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板式高層住宅剪力墻結構設計

時間:2013-08-28 14:09來源:中國論文榜 作者:中國論文榜 點擊:
現階段,剪力墻結構已經成為高層住宅建筑最主要的結構形式。本文以結構布置、結構計算兩個方面提出板式高層住宅剪力墻結構設計需注意的幾個問題。
  現階段,采用剪力墻結構的板式高層住宅已經成為開發商及業主選擇的寵兒,它在設計時,房間布置靈活,在使用時,朝向、通透性、日照等方面都容易滿足需求。板式高層住宅有其自身特點:建筑平面長寬比大,一般為2~4,而且寬度比較小,一般等效寬度為14米~17米,高寬比較大。平面長寬比大對結構帶來的問題是,結構扭轉效應明顯,往往周期比、位移比不容易控制。建筑寬度小,高寬比大給結構帶來的問題就比較多了,首先建筑寬度小了,沿樓寬方向的抗側剛度不容易滿足,其次高寬比大,會影響結構的整體穩定,抗傾覆能力。針對以上特點,結構設計時需要注意幾個問題。
 
  1結構布置
 
  剪力墻結構的剪力墻的平面布置應盡可能均勻、對稱、周邊化,盡量使結構的剛度中心和質量中心重合,以減少扭轉,加大結構的抗扭剛度。豎向布置,剪力墻宜自下倒上連續,避免剛度突變。對于板式高層住宅,剪力墻布置除了要遵循以上所述原則外,還應該注意以下幾個問題。
 
  (1)剪力墻布置時,如何保證建筑寬度方向抗側剛度需求。由于板式住宅建筑寬度小,沿樓寬方向的抗側剛度不容易滿足,在設計時,我們往往為控制寬度方向位移要耗費大量時間,在高烈度地區尤為明顯,往往要反復調整結構布置,反復計算,有時可能還是達不到預期目標。其實在反復計算中,我們還是可以找到一些規律,沿建筑寬度方向能對齊的剪力墻越多,寬度方向的位移越能滿足要求,換句話說就是,沿建筑寬度方向的聯肢墻越多,寬度方向抗側剛度就越大。在布置剪力墻時,可以通過提高聯肢墻的剛度,來有效的提高寬度方向整體抗側剛度。對于那些與其它墻肢對不齊的獨立墻肢,在控制軸壓比及短肢要求的前提下,可以減小其墻肢長度,這樣可以減小結構自重,更有效地控制寬度方向位移。
 
  在提高寬度方向聯肢墻剛度時,還可以發現,提高寬度較寬部位的聯肢墻剛度,給寬度方向整體抗側剛度帶來的貢獻要大于寬度較窄的部位。這個問題其實很好理解,我們可以將聯肢墻看成獨立的一片剪力墻,當然是墻約長,抗側剛度就越大。從以上所述,我們可以總結,在布置寬度方向剪力墻時,可優先考慮加長寬度較寬部位的聯肢墻各墻肢的長度,如果剛度還不滿足要求,可以考慮加長寬度較窄部位的聯肢墻各墻肢的長度,對于整體抗側剛度貢獻不顯著的獨立墻肢,可適當減小長度來減小自重。當然這一結論還是要遵循前文提高的“均勻、對稱”等原則。
 
  (2)應控制短肢剪力墻數量。在高層住宅設計時,短肢剪力墻往往不可避免,但是對于高烈度地區及層數較多的結構,短肢剪力墻數量應按照《高規》(JGJ3-2010)的要求進行控制。因為短肢剪力墻的承載能力、抗側力剛度都很小,構件延性差,若在結構中所占比例較多,一旦結構的一般剪力墻出現問題,很可能短肢剪力墻就會隨之破壞,并有可能發生樓板的連續倒塌。
 
  (3)提高寬度方向山墻部位剪力墻剛度,加強結構抗扭剛度。前文提到建筑平面長寬比大,結構扭轉效應明顯。在計算板式高層住宅,我們往往會遇到以扭轉為主的周期為第一周期的現象,這是因為結構布置不合理,導致結構抗扭剛度底。在設計時,這種情況是要避免的,通過計算,我們不難發現,對于板式住宅,加強建筑寬度方向山墻部位剪力墻剛度,對于提高結構抗扭剛度有著顯著貢獻。
 
