來源于網(wǎng)友上傳,不代表本站觀點,若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師,歡迎參考。

高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計控制及調(diào)整

摘要:高層住宅設(shè)計中廣泛采用剪力墻結(jié)構(gòu),本文給出了剪力墻結(jié)構(gòu)的布置原則及設(shè)計時的注意事項;匯總了剪力墻結(jié)構(gòu)計算的各個設(shè)計指標以及對應的調(diào)整方法。

關(guān)鍵詞:高層住宅;剪力墻結(jié)構(gòu);設(shè)計指標;調(diào)整

隨著社會進步,科技發(fā)展,人們對住宅的功能要求越來越豐富,建筑設(shè)計越來越符合功能和審美的要求;為實現(xiàn)建筑的要求,結(jié)構(gòu)選型主要與其使用功能直接相關(guān),同時擬建場地的地理位置,抗震烈度也是影響結(jié)構(gòu)選型的重要因素。為提高土地利用率,建設(shè)單位提倡建設(shè)高層住宅,以滿足市場的需求及企業(yè)自身經(jīng)濟效益的要求;目前高層住宅成為人們的主要居住形式,高層住宅主要的結(jié)構(gòu)形式多為剪力墻結(jié)構(gòu)。

1剪力墻結(jié)構(gòu)的特點

剪力墻結(jié)構(gòu)是由豎向剪力墻和水平樓面梁板組成的結(jié)構(gòu)。剪力墻既作為承受水平和豎向作用的構(gòu)件,又有分隔房間的作用。其布置原則除了應滿足建筑使用要求,對結(jié)構(gòu)受力是否合理至關(guān)重要,剪力墻布置是否合理進一步?jīng)Q定了該建筑的建設(shè)費用,所以更多的建設(shè)單位在前期建筑方案及與相應的結(jié)構(gòu)選型上盡量優(yōu)化,而達到節(jié)省造價的目的。

2建模時的注意事項

(1)剪力墻:目前結(jié)構(gòu)常用計算軟件:中國建筑科學研究院開發(fā)的軟件PKPM,北京盈建科軟件股份有限公司編制的軟件YJK,均可進行剪力墻結(jié)構(gòu)的計算。(2)剪力墻平面布置原則:根據(jù)建筑平面圖:①外墻可布置為剪力墻,增加建筑平面的抗扭剛度。②內(nèi)墻布置時,平面均勻?qū)ΨQ布置,豎向連續(xù),避免樓層錯洞保證剪力墻邊緣構(gòu)件上下連續(xù)貫通,同時避免墻肢開洞過大形成抗震性能較差的短肢墻(短肢剪力墻指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻)。③剪力墻的截面厚度及構(gòu)造配筋應根據(jù)實際工程剪力墻部位及抗震等級,參見《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2010)》7.2.1,10.4.6,《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2010)》(以下簡稱抗規(guī))6.4.1,6.4.3條。④內(nèi)墻長度除應滿足建筑條件,還要考慮墻下樁最小樁間距的要求,例如:常規(guī)設(shè)計時,樁直徑700mm,樁間距不小于3倍樁徑,加上0.5倍的樁徑,建議上部剪力墻的長度為2500mm,上部如有結(jié)構(gòu)洞口,宜盡量使洞口避開樁位。⑤內(nèi)墻上開設(shè)除門洞外的結(jié)構(gòu)洞口保證施工時通過洞口能達到建筑平面的任何位置。⑥陽臺宜用挑梁做懸挑陽臺,如需布置剪力墻,應同建筑專業(yè)溝通。(3)梁的布置:隔墻下方設(shè)梁,用于承擔上部隔墻的重量及支承樓板。梁寬一般為200mm,若建筑要求隔墻厚100mm,且隔墻上部不能設(shè)置200mm寬的梁時,需要在樓板該隔墻的位置上增加板上線荷載,并適當增加板厚,樓板配筋計算時需滿需承載力撓度及裂縫的要求。板面鋼筋直徑取值建議不小于8mm,施工時應防止踩踏板頂,梁與剪力墻面外相交,計算時該梁端點鉸接,減小梁端彎矩對剪力墻的面外彎矩,保證剪力墻的軸向受力。

