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中图分类号:[TU208.3] 文献标识码:A 文章编号:
1工程概述
某高层住宅楼,地上30层,地下2层,建筑物高度98.3 mm。从使用功能上,地下2层为停车库,面积较大;地上两层裙房作为商场;裙房以上为公寓:主体部分尺寸为:62.6m×18.2 m。该工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.19,建筑场地类别为Ⅱ类,结构形式为框架一剪力墙结构,框架及剪力墙的抗震等级均为二级。采用的结构计算软件为PKPM系列SATWE软件计算。
2结构布置
2.1结构平面布置
结构平面布置及柱网的布置要按照建筑要求。剪力墙的布置在设计中经过多次调整,一方面由于建筑使用功能的要求:地下室为地下车库;地上1至2层为商场;上部为公寓。在有些情况下,结构按正常情况下布置的剪力墙影响使用功能;另一方面剪力墙的布置要合理且满足使用和计算要求。框架一剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系[1],抗震设计时,结构
两主轴方向均应布置剪力墙。由于水平荷载特别是地震作用的多方向性,故结构应在多个方向布置抗侧力构件,才能抵抗水平荷载,保证结构在各个方向具有足够的刚度和承载力[2]|。
当平面为正交时,则应在平面两个主轴方向布置抗侧力构件,形成双向抗侧力体系。这个问题在框架一剪力墙结构中尤为重要。因为在框架一剪力墙结构中,剪力墙是主要抗侧力构件,如仅在一个方向布置剪力墙,则会造成无剪力墙的方向抗侧力刚度不足,使该方向带有纯框架的性质,没有多道防线,在地震作用下,可能会使结构在此方向首先破坏,而且会使两个主轴方向的刚度差异过大,产生很大的结构整体扭转。
框架一剪力墙结构中,由于剪力墙的刚度较大,其影响很大。因此在剪力墙布置时,应按“均匀、分散、对称、周边”的原则。根据建筑主体结构平面特点:①剪力墙均匀布置在建筑物的周边附近,使它充分发挥抗扭作用,在楼电梯间及恒载较大的部位设置剪力墙,以保证楼盖与剪力墙的剪力传递。②纵横向剪力墙尽量连接在一起,或设计成带边框的剪力墙
(该工程按此要求)以增大剪力墙的刚度和抗扭转能力。③剪力墙的布置宜分布均匀,单片墙的刚度宜接近,墙肢较长时宜开洞(如电梯间处剪力墙)。④该工程纵向较长,纵向剪力墙按纵向分布设置,避免集中设置在房屋的端开间。⑤剪力墙的数量应适量,过多会使结构抗侧力刚度过大,加大地震作用,增大地震效应。在此基础上,控制在基本振型地震作用下,剪力墙所承受的地震倾覆力矩占结构总地震倾覆力矩的比例一般在60%~80%之间较理想。
2.2结构竖向布置
该工程下部两层为裙房,形成大底盘单塔结构,在结构布置上应符合简单、规则、减少偏心的要求。根据文献[1]规定:结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。塔楼结构与底盘结构质心的距离
不宜大于底盘相应边长的20%。由于下部楼层层高较高,上部楼层层高较小,下部楼层刚度较弱,在结构布置时,为实现下刚上柔、逐步均匀变化的原则,尽量减少薄弱层,可通过调整结构构件的刚度或截面尺寸,降低连梁高度等。通过调整后,结构竖向布置满
足要求。
3、计算方法
该工程采用的计算方法为振型分解反应谱法,计算软件为PKPM系列SATwE软件计算。
在结构计算中根据抗震设防烈度,除在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用外,并考虑双向水平地震作用下的扭转影响,同时考虑在偶然偏心影响下的作用。各计算参数的取值均按规范要求。如周期折减系数0.75;柱配筋计算原则按单偏压计算双偏压复核;中梁刚度增大系数2.00;连梁刚度折减系数0.7;梁扭矩折减系数0.4;考虑0.2Q0调整。在结
构计算中通过调整各构件尺寸和剪力墙截面,使其满足规范的要求。例如:该工程在计算中横向中间跨梁出现超筋及截面抗剪不足等情况。因中间跨跨度为4.4 m,两边跨分别为6.0 m和7.8 m,跨度较小,而且由于建筑净高要求,截面高度不得大于400 mm,中间跨梁有的为连梁(一端或两端与剪力墙相连),有的为框架梁(两端与框架柱相连),通过不断的调整该梁的截面及其他构件,最后通过加大该部分梁的截面宽度,其他部分作相应的调整,最后满足要求。
4剪力墙连梁的设计
在框架剪力墙结构设计中,与剪力墙相连的连梁很难全部满足要求。因此,剪力墙连梁的设计成为一个难点。高层建筑在水平力作用下,连梁的内力往往很大,设计时应采取降低连梁内力的各种措施。如:加大剪力墙的洞口高度;在连梁中部设水平缝;对连梁内力进行调整;对连梁刚度进行折减等。该工程采用调整洞口尺寸及对连梁内力进行调整。设计中如
采取加大剪力墙洞口尺寸,从而减少连梁内力的方法在解决连梁的问题上非常有效。另外当连梁高度小于300 mm时,SATWE在计算内力时将忽略该梁的存在,亦不计算配筋,因此对某些连梁超筋的情况,当其破坏对承受竖向荷载无明显影响时,可考虑在大震作用下该连梁不参与工作,按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析。
在框架剪力墙结构中,一端与框架柱相连,一端与剪力墙相连的框架梁或连梁(该工程多处出现),超筋较多。类似这种情况,可以采取如下做法:①调整连梁截面尺寸。②与连梁相连的剪力墙开设结构洞。③也可将连梁与剪力墙相连的一端设计成梁、墙铰接,只传递集中力不传递弯矩,这样一般可满足梁柱端及梁跨中的抗弯承载力要求。当梁的跨度较大时,应验算梁的挠度和裂缝宽度。
5竖向荷载问题研究
在高层建筑结构设计中,随着建筑物高度的增加,竖向荷载的作用逐渐退居次要地位,而水平荷载作用则上升为丰要的控制地位。然而,通过对上述两幢框一剪结构建筑物的内力分析发现,框架在竖向荷载作用下产生的最大层剪力数值较大,水平位移值也较大。因此,在框一剪结构设计中,竖向荷载作用下的水平作用效应也应予综合考虑。
(1)应尽量减少竖向荷载的偏心作用对结构产生的不利影响。由于框架的轴向变形引起的水平位移与剪力墙弯曲变形引起的水平位移不一致,使框架和剪力墙之间存在着相互作用的水平力,从受力的角度分析,若忽略了竖向荷载所引起的框架与剪力墙间的水平力变化,对剪力墙来说是偏于安全的,而对于框架来说是偏于不安全的。
(2)结构计算时,不同的加载模式对结构内力有一定的影响。在实际工程中,竖向荷载是逐层增加的,框架与剪力墙间的轴向变形差异,均在施工时逐层给予调整。而在结构电算时,如果将竖向荷载一次加在结构上,就会使得柱与剪力堵的轴向变形差异较实际情况增加,从而引起某些构件的内力与实际情况不符。因此,设计时应根据加载情况对构件截面及内力予以调整。
7结束语
本文通过工程实例阐述了在高层建筑框架一剪力墙结构设计中应考虑的问题及采用的具体方法;对框架一剪力墙结构的布置、计算参数的取值、连梁的设计及需要注意的问题几个方面作了详尽的描述,以便在今后的设计中予以参考。
[参考文献]
[1]GB50011--2010,建筑抗震设计规范[s]
[2]JG3 3--2002。高层建筑混凝土结构技术规程[s]
[3]徐建.建筑结构设计常见及疑难问题解析[M].北京:中国建筑工业出版社,2007
1 工程概况
某高层住宅,设计使用年限为 50年,建筑耐火等级为二级。抗震设防烈度为七度,主体为剪力墙结构,裙房为框架结构。地基基础设计等级为乙级,主体为筏板基础,裙房为柱下独立基础和墙下条形基础。总建筑面积为5231.08m2,东西长约45m,南北长约18m,主体为地上15层带 1层地下室,右边裙房为地上 1层带 1层地下室,前边裙房为地上 1层。
2 概念设计与总体指标控制
概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震的作用, 避免出现敏感的薄弱部位导致过早地破坏,因此剪力墙的布置应以此为原则精心布置,方可使结构在整体上安全合理。目前很多设计剪力墙满布,造成结构体系刚度过大,引起地震力加大,虽然满足强度要求,但混凝土用量大,钢筋用量也随之加大,并且加大后的地震力有时集中于某些薄弱部位,造成安全隐患。
建筑结构平面布置时,概念设计应尽量使 x向和 y向抗侧刚度接近,剪力墙不宜过多以免刚度过大。在竖向布置上也要力求均匀,避免少数楼层出现敏感薄弱部位,使结构整体形成均匀的抗侧力结构体系,在此基础上,结合电算才能作出安全、经济、合理的结构。在本工程住宅楼主体剪力墙时,x向剪力墙墙肢较短,y向剪力墙墙肢较长,墙肢尽量多做成带翼缘的L形、T形等,不做“一”字形短墙;高厚比多在8以上,通过这些措施使结构总体指标控制在规范允许范围内。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。
3 基础设计
高层建筑剪力墙结构设计由于考虑埋置深度的要求,一般均设置地下室。基础多采用筏板基础。合理选择筏板厚度及边缘挑出长度也直接影响结构整体安全和工程造价。该工程上部 15层带 1层地下室,根据勘察报告,取筏板厚为1000mm,经细算后筏板可减至800mm。由于地库室为单层框架结构,筏板基础厚度计算后定为250mm,为解决柱对筏板的冲切,对柱下局部范围加厚(见附图1)。经此处理经济性明显。因此,基础选型应作方案比较,才能选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值,对高层来说一般筏板厚初选时可按楼层数计,即每层按 50mm厚增加。
