某高層商住樓部分框支_剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_丁昕_圖文

1、第45卷第22期2015年11月下建筑結(jié)構(gòu)Building Structure Vol45No22Nov2015某高層商住樓部分框支-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)丁昕,夏堯,張偉玉(南京金宸建筑設(shè)計(jì)有限公司,南京210019摘要采用SATWE ,MIDAS 軟件,對(duì)某高層商住樓進(jìn)行計(jì)算分析,介紹了傳力直接明確、傳力路徑清晰的梁式轉(zhuǎn)換復(fù)雜高層部分框支-剪力墻結(jié)構(gòu),通過(guò)分析計(jì)算和采取構(gòu)造措施避免了框支梁上墻體超筋,框支梁梁端采用抗剪鋼板以提高其抗剪承載力,在框支柱中設(shè)置芯柱以提高其延性和變形能力,并給出了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)具體施工構(gòu)造詳圖,同時(shí)對(duì)施工控制注意事項(xiàng)做了一些規(guī)定。關(guān)鍵詞部分框支-剪力墻結(jié)構(gòu);框支梁;芯柱;抗剪

2、鋼板;施工支撐中圖分類號(hào):TU355文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-848X (201522-0013-05Structural design of the partial frame-supported shear wall structurefor a high-rise commercial building Ding Xin ,Xia Yao ,Zhang Weiyu(Nanjing Kingdom Architecture Design Co,Ltd,Nanjing 210019,China Abstract :Analysis and calculation were carri

3、ed out on a high-rise commercial building using programs of SATWE and MIDASThe complex high-rise partial frame-supported shear wall structure with beam transmission ,which had direct and clear pathways for force conversion ,was introducedThrough the analysis and calculation as well as structural mea

4、sures ,the over-reinforced situation of shear wall above the frame-supported beam was avoidedShear steel plates were used in frame-supported beam ends to improve the shear capacityCore columns were set in the frame-supported column to improve its ductility and deformation capacitySpecific detailed d

5、rawings for construction details were provided for key nodesThe key points needed to be considered in construction control were introducedKeywords :partial frame-supported shear wall structure ;frame-supported beam ;core column ;shear steel plate ;construction support 作者簡(jiǎn)介:丁昕,一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師,高級(jí)工程師,Email :

6、d_dxt126com 。1工程概況某工程位于江蘇省淮安市開(kāi)發(fā)區(qū),建筑效果圖見(jiàn)圖1,為高層商住樓,采用部分框支-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,房屋結(jié)構(gòu)高度91.8m ,地上29層,地下1層。地下1層層高為3.7m ;1 3層為商業(yè),層高依次為5.7,4.5,6.15m ;4 29層為住宅,4層層高為3.25m ,其余標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.9m 。在3層頂采用梁式轉(zhuǎn)換1。剪力墻及柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30 C60,梁、板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30 C50;典型框支柱主要截面為10001000,10001400;落地剪力墻主要墻厚為500,550mm (其中樓電梯間處剪力墻墻厚為200,250mm ,轉(zhuǎn)換層以上三層的主要墻

7、厚為200,250mm ;標(biāo)準(zhǔn)層主要墻厚為200mm ;典型轉(zhuǎn)換梁主要截面為10001400,10001600。嵌固端取地下室頂板。圖2為結(jié)構(gòu)剖面圖。轉(zhuǎn)換層及標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置分別如圖3,4所示。建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。工程抗震設(shè)防類別為丙類,抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)地震分組為第二組,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g 。建筑場(chǎng)地類別為類。基本風(fēng)壓(50年重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)值為0.40kN /m 2(承載力設(shè)計(jì)時(shí)圖1建筑效果圖按基本風(fēng)壓的1.1倍采用,雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.40kN /m 2,地面粗糙度類別為B 類?？拐鸬燃?jí):基建筑結(jié)構(gòu)2015 年圖2 結(jié)構(gòu)剖面圖圖3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

8、平面布置圖圖4標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖礎(chǔ) 5層墻、柱為特一級(jí),梁為一級(jí);6層墻、柱為一級(jí),梁為二級(jí);其余墻、柱、梁均為二級(jí)。2超限情況依據(jù)超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)(建質(zhì)2010190號(hào),本工程存在轉(zhuǎn)換層偏心矩大于0.15以及框支轉(zhuǎn)換的構(gòu)件不連續(xù)兩項(xiàng)不規(guī)則情況,不存在嚴(yán)重不規(guī)則情況,故本工程不屬于超限高層,但屬于復(fù)雜高層。3結(jié)構(gòu)分析采用SATWE,MIDAS軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震彈性反應(yīng)譜分析和彈性動(dòng)力時(shí)程分析以確定結(jié)構(gòu)薄弱層位置,考慮了雙向地震作用,同時(shí)計(jì)算中考慮了扭轉(zhuǎn)耦聯(lián),計(jì)算振型數(shù)取21。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見(jiàn)圖5。 。圖5結(jié)構(gòu)計(jì)算模型(SATWE圖7為X,Y向地震下樓層剪力分布。從圖7可