3設(shè)計指標及相應調(diào)整方法

結(jié)構(gòu)設(shè)計中,剪力墻結(jié)構(gòu)的布局是否合理,計算結(jié)果是否滿足規(guī)范要求,需要進行結(jié)構(gòu)建模分析計算,來分析結(jié)構(gòu)整體的剪力墻布局是否滿足規(guī)范限值,下面列出七種結(jié)構(gòu)整體指標及對應的調(diào)整辦法:(1)位移角:樓層層間最大水平位移與層高之比,高層剪力墻設(shè)計時,層間位移角作為一個重要指標,其影響因素主要為建筑高度,建筑平面長寬比越大,端部位移角越大,調(diào)整布置剪力墻時,結(jié)合建筑墻體的位置,加強外圍剪力墻布置,平面布置均勻?qū)ΨQ,平面布置時剛心和質(zhì)心盡量重合來減少扭轉(zhuǎn);根據(jù)《抗規(guī)》6.2.13.2條文解釋,算地震內(nèi)力時,剪力墻連梁剛度可折減,計算位移時,連梁剛度可不折減。層間彈性位移角限值不滿足要求,但相差不大時,可增加混凝土的標號,設(shè)計時盡量通過調(diào)整墻體布置,來增加建筑的剛度。剪力墻結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值不大于1/1000。(2)位移比:偶然偏心的規(guī)定水平力作用下,水平位移或?qū)娱g位移最大值與平均值的比值。來判斷平面是否扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,當位移比大于1.2時判斷為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,但不應大于1.5。扭轉(zhuǎn)不規(guī)則模型計算時,考慮雙向地震。調(diào)整方法同位移角中的調(diào)整要求。(3)周期比:Tt/T1≤0.9(0.85)其中Tt:扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期、T1:平動為主的第一自振周期,A級高度限值為0.9,B級高度限值為0.85。當周期比不滿足時,應增加外圍墻體的剛度,在滿足層間位移角和位移比要求的情況下,增加洞口寬度,減小連梁高度,減小剪力墻長度,等降低整個平面的平均剛度,這些措施可使周期比滿足規(guī)范要求。(4)受剪承載力之比:根據(jù)《抗規(guī)》3.4.3,3.4.4條判斷是否為薄弱層,當抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%就為薄弱層,但抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應小于相鄰上一樓層的65%;結(jié)構(gòu)設(shè)計時避免出現(xiàn)薄弱層,當出現(xiàn)薄弱層時,首先應盡量增加薄弱層墻體的墻長及墻厚,設(shè)計時確無避免時,地震作用標準值的剪力應乘以1.25的增大系數(shù)。(5)有效質(zhì)量系數(shù):高規(guī)規(guī)定,計算振型數(shù)應使各振型參與質(zhì)量系數(shù)大于等于0.9,當該系數(shù)小于0.9時,模型計算時增多振型個數(shù)。(6)剪重比:《抗規(guī)》規(guī)定任一樓層的水平地震作用標準值的樓層剪力VEKi>λ∑nj=iGj,∑nj=iGj為該樓層及以各層重力荷載代表值之和,其中λ為地震剪力系數(shù),不應小于《抗規(guī)》表5.2.5表內(nèi)系數(shù),當改層為薄弱層時,不應小于1.15倍表內(nèi)系數(shù)。(7)剛重比:判斷高層結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定,應滿足《高規(guī)》公式5.4.4-1:EJd/H2G≥1.4,當剛重比不滿足要求時,需要增大豎向構(gòu)件的抗側(cè)剛度。當EJd/H2G≥2.7時,可不考慮重力二階效應引起的不利影響。小于2.7時應計算重力二階效應,計算參數(shù)的選取在設(shè)計信息中,勾選二階效應計算方法選項。

4工程實例

某高層住宅,地上33層,層高3.0m,地下2層,地下室層高由上至下分別3.2m,3.0m。建筑平面長44.6m,寬度15m,結(jié)構(gòu)主體高度99.2m,地震烈度為Ⅷ度,地震加速度為0.2g,地震分組為第二組,剪力墻抗震等級為一級。因本工程建筑高度較高,且建筑戶型為大戶型,每個房間面積較大,分隔房間的橫墻較少,軟件建模時,按本文2項中墻體和梁的布置原則進行布置,輸入荷載,計算參數(shù)等進行結(jié)構(gòu)計算;該工程模型反復調(diào)整試算后,結(jié)果如下:(1)層間位移角:因Y向墻量較少,增強連梁,增加混凝土標號C40至地上22層;最終調(diào)整至X向縱墻方向,Y向橫墻方向最大層間位移角分別1/1350,1/1001小于規(guī)范限值1/1000。(2)位移比:規(guī)定水平力作用下偶然偏心情況下X+方向最大為1.05,X-方向最大為1.01,Y+方向最大為1.17,Y-方向最大為1.17,位移比均小于1.2滿足規(guī)范要求。(3)周期比:本工程Tt=1.401,T1=2.045,Tt/T1=1.401/2.045=0.685≤0.9,滿足規(guī)范要求。(4)受剪承載力之比:計算結(jié)果總信息中,X,Y方向最小樓層剪力承載力之比分別為0.83,0.84,均大于0.8,不屬于薄弱層,無需進行剪力調(diào)整。(5)有效質(zhì)量系數(shù):計算參數(shù)中振型數(shù)取15個振型,計算結(jié)果,X,Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)為分別為95.24%,93.29%。兩個方向均大于0.9,滿足規(guī)范要求。(6)剪重比:X,Y向水平地震剪重比分別為4.26%,4.48%,均大于3.20%,滿足規(guī)范要求。(7)剛重比:X向剛重比EJd/H2G=8.15,Y向剛重比EJd/H2G=6.35。兩個方向的剛重比均大于1.4,能滿足高規(guī)的穩(wěn)定驗算要求;且大于2.7,可以不考慮重力二階效應。上述內(nèi)容為整體設(shè)計指標計算,要完成結(jié)構(gòu)模型階段的設(shè)計分析,還需要對每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算結(jié)果進行復核,是否滿足相應規(guī)范,核對計算文件中的超限信息,進行單個構(gòu)件的調(diào)整修改。

5結(jié)語

剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅中廣泛應用,實際工作中該類設(shè)計任務較多,且設(shè)計時間較緊張,設(shè)計計算作為結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的主要耗時內(nèi)容,為提高工作效率,本文總結(jié)了以往的工作經(jīng)驗,給出實際剪力墻結(jié)構(gòu)工程設(shè)計時剪力墻,梁布置的注意事項,及各個設(shè)計指標的規(guī)范限值及調(diào)整方法,對提高結(jié)構(gòu)建模分析計算的效率有一定作用。

參考文獻

[1]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2010).

[2]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010).

[3]崔東方.剪力墻結(jié)構(gòu)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用[J].山西建筑,2017,43(13):38-39.

作者:劉曉娟 單位:太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院