筏板长度的设置应考虑地下室的使用合理性,通常采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝。本项目采用添加剂以补偿混凝土的因水化热引起膨胀与收缩,或采用纤维混凝土等方法在一定范围内可不设或少设后浇带,并且对所设后浇带采取必要的保护和加强措施。该工程地下室长120m,大于规范要求的55m,故筏板基础 采后浇带来解决结构超长的问题。并在塔楼与地下室之间设置后浇带,解决两种不同荷载之间的不均匀沉降问题(见附图2),效果良好。
4 剪力墙设计
4.1 剪力墙布置
剪力墙布置必须均匀合理,使整个建筑物的质心和刚心趋于重合,且x,y两向的刚重比接近。在结构布置应避免“一”字形剪力墙,若出现则应尽可能布置成长墙( h /w > 8);应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上,若无法避免,则剪力墙相应部位应设置暗柱,当梁高大于墙厚的 2.5倍时,应计算暗柱配筋,转角处墙肢应尽可能长,因转角处应力容易集中,有条件时两个方向均应布置成长墙;规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍及8倍以下为短肢墙,大于8倍则为普通墙。该工程剪力墙布置后,刚心和质心x向在同一位置,y向相差0.5m,大大减小了扭转效应;主梁搁置在剪力墙上的,在相应部位设置暗柱,以控制剪力墙平面外的弯矩。
4.2剪力墙配筋及构造
4.2.1剪力墙配筋
该工程剪力墙一层墙厚为 250mm,其余地面以上墙厚均为200mm,水平钢筋放在外侧,竖向钢筋放在内侧。六层以下水平筋¢10@ 200双层双向,双排钢筋之间采用¢6 @ 400拉筋;六层以上¢8 @ 200双层双向,双排钢筋之间采用¢6@ 600拉筋。地下部分墙体竖向配筋¢14@ 200为主要受力钢筋,水平筋则构造配置,该工程均取¢12@ 150。地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制,简化计算后由竖向筋控制。
4.2.2 剪力墙边缘构件的设置
试验研究表明,钢筋混凝土设置边缘构件后与不设边缘构件的矩形截面剪力墙相比,其极限承载力提高约40%,耗能能力增大20%,且增加了墙体的稳定性,因此一般一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件;其余剪力墙应按《高规》第7.2.17条设置构造边缘构件。
对于本工程剪力墙来说,其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率,建议加强区0.7%,一般部位0.5%;对于短肢剪力墙,应按《高规》第7.1.2条控制配筋率加强区 1.2 %,一般部位1.0%;而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体,设计中往往按长肢墙进行暗柱配筋并不妥当,建议有两种方法:其一,计算中另一方向短肢不进入刚度,则配筋可不考虑该方向短肢影响;其二,计算中短肢计入刚度,则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率在加强区取1.0 %,一般部位可取0.8 %。该工程地面一、二层设置构造边缘构件,纵筋最大直径为¢14,加强区暗柱配筋率最大为 1.45%,最小0.8%;三层及三层以上为构造边缘构件,构造边缘构件纵筋配筋率普遍在 0.6%~0.7%。
4.2.3 剪力墙的连梁
剪力墙中的连梁跨度小,截面高度大,虽然在计算中对其刚度进行折减,但在地震作用下弯矩、剪力仍很大,有时很难进行设计,如果加大连梁高度,配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞,上述所示情况梁的高度是一样的;但对于窗洞,连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底,有时则高度太高,这样高跨比太大,并且与计算图形不符,相应配筋亦较大,不合理。所以连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面,对于窗洞楼面至窗台部分可用轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时,可再增加1根梁,2根梁之间用轻质材料填充。连梁配筋应对称配置,腰筋同墙体水平筋。该工程连梁截面均为墙厚×400mm,大部分连梁纵筋为4¢14,箍筋为¢8@ 100;个别连梁纵筋为 4¢16,箍筋为¢8@100。
5结语
综上所述,在高层建筑转换层的结构设计时,既要尽可能地满足建筑的使用功能的要求,又要使结构体系更加合理,应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置,从而满足建筑结构合理的使用要求。
中图分类号: S611 文献标识码: A
随着城市化进程的加快,人们对于住宅楼的需求也越来越多。广阔的市场前景促进了建筑行业的兴起与发展,建筑的安全性、经济性也越来越受到人们的关注。小高层住宅楼的结构的优化不仅能够提升建筑本身的抗震能力,而且建筑本身的结构优化能为企业减少不小的成本支出。
小高层住宅结构的设计选型
小高层住宅采用的结构模型主要有框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构。但是随着人们对住宅的空间要求越来越高,原有的框架结构已经不能满足人们对于空间分隔的要求了,因此,新型的结构模式应运而生。现在小高层建筑普遍采用的结构类型主要有“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”。
(一)异形柱结构
异形柱结构主要包括异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构。异形柱是多肢的,它的剪切中心主要分布在平面范围以外,荷载时会产生较大的剪应力和翘曲应力,由于剪应力的存在,经常会造成柱肢出现裂缝。加上异形柱具有变形能力低、延展性较差的劣势,所以经常会出现建筑材料的破损。设计者在进行设计之前必须要通过可靠的计算和必要的构造措施来保证建筑材料的刚度,从而防止建筑材料的损坏。
(二)短肢剪力墙结构
短肢剪力墙的结构,是指在规定的水平作用下,短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%,这就要求短肢剪力墙的截面厚度不能小于300mm,墙肢的截面高度需要是墙肢厚度的4-8倍左右。这种结构布置比较灵活,能够很好的结合建筑平面,不会和建筑的使用功能产生冲突。再者,这种结构能够很好的利用中心剪力墙力的作用,达到建筑结构对刚度的要求。
经过两者的比较,发现“短肢剪力墙”这种模式比较适合现在的结构设计理念,一方面能够满足居民对建筑空间的需求,另一方面,也可以保证结构的刚度和承载力达到最佳水平,从而保证住宅的安全性。
结构优化方案的选择
(一)建筑竖向体型优化
小高层建筑的竖向体型不宜有过大的外挑和内收,竖向体型应该遵行规则、均匀的要求,结构强度的选择需要上小下大,从下至上,逐渐递减。不要采用变化较大的结构类型,较大的结构变化会在建筑内部产生薄弱部位,这种片面追求美观的设计结构,不仅为施工企业带来了不小的经济成本,而且在安全度上也大打折扣。
(二)建筑平面的优化
在小高层建筑过程当中结构的平面形状应该遵循简单、规则、乘载力分布比较均匀的结构原则。对于建筑平面的设计不宜过长。建筑体型的过长会导致永久缝的缺失,超长的结构建筑会使非荷载应力增大,从而会增加结构设计的配筋的使用。建筑物在设计过程中应该保证长宽比不宜过大,因为建筑物两个主轴方向上的动力特性相差过大会使其在风力或者水平地震的作用下产生的效应相差较大,进而导致平面的扭转不规则。
(三)概念设计优化
结构设计人员应该注重概念的设计,在建筑方案设计的过程中,建筑师就应该积极参与进去,提出自己的见解和建议。优秀的建筑作品需要建筑工作的设计人员、高层管理人员以及成本预算人员的参与,在设计美观的同时,保证建筑的安全性以及经济性。在结构设计过程中,要尽可能的促使建筑结构的平面设置和竖向设置达到简单、规则以及均匀的要求.控制建筑物的建筑高度,尽量避免使用转换结构、错层结构、连体结构、大底盘多塔结构等复杂的小高层结构模型。只有保持合理的刚度和承载力,才能保证在受到较大外力下建筑物的完好无损。
(四)剪力墙的设计
剪力墙的结构设计是小高层住宅楼结构设计的重要组成部分,剪力墙设计的好坏涉及到整个建筑施工的全程。结构设计在满足建筑物原有的建筑功能的基础上,剪力墙最好沿周边均匀、集中布置,在建筑物负载较大的部位,剪力墙的布置间距应该保持在合理的水平之下。抗震剪力墙结构的设计需要沿主轴方向或者其他方向双向布置,避免使用单向布墙的布置形式。剪力墙的截肢面应该尽量简单规则,避免出现独立的小墙肢。结合平面合理布置剪力墙的位置,控制剪力墙的间距,保证刚度中心和质量中心的重合,减少地震作用下的墙体扭转,从而保证建筑物的安全性。
(五)材料的选择
首先在材料选择上,最好选择抗压性较好的混凝土,尽量选用高标号的混凝土。这样不仅可以有效的减少建筑物的截面,增加了建筑物的使用空间,而且很好的减轻了建筑材料在建筑总体占用上的比重。
实际应用
(一)结构方案选择
经过经济指标的核算以及抗震反应程度的分析,小高层结构方案的选择应该是采用短肢剪力墙的结构体系。在对这个住宅楼的平面设计过程中,需要保持结构的平面形状和整体刚度相协调。采用双向设置,从平面上看,尽量保持对直。在竖向配置当中,需要保证建筑物的内收,防止力的分配不均导致薄弱环节的出现。房屋的抗侧强度中心尽量符合作用力的分布,防止房屋的扭转。