9、以看出,各地震波計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)基底剪力均大于按反應(yīng)譜法計(jì)算得到的基底剪力的65%,且不大于按反應(yīng)譜法計(jì)算得到的基底剪力的135%,7條地震波計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)基底剪力平均值大于按反應(yīng)譜法計(jì)算得到基底剪力的80%,且不大于按反應(yīng)譜法41第45卷第22期丁昕,等某高層商住樓部分框支-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖6地震波平均譜與規(guī)范譜對(duì)比 圖7X 向和Y 向地震下樓層剪力分布計(jì)算得到基底剪力的120%。所選7條地震波均符合高規(guī)要求。從樓層剪力分布情況上看,結(jié)構(gòu)上部局部樓層按反應(yīng)譜法計(jì)算得到的樓層剪力略小于按時(shí)程分析得到的樓層剪力平均值,說(shuō)明反應(yīng)譜法對(duì)高階振型的影響考慮不夠;結(jié)構(gòu)的基底剪力均大于時(shí)程分析計(jì)算得到的基

10、底剪力平均值,在計(jì)算時(shí)對(duì)上部局部樓層的樓層剪力適當(dāng)放大,基底剪力取時(shí)程分析法計(jì)算得到的基底剪力平均值和按反應(yīng)譜法計(jì)算得到的基底剪力兩者中的較大值3。采用SATWE ,MIDAS 軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震彈性反應(yīng)譜分析,計(jì)算結(jié)果如表1所示。從表1可以結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果表1計(jì)算軟件SATWE MIDAS 周期T 1/s2.4697 2.3426T 2/s 2.1858 2.2032T 3/s 1.8322 1.9207T 3/T 1地震荷載X 向Y 向1/12201/13881/13711/1428風(fēng)荷載X 向Y 向1/40311/21581/45651/2145最大層間位移與平均位移的比值風(fēng)荷載X 向Y 向

11、看出兩種軟件計(jì)算結(jié)果基本吻合,滿足高規(guī)要求。值得注意的是,依據(jù)SATWE 軟件計(jì)算時(shí),由于框支梁上部的豎向墻體都是一段一段分布的,除作為集中豎向構(gòu)件作用于框支梁上外,不能完全像標(biāo)準(zhǔn)框支梁那樣梁墻組成組合構(gòu)件共同作用,也沒(méi)有明顯的內(nèi)力拱出現(xiàn)4。采用SATWE 軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析,并與彈性反應(yīng)譜分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,見(jiàn)表2。由表2可知,彈性反應(yīng)譜分析與彈性時(shí)程分析結(jié)果基本一致。彈性反應(yīng)譜分析與彈性時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果對(duì)比表2計(jì)算方法最大層間位移角基底剪力/kNX 向Y 向X 向Y 向彈性反應(yīng)譜分析1/10341/1180939910793采用SATWE 有限元框支剪力墻計(jì)算配筋分析模塊FEQ

12、進(jìn)行二次補(bǔ)充分析,對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行有限元應(yīng)力分析,以校核設(shè)計(jì)配筋。計(jì)算表明轉(zhuǎn)換層及以上五層應(yīng)力計(jì)算結(jié)果滿足要求。4框支梁上墻體配筋一般情況下,框支梁上二、三層墻體嚴(yán)重超筋,甚至該情況會(huì)延伸至框支梁上四、五層。上部剪力墻連梁和框架梁配筋都會(huì)增大很多。由于本工程在采用SATWE 軟件計(jì)算時(shí),框支梁上部的豎向墻體都是一段一段分布的,除作為集中豎向構(gòu)件作用于51建筑結(jié)構(gòu)2015年框支梁上外,不能完全像標(biāo)準(zhǔn)框支梁那樣梁墻組成組合構(gòu)件共同作用,也沒(méi)有明顯的內(nèi)力拱出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試,避免了框支梁上墻體、連梁、框架梁的超筋現(xiàn)象,調(diào)試是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行的5 。(1在轉(zhuǎn)換層以上,剪力墻盡量布置在結(jié)構(gòu)平面的周邊,盡可

13、能均勻、對(duì)稱布置,避免不規(guī)則偏心帶來(lái)的附加外力。(2在轉(zhuǎn)換層以上,剪力墻盡量全部落在框支梁上,采用大開(kāi)間的長(zhǎng)墻,盡量避免次梁轉(zhuǎn)換。(3避免轉(zhuǎn)換層上下層的混凝土強(qiáng)度等級(jí)改變,本工程轉(zhuǎn)換層以上兩層剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)同轉(zhuǎn)換層的混凝土強(qiáng)度等級(jí),均采用C60;再往上,剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)由兩層C50、四層C45、四層C40過(guò)渡到C30。(4轉(zhuǎn)換層以上五層剪力墻墻體厚度(除樓、電梯間處外增大為250mm 。(5加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層及以上若干層樓板。(6框支梁截面尺寸須足夠大以避免超筋,但須注意與框支柱剛度相匹配。經(jīng)計(jì)算,隨著框支梁截面尺寸的增大,上部結(jié)構(gòu)超筋現(xiàn)象明顯緩解,趨于適筋。本工程框支梁最大跨度為7.6m