  (4)控制強連梁數量。在前文中提到,板式住宅建筑寬度小,沿樓寬方向的抗側剛度不容易滿足,對于這一情況,有的設計人員會采用將建筑寬度方向所有連梁高度加大,設計成強連梁,來提高寬度方向抗側剛度。甚至為了優化結構方案,減少墻肢,就加大所有連梁高度,也就是以強連梁來提高結構整體剛度,并精簡剪力墻數量來優化結構方案。這種做法是不安全的,尤其是對于剪力墻洞口較多的結構。強連梁確實可以很明顯的提高結構抗側剛度,但正因為如此,當遇到大震,連梁梁端開裂,出鉸乃至退出工作,這樣會過多消弱結構剛度,導致破壞倒塌。所以在設計時應合理控制強連梁的數量,做到既有弱連梁又有強連梁,結構的抗側力剛度適當,承載能力適當,耗能能力也適當,實現“強弱適當,多到防線”,從而使得結構具有較高的延性性能。
 
  (5)控制剪力墻平面外彎矩影響。由于住宅房間布置的不規則性,往往會出現剪力墻墻肢與平面外方向的樓面梁連接,這種情況會或多或少對剪力墻產生平面外彎矩。在設計時,對于樓面梁跨度、截面高度、荷載較小時,可以在剪力墻中設置暗柱來增強剪力墻平面外抗彎承載力,此時梁與墻的連接在條件允許的情況下可設計成剛接,若鋼筋錨固水平長度無法滿足,且建筑使用功能限制時,可設計成鉸接或半剛接。對于樓面梁跨度、截面高度、荷載較大時,應盡可能在連接處設置短墻肢或扶壁柱來提高剪力墻平面外抗彎承載力,此時梁與墻的連接應盡可能設計成剛接。
 
  2結構計算
 
  (1)最大地震力方向,在這里要強調最大地震力方向對結構抗震計算的影響。我們在計算時,要對許多指標進行控制,例如位移、剪重比,但是在程序輸出時位移、剪重比是按兩個主軸方向輸出,當最大地震力方向與兩個主軸方向有一定夾角時,此時所得的兩個主軸方向位移、剪重比是偏小的,如果以位移控制,那么計算是偏于不安全。對于板式高層住宅,我們應該通過調整結構布置,盡可能減小大地震力方向與兩個主軸方向的夾角(小于15。),如果實在控制不了夾角,那么應該指定這個夾角,將主軸旋轉夾角使得與最大地震力方向一致,從而計算控制各項指標。
 
  (2)整體穩定,抗傾覆能力計算控制。對于高寬比較大的板式住宅,在計算時應重點進行整體穩定及抗傾覆能力計算控制,必要時還應進行大震下抗傾覆計。抗傾覆計算的重點在于,結構基礎要有足夠的平面寬度來抵抗來抵抗在地震作用下的傾覆力矩,同時基礎外邊緣要有足夠的剛度及抗彎、抗剪承載能力,來抵抗由傾覆力矩產生的基礎外邊緣過大地基反力。這里需要解釋一下,建筑寬度小,那么沿寬度方向的抗傾覆力矩就小,在大震作用下,沿寬度方向基底容易出現零應力區,這就會導致沿基礎寬度方向的外邊緣會產過大的地基反力。
 
  板式高層住宅有其自身特點,當采用剪力墻結構時,剪力墻布置應當控制好短肢剪力墻數量,合理地利用山墻剛度來提高結構抗扭剛度,合理地控制強連梁的數量,做到強弱適當,控制好剪力墻平面外支撐措施,合理地布置寬度方向剪力墻,使其能夠最大程度發揮其剛度貢獻。計算時不能忽視最大地震力方向的影響,并且要對結構整體穩定,抗傾覆能力進行計算控制。
 
  參考文獻:
 
  [1]高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2010.中國建筑工業出版社.
 
  [2]張維斌.多層及高層鋼筋混凝土結構設計釋疑及工程實例.中國建筑工業出版社.

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