(二)抗震能力分析
根据对建筑剪力墙的肢长和厚度的对比,计算出肢长与肢厚的比例,如果肢长与肢厚的比重大于或等于5.0时,在结构的选择上就应该把短肢剪力墙作为最终的结构选择。这种剪力墙不仅拥有着良好的平面内刚度,而且在平面外刚度上也有着不错的效果,这就为抗震方面做了良好的刚度准备。另外,对于楼板的选择要考虑其弹性变形的情况,保证其有一定的扭转空间。
剪重比的控制标准也能反映墙体承受地震作用大小的重要指标之一,对于地震力的计算应该适中,计算的程度既不能偏大,也不能太小,原因是短肢剪力墙在抗震能力上有较大的缺陷,如果在抗震时剪力墙承受的压力太大,很有可能在抗震能力上达不到相关的水平。
轴压比的比值也能够在一定程度上反映建筑物的抗震水平,在建筑施工中,要对轴压比做好相关的控制,切忌轴压比过大,当轴压比超过一定标准时,柱的延展性就会变差,在地震作用下,就会缺乏延展的空间,从而导致建筑物的不稳定。
(三)结构经济分析
工程结构的设计不仅仅需要对建筑物的美观程度以及抗震能力上作必要的计算和选择,结构经济的合理设计也是影响工程最终方案选择的重要因素,结构经济的选择不仅需要对混凝土以及钢筋的用量做合理的经济运算,而且需要对其强度做出严格的检验。经济成本的投入也许是钢筋混凝土不能选择最优质量的影响因素,但那不是唯一的。建筑物不同的结构选择对建筑物原材料的选择也是不一样的,对于不需要高负载的建筑结构来说,高质量的材料选择不仅会造成资源的浪费,而且会提高建筑物的建筑成本。另外,建筑原材料的重量对建筑物的影响也是要考虑在内的。
结束语:
综上所述,建筑物结构方案的设计贯穿建筑过程的始终,对于建筑物方案的选择不仅对建筑物质量的好坏有着重要的影响,而且对于企业减少经济成本具有重要意义。因此,就需要设计师们根据建筑物的设计要求,做出精准的方案选择,达到施工最优的效果。
参考文献:
Abstract: the engineering for a high-rise residential houses, of which the ground and layer, the standard 1 layer structure unit (see figure 1, 3 m tall; 9 layer has a jump layer for 10 layer, local outstanding roofing part is the elevator computer room. The paper, in combination with the characteristics of residential building structure, the optimization design for structure, for peer designers.
Keywords: small high-rise residential houses; Structure characteristics; Optimization design; explore
中图分类号:TU241.8文献标识码:A文章编号:
1 工程概况
该工程建筑总面积为4337.18m2 ,建筑总高27.600m,工程建筑结构的安全等级为二级,抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为8 度,设计基本地震加速度为0.2g ,设计地震分组为第一组,地面粗糙度为C 类,基本风压值取值0.35kN/ m2 ,场地土类别为Ⅱ类。
图1 标准1层结构单元图
2 结构方案布置
原结构方案采用一般的剪力墙结构,这种结构形式对于房屋高度不太大的小高层建筑来说,这种结构会造成刚度过大,重量增加,导致地震反应过强,使得上部结构和基础造价提高。所以,为了有效提高经济指标,经多方案论证,决定采用短肢剪力墙结构体系。在本住宅结构平面布置中,尽量使结构平面形状和刚度均匀对称。短肢剪力墙双向布置,尽量拉通、对直。竖向布置中,力求规划均匀,避免有过大的外挑、内收,以及楼层刚度沿竖向突变,使整个房屋的抗侧刚度中心靠近水平荷载合力的作用线,以免房屋发生扭转。根据建筑的平面布置,在房间、楼梯间、电梯间的四角,采用Z 形、L 形、T 形或异形的墙肢。在设计过程中还应注意同周期的关系,使结构的第一自振周期避开场地土的卓越周期,以免地基与结构形成共振或类共振,既保证结构在风和地震荷载作用下的变形控制在规范允许的范围内,又要保证建筑物有相对合理的自振周期,做到结构设计经济、合理且实用。
本方案根据上述建议经过多次调试,得到了几种结构方案,结构平面布置见图2。剪力墙截面厚度同相邻砌体填充墙厚度均为100mm。剪力墙、梁混凝土强度等级为C30。板的混凝土强度等级均为C25。主要连梁的尺寸大都为200mm×400mm。标准层楼板厚度为120mm ,顶层楼板厚度为150mm。有别于肢长肢厚比不大于4.0的异形柱,短肢剪力墙的肢长肢厚比按规范要a-方案1;b-方案2;c-方案3;d-方案4
图2 结构平面布置
求控制在5~8范围内,一般剪力墙的肢长肢厚比均大于8。值得注意的是,对肢长肢厚比为4~5范围内的墙肢,目前规范尚无明确条文规定其构件类型,故设计时建议不要采用。由于原方案的剪力墙过多,使底部剪力过大,使结构很不经济,同时布置了少量钢筋混凝土柱子,使结构不是很合理。故方案1在原方案的基础上去掉了构造柱并减少了少量的剪力墙(见图2a)。在方案1 基础上适当的减少一些剪力墙,从而使方案更经济,在调试过程中由于F 轴剪力墙较少,从而使电梯间X 方向的剪力墙承受过大的剪力造成超筋, 故把电梯间X 方向的剪力墙开洞口, 使结构X 向的刚度减少。(见图2b)方案3是在方案2的基础上改善了Y方向的刚度,使两个方向的刚度相接近,使结构更合理且均匀对称(见图2c)。
在方案3的基础上把Y方向的一些T型剪力墙变成一字型,虽然在多高层住宅设计中剪力墙结构应尽量避免一字型,但由于该结构的实际情况,所以采用了部分一字型(见图2d) 。
3 上部结构抗震计算结果分析
3.1 计算结果分析
从构件力学特性上来说,短肢剪力墙的肢长与肢厚比≥5.0,更接近于剪力墙,故计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑应更合理。因此,结构整体计算采用的是在每个节点有六个自由度的壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙墙元不仅具有平面内刚度也具有平面外刚度,可以较好地模拟工程中剪力墙的真实受力状态,计算结果较精确;同时,对楼板SATWE 可以考虑其弹性变形。虽然主楼结构平面较规则,立面也无刚度突变现象,但由于刚度较大的电梯井处筒体有点偏置,会产生扭转的影响,为了计算准确,地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和5 %偶然偏心的影响,取了27 个振型计算。
1) 自振周期的控制
考虑扭转耦联时的自振周期(计算时自振周期折减系数取0.8) 如表1(只列了前6个) 所示。从表1 可得,方案4 结构扭转为主的第一自振周期T3=0.9959s,平动为主的第一自振周期T1 =1.1656s,T3/T1=0.854
2) 结构位移的控制
最大层间位移角(应≤1/ 1 000) 、最大水平位移与层平均位移的比值( 不宜大于1.2 , 不应大于1.5)及最大层间位移与平均层间位移的比值(不宜大于1.2 ,不应大于1.5)见表2 。从中可以看出,结构在风荷载和地震作用下的位移均能很好地满足规范限值。
3) 剪重比控制
剪重比是反映结构承受地震作用大小的指标之一,地震力计算不能偏大,但也不能太小。因为短肢剪力墙本身抵抗地震的能力较差,如果短肢剪力墙分配的地震力太大,则很有可能不满足要求。本工程X方向的最小剪重比为4.50% , Y方向的最小剪重比为4.62 % ,根据“抗震规范”(5.2.5)条要求的X、Y向楼层最小剪重比均为3.20%,所以各层均满足要求。
4) 轴压比是体现墙肢抵抗重力荷载代表值作用下的能力“规范”对短肢剪力墙(尤其一字墙肢)要求更高一些。上述工程出现的短肢剪力墙轴压比在0.20~0.45之间,轴压比小于规范规定值。
表1结构自振周期
表2结构位移
表3结构轴压比
3.2 结构经济分析
为了与工程实际情况相符,假设混凝土的成本与混凝土的体积成正比,钢筋的成本与钢筋的体积成正比。在总造价上,暂不考虑模板及楼板等工程的造价影响。暂定单位材料综合价:混凝土单价为460元/m3 ,钢筋5500 元/T,由表4 可知, 方案4 比原方案在造价上要节约19 %,节约了成本,使材料得到了充分的发挥。
Abstract: In this paper, a multi-storey tower high-rise building design, for example, first introduced the project overview, then the basis for selection, followed by discussion of its structural system and calculated according to the choice of appropriate structural system calculation model, and finally calculated results and the problems encountered in the design discussion and analysis.