14、,最大截面尺寸為10001600。最終轉(zhuǎn)換層上一層的墻體配筋如圖8所示。 注:中A sw 為墻-柱一端 的暗柱實(shí)際配筋總面積,cm 2,如計(jì)算時(shí)不需要配筋,取0且不考慮構(gòu)造鋼筋;A shw 為在水平分布筋間距S wh (程序計(jì)算時(shí)取200mm 范圍內(nèi)的水平分布筋面積,cm 2;H 為分布筋標(biāo)志。圖8轉(zhuǎn)換層上一層墻體配筋圖5構(gòu)造措施為提高框支柱的延性和變形能力,提高轉(zhuǎn)換層的抗震能力,控制框支柱軸壓比在0.5以下,在框支柱中設(shè)置了芯柱6,如圖9所示。圖9框支柱芯柱大樣梁式轉(zhuǎn)換傳力直接、計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單、施工方便、經(jīng)濟(jì)性較好1。但框支梁、框支柱的截面尺寸必須滿足抗彎、抗剪要求,通常截面尺寸能滿足抗彎要求

15、時(shí)抗剪承載力不足,此時(shí)加大框支梁的梁寬是一種選擇,但會(huì)增加結(jié)構(gòu)自重,且為了協(xié)調(diào)框支梁與框支柱的支承寬度,不得不加大框支柱的截面尺寸,這樣不太經(jīng)濟(jì)。為了彌補(bǔ)框支梁抗剪承載力之不足,采用在梁端加設(shè)抗剪鋼板或窄翼緣的工字鋼骨不失為簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)且有效的辦法。本工程根據(jù)框支梁柱計(jì)算結(jié)果,框支梁支座剪力較大,受彎縱筋基本滿足要求,采取了在框支梁支座剪力較大位置加設(shè)鋼板以提高其抗剪承載力,節(jié)點(diǎn)大樣如圖10所示。這樣避免了采用型鋼混凝土梁,和上述采用芯柱方式的框支柱在抗彎承載力和剛度上相匹配。根據(jù)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程果綜合考慮配置箍筋。加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層樓板的板厚取180mm ,雙層雙向配筋,配筋率不小于0.25

16、%,以提高轉(zhuǎn)換層樓板與框支梁共同作用的能力。轉(zhuǎn)換層樓板板面的鋼筋貫穿梁頂截面,并向下錨固,以保證框支梁扭矩在樓板上的有效傳遞。具體構(gòu)造如圖11所示。同時(shí)轉(zhuǎn)換層以上三層樓板也適當(dāng)加強(qiáng),板厚取130mm 。該措施也是協(xié)調(diào)變形保證轉(zhuǎn)換層以上構(gòu)件不超筋的一項(xiàng)措施。在各層的平面凹進(jìn)部位設(shè)置不小于2m 寬的拉結(jié)板帶,板厚取120mm ,雙層雙向配筋,配筋率不小于0.25%。61第45卷第22期丁昕,等某高層商住樓部分框支-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖10框支梁柱節(jié)點(diǎn)大樣 圖11轉(zhuǎn)換層樓板鋼筋在框支梁中的錨固圖6轉(zhuǎn)換層的施工控制嚴(yán)格按國(guó)標(biāo)圖集混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖(現(xiàn)澆混凝土框架、剪力墻、

17、梁、板(11G101-1對(duì)框支轉(zhuǎn)換梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。框支轉(zhuǎn)換梁柱內(nèi)縱筋均采用機(jī)械連接?？蛑еv筋在轉(zhuǎn)換層內(nèi)不宜設(shè)接頭,若需設(shè)置,接頭率應(yīng)25%,且接頭位置離開(kāi)節(jié)點(diǎn)區(qū)500mm ,接頭采用直螺紋機(jī)械連接。必須待基礎(chǔ) 轉(zhuǎn)換層以上五層承重構(gòu)件達(dá)到100%混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行框支轉(zhuǎn)換梁柱支撐拆模,同時(shí)提請(qǐng)施工單位編制“有關(guān)部分框支-剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁柱”的施工組織設(shè)計(jì)或施工技術(shù)方案。7結(jié)論(1通過(guò)結(jié)構(gòu)布置和計(jì)算分析避免了框支梁上剪力墻墻體超筋現(xiàn)象。(2框支柱內(nèi)設(shè)置芯柱以提高框支柱的延性和變形能力。(3框支梁支座剪力較大位置加設(shè)鋼板以提高其抗剪承載力。(4加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層樓板及其以上三層的板厚以增強(qiáng)其協(xié)調(diào)變形能力。(5嚴(yán)格做好轉(zhuǎn)換層的施工控制,如施工支撐的拆模時(shí)間,框支梁柱內(nèi)鋼筋的連接方式、構(gòu)造等。致謝:感謝侯善民總工程師對(duì)工程設(shè)計(jì)提出的寶貴意見(jiàn)以及給予的指導(dǎo)幫助。參考文獻(xiàn)1