Keywords: anti-floating long structures, towers, chassis, mounted side, the model parameters
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
1.工程概况
本工程建筑占地总面积为12万平方米,由9个塔楼组成,每栋楼都带有地下室,该建筑为商住两用楼,地下负一层平时作为车库使用,其长度为240米,宽度为100米;最高的三栋为17层,高57.635米;本建筑具备的功能有地下车库、集中空调机房、应急发电机房、水泵房、高底压配电所等设备用房;建筑第一层为园林景观道路,地上部分十一层之下的是居民住宅,屋面以上为机房和屋顶水箱。抗震设防烈度为7度,基本风压为0.5kN/m2,建筑场地类别为Ⅱ类。
2.基础选型设计
通过对该建筑基础进行地质勘察,其基础采用打入式预制桩,荷载较小的车库等低层建筑将地下中粗砂土层作为桩的持力层;而对于荷载较大的17层的高层建筑选用强风化泥质粉砂岩作为桩基础的持力层,由于此土层在地下深层,所以基础桩长度很大,需穿过的其上部的土层较厚,所以工程用D50型号的较重的锤并且对设计桩长和沉桩灌入度进行双控。本工程中桩的长度在16和30米之间,桩径Ф400,其单桩竖向承载力特征值为1200kN;桩径Ф500,其单桩竖向承载力特征值为1750kN。
本建筑的地下室抗浮设计用的地下水面的标高(一般是丰水期的高水位)按照黄海高程2.5米进行计算,其地下车库顶部需有0.8米的土厚,地下室净高为2.95米,顶板厚度为160mm,底板厚度为300mm,均为梁板结构,混凝土强度等级为C35,抗渗标号为S8。设计中,需要保证地下室的抗浮稳定性,本工程采取的措施有:①增加拟建建筑轮廓内部的工程桩的抗浮功能,设置能够抵消土壤中水对结构产生的上浮力的抗浮工程桩;为降低施工难度,在拟建建筑轮廓外部的抗浮桩适宜采用预制桩。通过进行有关的计算得出,本建筑的抗浮桩桩径与其单桩抗浮承载力特征值分别为Ф400(300kN)、Ф500(350kN)。②因为本建筑地下室面积很大,其基础和基坑施工所耗时间也很多,所以必须对其抗浮设计需采取措施:第一,在工程施工时需利用抽水设备抽水将施工所在地的地下水位至少降低至承台下500毫米,使所挖的土始终保持干燥状态;第二,当地下室混凝土浇筑完成之后,地下室主体施工至设计标高6.0米,且非主体地下室顶板覆土不小于每平方米10kN、施工面载小于每平方米10kN的时候,可停止第一条中所说的降水。
由于本建筑结构超长,需对其采取措施:①按照高层建筑设计有关规范的要求,在对地板进行设计时,应该考虑混凝土干缩和施工时水泥水化热等影响因素,采用施工后浇带的方法,在工程中设置了两条横向四条纵向的六条混凝土后浇带,其宽度均为800毫米,同向两条后浇带的距离为30到40米;②地下室外墙和车库顶梁板都采用了无缝施工技术,并且运用了高性能UEA低碱膨胀剂防止收缩龟裂从而使结构达到防水的目的,根据有关规范要求,在纵横方向各设置两条膨胀加强带以提高结构整体防水性,带间距为50—60米。由于本工程施工的建筑是高层建筑,所以完成基础等地面以下工程后,对返还填实的土的质量必须进行严格的控制,以保证建筑基础的稳定。地下室外墙和回填土之间的内摩擦角越大说明回填土越夯实,基础越稳定,抗剪强度也越大。
3.结构体系及计算模型
本建筑的三栋商住楼的结构为框架-剪力墙结构,抗震缝将建筑物分为9个塔楼,并且其结构刚度均匀独立,它们的地下室是相连的,这就使得建筑底盘很大,形成多塔楼大底盘结构。
①地下室嵌固位置:根据高层建筑设计规范和抗震规范的有关规定,当地下室的嵌固位置为地下室顶板时,其结构的侧向刚度必须大于其上部紧挨着的楼层的侧向刚度的2倍,且地下室至少为两层。若不能满足这个要求且不能增加地下室的侧向刚度,就不能选用顶板作为嵌固位置,而需选取其下合适的部位进行嵌固。本工程中由于地下室作为车库使用,其空间面积很大,导致其侧向刚度和水平刚度都不是很大,通过有关的计算分析,工程选用建筑基础底板作为嵌固点。
②多塔结构计算模型:第一种是离散模型,即将塔楼底盘也进行划分,将建筑看做是完全独立的各个塔楼单元,然后分别对其进行计算分析,采用这种模型进行计算由于忽略掉了塔楼之间的相互影响,所以其计算结果往往不够准确,但是整体模型在反应各塔楼的扭转特性上十分困难,且各个塔楼的周期比的计算应该采用此模型;第二种就是整体模型,这种模型将塔楼和底盘看作是一个整体进行计算和分析,所以在建筑设计计算时,凡是采用此模型能够实现的计算都应该优先考虑此模型。
③对于大底盘的措施:本工程建筑的底盘较大,其上部结构对非其本身范围以内的大底盘的有些竖向抗侧力构件影响较大,对其它的竖向构件影响很小,用振型图来判断大底盘竖向抗侧力构件对上部结构的作用,根据相关规定塔楼周围的最大范围在两个水平方向不宜大于其地下室一层层高的2倍。
④本工程中塔楼部分选用的计算和设计模型是离散模型,大底盘地下室选用的是整体模型,对于塔楼底部加强区的抗震构件的选取按照两种模型计算结果中较差的那个进行设计。
⑤应该注意的问题:第一,地下室质量产生的地震作用大部分被室外回填土吸收,但是并没有对其吸收标准做出明确的计算;第二,按照有关规定,对地下室结构中不满足最小地震剪力系数要求的地方没有进行调整,这就导致了结构整体地震作用基底剪力的减小,使得传递到基础的总地震剪力和倾覆力矩偏小。
4.结构计算及分析
在对建筑结构设计完成时,需对设计的合理性进行验算,本工程主要采用电算的计算方式,电算结果如表1所示。
对电算结果进行分析可知,建筑的结构刚度中心与建筑截面的几何中心偏离不大,偏心弯矩对基础的影响不大,剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩大于结构总底部地震倾覆力矩的1/2,结构的自振周期、位移值以及振型曲线都没有超限(见表1或如图1、图2所示),两个方向的竖向刚度较均衡,结构扭转很小,计算结果较为合理。
图1地震作用下特征阵型示意图
图2地震作用下位移曲线示意图
本工程设置中出现的问题,经过多次电算可知,①根据整体弹性内力、构件塑性设计原理对竖向荷载下框架梁端负弯矩进行降低的幅度要适当增大,调幅系数取0.8—0.9,这样在地震作用下梁端较易出现塑性铰,可吸收一部分地震作用;②为避免主梁承受过大的扭矩引起超筋超限,需适当减小梁的抗扭刚度折减系数,根据工程实际情况,适宜取0.5—0.65;③由于高层建筑需进行施工模拟计算,计算结果显示,与筒体相近的柱下轴力不够大,柱与筒体之间的梁配筋较大,并且随着高度的增大此现象更突出,最终导致截面超筋,和实际情况相差较大;④在框架剪力墙结构中,剪力墙主要承受水平作用下的剪力,但是这样导致了剪力墙的数量增加从而增加了结构刚度和地震作用,且这种结构耗费资金过大,此外,剪力墙的长度很大,且有相当强的翼缘与之相连,导致配筋过大,克服这个问题的方法是对部分墙肢人为地开施工洞,将其分为几段并连的小墙肢,从而合理分配各个墙肢的剪力,并且避免了超筋现象的出现,达到有关规范的要求。
【参考文献】:
[1]陈岱林,李云贵,魏文郎.多层及高层结构CAD软件高级应用.中国建筑工业出版社
近年来,随着城市化进程的加快、城市人口基数的逐渐加大,住宅的需求亦随之大量增加,高层住宅建筑越来越多地被采用。本文结合某商业住宅小区,对该结构形式的设计经验进行总结,以期参考交流。
某商业小区住宅由12幢13~22层高层住宅建筑及辅房组成,其中1、4、5、7、8号楼与地下车库相连。
1 上部结构合理配置剪力墙是控制此类建筑侧向刚度的关键
高层建筑一般利用窗间墙和纵横墙布置钢筋混凝土小墙肢,这样可以不占用室内空间,小墙肢间通过连梁和现浇混凝土楼屋面板相连,形成小墙肢-连梁承重体系。
小墙肢剪力墙布置应按照抗震设计要求,结合各建筑房型的窗间﹑楼梯间﹑电梯间及房间四周的内外墙等情况,小墙肢剪一般有一字形﹑L形﹑T 形﹑十字形等墙段,在平面中各个主轴方向均匀对称布置,尽量做到刚心与质心重合,以减小结构的扭转。各墙肢肢长不宜相差太大,使各个墙肢刚度接近,保证在地震作用下,水平力均匀地分配给各墙肢,避免因个别墙肢过长,刚度过大产生很大的地震水平力而出现超筋。在竖向墙肢上下对齐﹑连续,根据建筑底的层高及上部的变化通过墙肢的厚度和混凝土强度的变化,使竖向刚度从下至上逐渐变小,并使任何上下层刚度变化不大于70%。墙肢间净距不大与5米,连梁高度宜小与400,并尽可能地布置与两房间之间,使住宅空间得以充分利用。墙肢的多少决定了结构的抗侧向刚度。墙肢的过多,则结构的抗侧向刚度偏大,地震反应大,构件内力大,配筋也增大甚至超筋,造成浪费;墙肢的过少,则结构的抗侧向刚度偏小,水平地震作用下位移过大,不能满足正常使用。调整墙肢的数量及大小,使结构的抗侧向刚度能满足水平位移要求,又不引起过大的内力。表1为三幢楼的部分设计指标。
3号﹑5号楼平面东西对称,南北不对称,底层结构层高为3.4米,以上各层为2.9米,如剪力墙不变,第一层刚度比第二层刚度则小于70%,如通过调整剪力墙厚度虽能达到要求,但造成墙体偏心和室内面积减小,为了避免这种情况,设计中在电梯井道及不影响建筑要求的地方增加剪力墙,使两者的刚度相近,有效地解决了这问题。12号楼平面不对称,底层有商场,其层高为4.5米,并要求有较大的开间,商场有部分突出主楼,最大处为5米;此外商场上部二层为办公室,层高为3.2米,在设计中一方面在电梯井道等地方增加剪力墙,另一方面在商场处适当地增厚剪力墙,以满足剪力墙的高厚比和刚度的要求。该三幢楼在顶层处均有跃层,跃层室内客厅上下挑空,在楼板上形成大洞,对计算时假定楼面刚性无限大有一定影响,此处在构造上加厚楼板并采用双层双向配筋,以加强楼板的刚度。屋面上有部分的跃层屋面﹑电梯机房﹑水箱以及装饰构件,其最高处高出屋面11.5米,它们刚度较小,在地震情况下会产生鞭梢作用,我在计算时将该部分内力增大3倍,使该部分得到加强。
2 在剪力墙下布桩,避免地下室底板抗桩冲切是桩基设计的关键
基础采用剪力墙下条形基础加桩基,一般剪力墙宽度不能满足桩基要求,故布置条形基础宽800刚好满足?400管桩对承台的要求,这种布桩方法传力直接,如在地下室底板下布桩,必须要计算底板的抗冲切力等,增加底板的厚度,增加造价。
3 与地下车库连接的高层住宅设计关键是控制绝对沉降
由于住宅小区停车位的需要,往往会有较大面积的地下室,有许多地下室和住宅连在一起,既扩大了地下室的面积,增加了停车位,又能让业主直接从住宅直接进出入地下室,由于住宅楼与地下室的沉降存在差异,一般在此处需要设置沉降缝分开,但是如设置沉降缝,将影响地下车库的使用,沉降缝还存在漏水的隐患,所以必须把主楼和地下车库连在一起,不设置沉降缝,那么要解决沉降差的问题,控制住宅楼的绝对沉降量是关键。本工程1、4、5、7、8号楼与地下室相连(详见图一)。
图一
住宅楼的桩基适当加长,进入第7-2层,以控制沉降量为准。在主楼与地下车库之间设置沉降后浇带,待住宅楼结构封顶后,完成部分沉降量再将此后浇带封闭,达到不设置沉降缝的目的。住宅楼计算沉降量和结构封顶后实测的沉降量的比较详见表2。
由表2可以看出,当结构封顶后,已完成了60%以上的沉降,这与沉降特点有关,在结构自重的作用下,前期的沉降速度快,沉降量大,利用这一特性,在此设置沉降后浇带,待沉降大部分完成后再封闭沉降带,避免了沉降缝的设置,此处结构只需要抗后期沉降量。另外,由于本地区地下水丰富,地下水位高,地下车库底板后浇带如长期不封闭,须持续不断地降水,不但会增加施工费用,还会造成工程问题,为此,在后浇带下设置了临时的止水带以解决施工时的地下渗水的问题。
4 结论
该类结构上部剪力墙布置须均匀、合理,才能够避免过多的扭转,恰当地控制侧向刚度,使之既能够控制地震作用下的侧向位移,又能不至于产生过大的地震反应,做到经济合理;不宜在伸缩缝和防震缝两侧同时布置剪力墙,纵向剪力墙不宜布置在端部,而应布置在中部。桩基要布置在建立墙下,传力直接,避免底板抗冲切,控制造价。住宅楼与地下车库相连时必须控制住宅楼的绝对沉降,另外,在沉降后浇带下也应设置临时止水带。
参考文献
现代土地资源日渐匮乏,在工程建设中为了节省土地面积,各施工企业大都采用高层住宅结构设计,这样既能减少土地资源的浪费,实现人口数量的有效集合,还能避免建筑施工材料的浪费,达到节约资源的目的。然而,在实际的高层住宅结构设计中,部分设计人员的设计方案和建筑施工实际情况存在较大差距,这种情况的出现严重影响了高层住宅的安全性能和实用性能。正因如此,如何保证高层建筑结构设计水准对于高层住宅的建设施工来说显得尤为重要[1]。
一.高层住宅结构设计案例分析
(一)高程住宅结构设计的工程概况
某一高层住宅区位于某市的中心地段,该地区的建筑总面积大约为20万立方米,是一项非常浩大的建筑工程。该高层住宅区域的楼位设计是一个五幢高层住宅楼层结合而成的建筑工程,分布为地下两层、地上三层的设计模式。该建筑工程中采用的建筑结构是平面体型比较不规则结构。
(二)高层住宅结构设计中所遇到的问题和解决措施
1.高层住宅结构设计中所遇到的问题
该高层住宅工程从规模上来讲属于大型的工程建筑,尤其是五幢楼层采用的是一体化的连接方式,针对这种情况,设计人员应该对高层住宅的建筑设计有一个全方位的认知。在对该建筑工程进行各种因素分析后,再进行高层建筑的设计工作,使设计比较贴合实际工程的标准要求。然而,在实际的高层住宅施工中,其可能会受到各种因素的影响,使得工程质量及工期难以得到保证。这些因素主要包括:首先,高层建筑结构的承重力和地下室连为一体的结构设计以及采用框架剪力墙建筑结构设计需要考虑实际施工问题。其次,高层建筑结构设计中,居民对建筑结构功能的要求以及抗震能力的要求也是设计人员需要考虑的重点问题。再次,建筑结构的计算分析也是高层建筑结构设计工作的一大重点。最后,建筑物周围的环境因素也会对施工造成影响干扰[2]。
2.高层住宅结构设计中的处理措施
该高层住宅属于住宅类型中较为复杂的一种设计,一般情况下,对于这种连体形的住宅结构设计,为了保证其结构的稳定性,除了采用框架剪力墙结构之外,还应该增加建筑结构的水平方向和垂直方向的钢筋结构,同时在建筑底部增加底层柱。针对高层住宅结构设计中的稳定性要求,应该采用"L"型剪力墙设计,这样一来能增强建筑结构的稳定性,另一个方面还能增强整个建筑物的承载力。其次,在高层住宅的施工设计中,各类数据的计算问题也是干扰结构设计的一大影响因素。因此,一般在高层住宅结构设计计算分析上多应该采用PKPM系列的SATWE程序。
二.高层住宅结构设计中出现的问题影响因素
(一)高层住宅结构的部分设计不合理
对如今的高层住宅建筑来讲,其住宅结构的不合理多半是设计人员对建筑结构关联性忽视,以致于造成住宅结构的承重性差、建筑物的抗地震倒塌能力不强以及建筑物本身的安全性能差等问题。例如,高层住宅结构的抗地震倒塌能力的延性问题,以及屋面温度应力设置问题等。这一系列的问题因素的集合极有可能导致高层住宅结构稳定性和质量安全性问题[3]。
(二)抗震结构设计不合理
抗震结构设计是高层住宅结构设计中一个非常重要的环节,同时也是比较复杂的一个环节,抗震结构的设计除了设计整体的框架以外,对于承重墙设计以及底层柱等局部结构设计,甚至是建筑材料的选择使用,都关系到整个建筑结构的抗震性能。由于我国并不属于地震频发的国家,所以一些高层住宅建筑结构设计人员并没有高度重视建筑的抗震设计,所以高层住宅结构的抗震设计中存在很多的漏洞和不足。
三.高层住宅结构设计中存在的问题的处理对策
(一)针对部分结构设计不合理的解决措施
针对以上出现的各种问题,归根结底是设计人员在对高层住宅结构设计的认知上还存在很大的不足之处,以致于设计的住宅结构不符合居民对建筑物本身功能的需要或者不符合有关建筑物建设施工的标准要求。针对以上情况要先确立好整体性设计,并根据整体性的设计要素进行局部结构设计。这样既能保证建筑结构整体性不受破坏,还能为局部结构设计提供一个可靠的依据。在此基础上,再进行建筑构件和屋面温度应力的设计,就可以最大限度的避免因构件标准不合格而导致的建筑结构稳定性下降问题以及因温度应力设计值过大或是过小而造成的墙体开裂现象[4]。
(二)高层住宅结构的抗震设计
高层住宅结构抗震设计的要点:首先要求设计人员对建筑结构抗震性能的重要性有一个正确的认知。其次,需要专业抗震结构设计人员对高层住宅的结构特点以及可能发生地震的情况进行全方位的分析,同时满足抗震设计规范。再次,对建筑物的抗震结构进行科学的规划设计,并严格控制建筑物的高宽比例。最后,为了提高建筑物本身的抗震性能还应该在高层住宅上加入抗震墙设计从而增强建筑物的稳定性以及抗震能力。这样即便发生地震也能保护好居民的人身安全,并且将地震对建筑物体的伤害减小到最低。
结语:
综上所述,高层住宅的结构设计是建筑施工人员在满足国家对建筑工程施工结构的标准前提之下,对高层住宅结构进行的加强设计,能有效提高高层建筑的抗震性能以及使用安全性,从而维护居民的生命财产安全。然而,在高层住宅结构设计工作中,我们仍需要重视影响结构设计及建筑施工的问题因素。对此,文章结合某高层建筑设计实例,简要探讨了影响高层住宅结构设计几点因素,并阐述几点解决这些问题的举措,以期为高层建筑住宅结构设计提供借鉴。
参考文献:
[1]郑全楼.关于高层住宅结构设计的研究[J].城市建设理论研究(电子版),2014,(36):7277-7278.
Abstract: the paper mainly combined with the engineering practice, the structure design of high-rise residential buildings are analyzed, and to meet the requirements of the building use, the structural design of also fully embodies the shear wall structure of the advantages, its stiffness big, small and comfortable high degree of displacement. Practice proves the shear wall structure system are used in high-rise residential buildings.
Keywords: high building; Displacement Angle; foundation
中图分类号: TU97 文献标识码: A 文章编号:
1、工程概况
本工程总建筑面积114128m2 。1#住宅楼建筑面积22169 m2 ,地上29层,地下2层地下室。该工程建筑结构安全等级为二级,设计使用年限为50a,建筑抗震设防为丙类,抗震设防烈度为7度,地震作用和抗震措施均按抗震7烈度设防,设计基本地震加速度为0.2.g,设计地震分组为第一组,剪力墙抗震等级为二级。1#住宅楼采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构,抗震等级为二级。
2、高宽比确定
高层建筑的高宽比,是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。根据《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2002第4.2.3条条文解释“一般场合,可按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比,但对凸出建筑物平面很小的局部结构(如楼梯间、电梯间等),一般不应包含在计算宽度内。”根据规范提供的方法, 本工程高宽比超过《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2002第4.2.3条表4.2.3-1抗震设防烈度为7度时,A级高度剪力墙结构高宽比不宜大于6的规定。因高宽比超过规范限值,因此,本工程在结构设计时应采取必要的加强措施。
3结构设计
3.1 结构选型
建筑物的结构设计,不仅要求具有足够的承载力,而且必须使结构具有足够抵抗
侧力的刚度,使结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规定的范围内,基于上述基本原理,工程综合分析了结构的适用,安全,抗震,经济,施工方便等因素,选取结构为剪力墙体系,由钢筋混凝土框架承担竖向力和侧力。钢筋混凝土框架刚度布置相对比较均匀,在满足建筑功能情况下,尽量减少平面扭转对结构的影响。
3.2 主要材料
混凝土强度等级。墙、柱:-1~5层为C50,6~10层为C45,11~15层为C40,16~20层为C35,21~25层为C30,26~29层为C25;梁、板:-1~20层为C30,11~天面层为C25。钢筋采用普通钢筋HPB235级、HRB335级、HRB400级。
3.3板厚取值
现浇楼盖中,板的混凝土用量约占整个楼盖的50% ~60% ,板厚的取值对楼盖的经济性和自重的影响较大,在满足板的刚度和构造要求的前提下,应尽量采用较薄的板,双向板的最小板厚度为80 mm, 板的厚度与跨度的最小比值:四边简支板为1 /40, 连续板为1 /50。工程最大板跨为5m, 其余板跨均小于4 m, 考虑到工程为住宅楼,板内有埋机电暗管, 因此小于4 m的板跨板厚也取100 mm, 5 m板跨板厚取140 mm。
4结构计算分析
工程采用了中国建筑科学研究院的PKPM系列SATWE软件( 多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件)进行计算,施工图采用SATWE的计算结果,按15个振型进行结构计算分析。
4.1结构整体抗倾覆验算结果
===============================================
倾覆力矩Mr 倾覆力矩Mov 比值Mr/Mov零应力区(%)
X风荷载5250527.5 209207.725.10 0.00
Y风荷载2947079.2 429299.7 6.86 0.00
X 地 震5250527.5 252271.620.81 0.00
Y 地 震2947079.2 270002.410.92 0.00
从结果可以看出,由于Y方向较“薄”,造成Y风荷载作用时所产生的倾覆力矩远大于X风荷载及地震力产生的倾覆力矩,分别为X风的2倍、X地震的1.5倍、Y地震的1.6倍。
4.2结构整体稳定验算结果
X向刚重比 EJd/GH**2=7.24
Y向刚重比 EJd/GH**2=5.15
该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算
该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应
4.3 弹性层间位移角
根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ—2002)补充规定DBJ/T15-46-2005第3.5条“对于高度小于150m的剪力墙、筒中筒结构等弯曲型结构,当弯曲变形的影响明显,某层层间有害位移角小于层间位移值的50%,该层层间位移角限值可放宽至1/800。”本工程Y方向风荷载控制时的位移角1/851
4.4轴压比
计算结果分析表明,本工程各项整体指标均能满足相关规范的有关要求或未超出规范规
定的最大限值;柱的轴压比和各构件的强度及变形也均能满足规范的要求。
4.5桩基础设计
本工程采用PKPM系列JCCAD程序进行布桩、桩反力计算及承台配筋。由于Y向风荷载产生较大的倾覆力矩,最大桩反力为Y向风荷载控制,且最终的配桩数量要多于根据D+L结果估算的配桩数量。
5、地基与基础
Abstract: With the development of high-rise residential construction, short pier shear wall structure has the characteristics as flexible and adjustable, has the very good application prospect in high-rise residential buildings, is the ideal shear wall structure design. Based on the characteristics and design of short shear wall structure should pay attention to matters.
Key words: short shear wall; structural design; note
中图分类号:TU318 文献标识码: 文章编号
引言:近几年,房地产行业得到了迅速发展,中小高层的住宅越来越受到住户和开法商们的青睐,随之而出现一种应用在小高层中的剪力墙结构,短肢剪力墙便是这种新的结构体系。因为其具有的特点可以克服很多相关的技术难题,且还具有高抗震性和灵活性的优点。
一、短肢剪力墙结构体系特点
随着社会的发展,经济水平的提高,住房条件的改善,逐渐兴起许多小高层住宅的建设,其中有大量11层、12层的小高层住宅,短肢剪力墙正广泛应用于小高层住宅建筑中。
钢筋混凝土短肢剪力墙是剪力墙体系中的一种,是指肢长和厚度比在5~8之间的剪力墙,通常采用T形、L形、Z形等形式,偶尔也采用十形和一形。短肢剪力墙结构既保留了异形柱不凸出墙面的优点,又克服了异形柱框架抗震性能不理想等缺点。
短肢剪力墙可结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件,基本不与建筑使用功能发生矛盾;墙的数量可多可少,肢可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置;能灵活布置,可选择的方案较多,较易处理楼盖的支承;连结各墙的梁,亦随墙肢位置而位于间隔墙竖平面内,属于隐蔽型;视建筑平面及抗侧力的需要,把中心竖向交通区处理成筒体或短肢剪力墙;短肢剪力墙的短墙肢虽然同异形柱框经结构体系的异形柱一样截面抗扭不利,但由于其墙肢较长,受力接近剪力墙的墙肢,结构体系趋于合理。
此种体系同样适用于单元式高层住宅。由于它的灵活性较大,随之结构布置也可能有较大的差别,从而导致有不同的结构设计效果。
二、短肢剪力墙结构设计
1. 墙肢和连梁的设计
在对短肢剪力墙进行结构设计时,主要包括对墙肢和连梁的设计。对于墙肢的截面设计来说,在设计前要进行受剪、受弯的试验与计算,还要对正截面偏心受拉与偏心受压进行计算,同时要对集中荷载作用下的局部受压承载力进行计算。要以能满足最小配筋率的要求为前提,确定能达到墙肢端部受力钢筋的要求,要通过截面抗剪计算墙肢水平方向分布钢筋。
在小高层结构中,连梁的设计对短肢剪力墙在力学方面的性能有很大的影响。主要是因为各墙肢是在连梁的连接下共同工作的,连梁不仅对抗震性有很大的影响,对墙肢的约束也有很大影响。如果梁的跨高比小于5,就应该按照连梁进行具体设计;如果高于5,那就要按照框架梁进行具体的计算。在设计的过程中最应该注意的就是要避免在弯曲破坏发生前发生连梁剪切破坏,应该按照斜截面受剪计算,以确保可以做到强剪弱弯。如果在进行内力计算的时候,已经对连梁的刚度进行了折减,这样调幅的范围就应该受到一定的限制,或者不在对其进行调幅,这样可以有效的避免在使用过程中发生问题。如果对部分连梁的设计值进行降低,那就要对于其余部位的设计值进行适当的提高。连梁的设计还可以运用菱形配筋,或者是在连梁中加设斜向型钢与设置斜向交叉暗柱,采用这些方法可以有效的将连梁的延展性提高。
2. 配筋构造
在进行短肢剪力墙设计时,对于配筋的要求,除了要按照结构计算的结构进行配置,还要按照设计的构造来配置钢筋。介于普通剪力墙与异形框架柱之间的就是短肢剪力墙的侧向刚度。与普通剪力墙和异形框架柱的结构一样,在对短肢剪力墙进行设计的时候,要加强对边缘构件的配筋要求。在振动台进行地震模拟实验后,相关实验结果表明,短肢剪力墙中结构抗震相对较薄弱的环节主要是连梁、底部小墙肢、角点处墙肢以及平面外边缘。对于这些相对较薄弱的环节,更要加强抗震构造设计。
三、设计中应注意的事项
1.要对短肢墙的轴压比进行严格的控制,主要是端柱或者无翼缘的一字型短肢剪力墙,根据相关的规范要求来看,其内容也突出强调了这一点。国内外相关机构的研究结果表明,剪力墙中承受压力弯力的时候,如果在小偏压的状态,那么墙的延展性就会相对较差。即便是在大偏压的状态下,如果轴压较大,混凝土边缘应力也较高,这样就会使混凝土的约束不够甚至没有约束,从而会使混凝土最先出现极限压应变,使构件丧失承载能力和变形能力。
2.在短肢剪力墙结构体系中最薄弱的环节出现在抗震性方面,主要是在建筑的边缘和其角点处的墙肢,尤其是针对一字型的剪力墙,最先出现破坏的问题。在设计的过程中,首先要加强的是针对以上出现问题的部位,加强相关的抗震性能设计。
3.要按照相关的规定要求来制定短肢剪力墙的抗震等级,方便对配筋的提高,还要对短肢剪力墙进行周期性的折减,加强地震的抵抗能力,保证安全性。
4.要对短肢剪力墙结构的属性准确的进行判定。在设计跨高比的时候,最合理的方法就是将各个梁规范的分类然后分别进行设计。这样做可以使设计更加的满足要求,也可以使安全性得到有效的保障。
5.对于短肢墙的截面设计来说,最好不要采用一字形的形式,适合采用十字形、T、L形等,外墙的转角处更不能使用一字形,最好能够保证在同一构件方向上的墙肢厚度最大程度的相等,严格的按照现行的相关规定进行设计,从而保证梁和墙的有效断面。
6.不适合将短肢墙的结构做的太高,短肢剪力墙的结构体系主要是针对二十到三十层的住宅楼设计的,其中的环抱状布置可以使结构保持基本的对称要求,每层一般情况下是六到八户,在用地受到限制的时候,每层是三到四户。
7.在进行杆件内力计算和结构动力特性分析的时候,最好采取三维的计算方法来进行相关的计算。这时候的竖向构件不仅包括墙元模型还包括薄壁杆模型,前后两者有着很大的差距,前者是一种高精度的力学模型,精度很高,后者主要是一个简化模型,它的精度相对前者来说较低。
三、结束语
综上,短肢剪力墙作为剪力墙结构体系的分支,因为其良好的特性,成为较为理想的结构体系,在高层住宅楼中也得到了广泛的应用。在进行设计的时候,要和一般的剪力墙结构进行区别,广泛的结合各个住宅小高层的特点进行设计。在设计的过程中,要运用一些技巧,对可能出现的问题提出较好的解决方案,掌握好设计的规范与要求,才能设计出更加安全同时又更加经济适用的住房。
参考文献:
中图分类号: TU318 文献标识码: A 文章编号:
1 工程概述
广州某高层住宅楼,采用框支剪力墙结构;地上32层(95.9m),首层二层为商业,首层层高为 4.8m,二层层高4.1m,二层以上为住宅,层高为2.9m; 2层地下室,为车库及设备用房,负一层层高5.6m,负二层层高3.8m。三层楼面设置了梁板式结构转换层,设计使用年限为50年,安全等级为二级,建筑物抗震设防类别为标准设防(丙);地震分组第一组,抗震设防烈度7度;基本加速度为0.10g,场地类别为二类。
2 结构设计与布置
2.1 抗震等级的确定
本工程考虑地下室顶板作为嵌固部位,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 ( JGJ3-2010)第3.9.3条规定确定抗震等级;框支框架抗震等级为一级,剪力墙底部加强部位抗震等级为一级,非底部加强部位的剪力墙抗震等级为二级;地下一层抗震等级一级,地下二层抗震等级二级;整体结构仍按一般剪力墙结构采取抗震构造措施。
2.2 转换层结构布置
构件选择转换层可供选择的构件形式有梁、桁架、空腹桁架、箱形结构,斜撑、厚板等。在工程实践中,以转换梁的型式最常见,它设计和施工简单,受力明确,广泛应用于底层大空间剪力墙结构中,本工程经比较后采用了巨型梁转换层结构型式。
2.3 标准层结构布置
标准层墙柱布置时尽量使结构的刚度中心与质量中心重合,以减少地震作用下的扭转效应,因此把剪力墙均匀布置在建筑物的周边。平面形状变化尤其凹凸较大时,在凸出部分的端部附近布置剪力墙,同时增强边角部位剪力墙的刚度,加大平面远端刚度 结合楼梯间及电梯间布置筒形剪力墙,用来结构控制位移,提高抗震性能。并且在布置剪力墙时纵横剪力墙尽量组成 L 形、T 形,在纵横两个主轴方向上使剪力墙刚度基本上一致。在设计过程中,与建筑专业紧密配合,尽量使上部墙体直接落在框支柱或框架转换梁上,而不随便采用次梁转换 标准层结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小,混凝土强度等级由C50 渐变至C30 ,剪力墙厚度由300mm渐变至200mm。
标准层住宅在剪力墙局部开设角窗,削弱了剪力墙结构体系的整体性,针对这一不利因素,在角窗处设置了200mmX1200mm的梁(上翻600mm),以提高在地震作用下的结构的整体抗扭能力;除此之外标准层框架梁截面设计为200mmX550mm,内部梁根据使用净高和受荷情况而定,最高不能高于600mm。标准层的核心筒位于平面中心,电梯间开洞使楼面有较大的削弱,结构设计时将核心筒内楼板板厚加厚至150mm,并采取双层双向配筋,以加强其刚度;边角板厚120mm且不小于板计算跨度的1/35,其余板厚不小于100mm且不小于1/35。
3 结构计算及结果分析
住宅采用中国建筑科学研究院 PKPM 系列 SATWE 软件计算分析,以 SATWE的计算结构为施工图的主要设计依据。
3.1 振型及周期
住宅计算振型数为24个,计算结果显示抗震计算时的振型参与质量与总质量之比为: X向为96. 05%,Y向为96. 01%;可见计算时采用的振型数是足够的计算基本周期及扭转因子,空间振型的周期: T1=2.82( Y 方向平动系数1.0;T2=2. 49;X 向平动系数0.98);T3=2.18(扭转系数0.98)根据大量工程实例的统计,正常情况下框架剪力墙结构的第一自振周期大概范围为:T1=(0.08~0.12)n(n为建筑物的层数),本工程第一振型的周期约为0.09n 属于在正常范围之内按刚性楼板假定进行结构整体计算时,在考虑偶然偏心影响的地震作用下,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。本工程扭转周期比Tt1/T1= 0.773,满足规范要求结构的水平位移在规范的允许范围之内,结构的刚度合理。
住宅存在着一定的扭转不规则,即在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值之比超过 1.2倍,但是其比值较小(<1.31),特别是塔楼部分普遍都小于1.25,最大值都在裙楼。这是由于裙楼处的水平刚度较大,其平均层位移很小,但是由于裙楼质心到端部尺寸很大,尽管扭转角很小也容易造成扭转不规则指标超限 考虑到裙楼的层间位移绝对值都很小,层间位移角值比规范限基本小一倍以上,因此,对于整个结构的影响是比较小的。
3.2 转换层刚度比
刚度比计算选用剪切刚度参数计算,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比为: X 方向γ=1.198,Y方向γ=1.182,转换层上下层侧向刚度比较小;转换层上下层的层间位移角比较接近,在转换层处还是实现了侧向刚度渐变的要求的。
3.3 动力时程分析
住宅采用SATWE 程序进行动力时程分析,对结构进行了补充设计。波形采用mmw-3、lan3-3,lan5-3 以层间剪力和层间变形为主要控制指标。与振型分解法结果相比,大部分楼层墙。梁配筋基本一致,说明整个结构的刚度设计合理。设计中对薄弱楼层的配筋采取了加强措施。
4 结构构件设计
4.1框支柱
框支柱抗震等级为一级,轴压比不得大于0.6,对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱,不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系,因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100,全长加密,且箍筋体积配箍率不得小于1.5%。抗震设计时,规范规定了剪力墙底部加强部位(从地下室底板算起至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10),其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施,避免脆性的剪切破坏,改善整个结构的抗震性能。
4.2转换层楼板
框支剪力墙结构以转换层为分界,上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层,外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配;而在下部楼层,由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异,水平剪力主要集中在落地剪力墙上,即在转换层处荷载分配产生突变。由于转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务,且转换层楼板自身必须有足够的刚度保证,故转换层楼板采用C45混凝土,厚度200MM,¢10@150钢筋双层双向整板拉通(采用三级钢)。
5 结束语
综上分析,在建筑结构设计时,除了满足建筑的使用功能的要求之外,还要使结构体系更加合理,应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置,从而满足建筑结构合理的使用要求。
参考文献
1、前言
随着我国城市化建设进程的加快,人们对住宅,特别是小高层及多层住宅平面与空间的要求越来越高,高层住宅建筑大量采用了剪力墙结构。它相对于框架结构更为简洁、宽敞,使用功能更好,为住户的自行改造增大了灵活性,加大了使用面积,因此,在高层剪力墙结构设计中,既要发挥这种结构体系的优点,又要改进其工程费用较高的缺点,降低高层建筑剪力墙结构的造价和材料消耗量,这是考核结构设计水平的重要指标。本文根据笔者多年来的工程设计实践,探讨了使高层建筑剪力墙结构设计更经济的措施。
2、高层建筑目标控制参数
高层设计的难点在于竖向承重构件(柱、剪力墙等)的合理布置,设计过程中控制的目标参数主要有如下七个 :
2.1 轴压比
主要为限制结构的轴压比,保证结构的延性要求,轴压比不满足
要求,结构的延性要求无法保证;轴压比过小,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少相应墙、柱的截面面积。
2.2 剪重比
主要为限制各楼层的最小水平地震剪力,确保周期较长的结构的安全。这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的水平地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并按这个最低要求完成后续的计算。
2.3 刚度比
主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免结构刚度沿竖向突变,形成薄弱层。
2.4 位移比
主要为限制结构平面布置的不规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
2.5 周期比
主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱,使结构具有必要的抗扭刚度,减小扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足要求,说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小,扭转效应过大,结构抗侧力构件布置不合理。
2.6 刚重比
主要是控制在风荷载或水平地震作用下,重力荷载产生的二阶效应不致过大,避免结构的失稳倒塌。刚重比不满足要求,说明结构的刚度相对于重力荷载过小;但刚重比过分大,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
2.7 层间受剪承载力比
主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变,形成薄弱层。
3、高层建筑剪力墙结构优化设计分析
3.1高层剪力墙住宅的结构设计的经济分析
(1)剪力墙结构刚度大,整体性好,用钢量较省。在高层住宅中,开间均较小,分隔墙较多,采用现浇剪力墙,可将承重墙减少,比较经济。另外,剪力墙外观整齐,没有露梁、露柱现象,便于室内布置,因此在高层住宅中常采用现浇剪力墙结构。
(2)剪力墙结构设计中应注意的问题。剪力墙结构的坑侧刚度大,结构周期小,地震响应大;剪力墙结构墙体越多,建筑物的重量越大,地震反应也大,会造成浪费;另外,剪力墙结构墙体多为构造配筋,如果配筋太低,则结构延性差。
刚度较大的结构一般震害较轻,但是,一般情况下,建筑物的刚度越大,工程费用越高。因此,剪力墙结构应满足规范中的关于结构水平位移和地震力的要求,但如果要做到安全适用,经济合理,就必须在实际工作中有所判断,将结构水平位移和地震力控制在合理范围内,然后检查结构的内力和配筋。
3.2剪力墙结构构件的合适含钢量
在以结构设计规范为依据的实际情况中对某高层剪力墙住宅楼的结构计算作整体分析,同时从结构含钢量的角度作具体分析,从而优化其结构设计。
3.2.1现行规范对钢筋混凝土构件给出了最小含钢量
(1)剪力墙端部加强区关于暗柱、端柱、翼柱的构造配筋要求;
(2)剪力墙分布钢筋的配筋要求;
(3)连梁的配筋要求;
3.2.2因混凝土为泵送商品混凝土,水灰比大,收缩率较大
为满足要求并根据实际情况,高层建筑合适的含钢量见下表 1:
种类 受力纵钢筋
% 非受力纵筋% 箍筋
梁 0.6~1.5 0.3 0.25~0.4(1)
柱
(包括暗柱) 0.5~1.5 0.812(2)
墙 0.35~0.5 0.35~0.5
板 0.35~0.6 0.35~0.6
表1高层建筑合适的含钢量
3.3优化结构设计,降低工程造价
(1)优化结构设计,使结构受力均衡,技术应用得当,整体安全可靠度一致,任一结构都能同时发挥其最大作用,这样设计出的结构才能达到既经济,又合理的目的。
从结构设计整体布局来看,在水平荷载作用下,剪力墙的暗柱配筋往往是构造配筋,暗柱断面的确定与剪力墙的布置有密切的关系,而构造配筋与暗柱断面又有着一一对应关系。由于剪力墙布置的差异,一片剪力墙两端暗柱的断面可能差6倍~10倍。配筋也相应差6倍~l0倍。而剪力墙在不同方向的水平荷载作用下是具有对称性的。这样设计出的结构就会造成极大的浪费,因此,首先调整剪力墙的布置,尽可能使之对称这样即节省了造价,又增加了结构安全性。
(2)造成结构浪费往往是由于设计人对某种结构概念理解不透而导致的。例如:某18层综合楼,由内简外框组成结构。外框柱距7.2m,外框与内简距离9 m设计人员将外框边梁做成lO00mm×750mm,目的是增加边梁的抗剪能力,引入剪力滞后的概念,加大外框结构的刚度。实际上,该工程由于外框柱距 7.2mm,很难产生剪力滞后效应,边梁采用lO00mm×750mm与采用350mm×750mm对外框的变形是相同的,不会增加结构的刚度,反而会因为增加重量,加大结构自身的负担,对结构不利。设计人员如果不能准确把握结构概念,就会造成浪费。
4、应用实例分析
4.1工程概况
本工程位于湖南常德市,所在住宅小区总建筑面积达50万M2,与本工程类似的住宅楼近二十多栋。如果通过对一栋楼进行结构设计分析,找到其中可优化改进的地方,就可使结构设计得到部分的优化、提高建筑产品的性价比、降低单价造价和整个小区的工程造价。
进行结构设计分析的住宅楼为地下一层,地上三十层的纯剪力墙结构。总建筑面积约1.49万M2,地下一层为车库,层高均为4.6m,首层架空,层高5.0m;二层及以上层为住宅,层高为3.0m。建筑类别为丙类。II类场地。
4.2结构整体计算
4.2.1整体计算结构
结构自振周期(取前三个振型)见表2
振型号 周期(s) 平动系数 扭转系数
1 2.3912 0.96 0.04
2 2.2316 0.96 0.04
3 2.0412 0.08 0.92
表2结构自振周期参数
4.2.2结构整体合理性判断
(1)楼层最小剪重比大于规范容许的“楼层最小地震剪力系数值”较多,结构整体布置还有可优化的空间。
(2)结构平均重量:13.6KN/M2,合理。
作用方向 X Y
楼层最小剪重比 2.46% 2.51%
有效质量系数 95.59% 94.49%
标准层面积 474 M2
总重标准值 42998
楼层最大层间位移与该楼层平均值的最大值 1.29 1.28
楼层最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 1.22 1.26
楼层层间最大位移与层高之比的最大值 1/1206 1/1350
底部地震剪力(KN) 4384 4868
表3主要控制参数
(3)自振周期:参照(T1-(0.05~0.08)n=1.5~2.4S),周期在合理范围内。
(4)X方向楼层最大层间(水平)位移与该楼层平均值的最大比值为1.29,在规范许可范围内。
4.3剪力墙及连梁钢筋用量分析
墙厚根据规范及工程层数,层高情况取值如下:首层及地下层350mm,二~八层及以上墙250mm,其余墙200mm。
设计配筋采用的为包括配筋法。从节省造价角度考虑,可从以下方面适度调减钢筋:(1)暗柱、连梁等处构件根据计算结构按构造要求配筋(不包括局部按计算配筋的),其中,墙体分布筋基本与规范最小配筋及其它构造要求相吻合;(2)地下室外墙水平分布筋为φ14@200(二级)。
4.4楼板钢筋用量分析
考虑电气埋管要求楼板厚度最小取100 mm。大房间根据板跨,考虑轻质隔墙荷载分别取120 mm几种。
楼板采用弹性计算。采用的是普通的三级钢筋,楼板配筋大部分为φ8@200,配筋率0.025%;较合理。
5、结束语
高层建筑剪力墙的经济性设计受结构布置和剪力墙的形式、剪力墙的厚度、配筋率、结构自重及刚度等多种因素的制约。因此,在进行高层建筑剪力墙结构设计时,高度重视影响结构技术经济的因素,考虑综合效益,以达到降低工程造价和材料消耗量的目的,取得更加科学、合理、经济的设计结果。
参考文献