建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計新手教程(下)_圖文

1、小高:方案階段首先我解釋幾個概念剪力墻:這里指一般剪力墻,鋼筋混凝土實體墻,其墻肢截面高度與厚度之比大于8的墻體短肢剪力墻:墻肢截面高度與厚度之比大于58的剪力墻異型柱:異形柱結(jié)構(gòu)是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4,相對于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。規(guī)范點:短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長度為厚度的5-8倍剪力墻結(jié)構(gòu),常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。這種結(jié)構(gòu)型式的特點是:結(jié)合建筑平面,利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件,基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾;墻的數(shù)量可多可少,肢長可長可短,主要視抗側(cè)力的需要而定,還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)

2、整剛度中心的位置;能靈活布置,可選擇的方案較多,樓蓋方案簡單;連接各墻的梁,隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi),可隱蔽;根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要,利用中心剪力墻,形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件,較易滿足剛度和強度要求。異形柱結(jié)構(gòu)異形柱結(jié)構(gòu)是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4,相對于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻,常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。這種結(jié)構(gòu)的特點是:由于截面的這種特殊性,使得墻肢平面內(nèi)外兩個方向剛度對比相差較大,導(dǎo)致各向剛度不一致,其各向承載能力也有較大差異;對于長柱(H/h>4可以不考慮剪切變形的影響,控制軸壓比較小時,受力明確,變形

3、能力較好。而對短柱(H/h<4,剪切變形占有相當(dāng)比例,構(gòu)件變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍,且屬薄壁構(gòu)件,即使發(fā)生延性的彎曲形破壞,也因截面曲率M/EI或cu/(cu為砼的極限壓應(yīng)變,為截面受壓區(qū)高度較小,使彎曲變形性能有限,延性較差;異形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面范圍之外,受力時要靠各柱肢交點處核心砼協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力,這種變形協(xié)調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力,而該剪應(yīng)力的存在,使柱肢易先出現(xiàn)裂縫,也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài),它使得異形柱較普通截面柱變形能力低,脆性破壞明顯;特別是異形柱不同于矩形柱,它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況,其延性更差。由國內(nèi)外大量的試

4、驗資料和理論分析2,異形柱的破壞形態(tài)為:彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等,影響其破壞形態(tài)的因素有:荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長比(剪跨比,配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D 的比值等。由于其受力性能的復(fù)雜,設(shè)計中必須通過可靠的計算和必要的構(gòu)造措施來保證其強度和延性。異形鋼筋混凝土柱的計算與繪圖1. 異形柱的應(yīng)用和特點異形鋼筋混凝土截面柱,指的是除矩形、圓形以外的截面形式,如工形、L形、T形、Z形、十字形等截面形式。這種截面形式常用于多層住宅結(jié)構(gòu),由于其符合室內(nèi)布置的要求,且與墻體(這里指填充墻連接良好,而在工程中應(yīng)用越來越多。以前計算異形截面柱,一般是把這類截面簡化,并等效成矩形截面近似計算

5、,這種方法難以計算出異形柱真實的受力和各段配筋。如圖1所示,為一異形柱的實際工程平面,若按簡化方法,則難以定位,如:柱的位置、梁的計算長度、荷載作用等,再加上有十幾層同時簡化,則誤差人為加大,計算結(jié)果可信度太差。圖1. 異形柱結(jié)構(gòu)平面圖異形柱的形式往往與短墻肢相似,異形柱的柱肢長些就可稱為短墻肢,因此很難劃分這兩者的界限,所以在設(shè)計中需要尋求較好的通用方法。2. 異形柱的定位和輸入在PKPM軟件中,異形柱的定位和導(dǎo)荷載由PMCAD模塊完成,其操作過程與鋼結(jié)構(gòu)類似。2.1 異形柱的平面輸入在PMCAD主菜單A的人機交互建模中,對異形柱一般使用第5、6類型截面來定義。第5類截面是槽形或Z形,可通過

6、使其某一肢長為0 定義成L形截面。第6類是+字形截面,除可用來直接定義成+字形截面以外,還可通過使其某一肢長為0 定義成T形截面,使其兩個肢長為0定義成L形截面。在定義截面材料時應(yīng)定義成混凝土。對2、5、6截面類型的定義中應(yīng)注意參數(shù)的形式,如槽形截面的懸臂部分的正負方向問題等。在平面定位時,對2、5、6類截面是以豎向肢的中點來定位的,這在異形柱的布置時要注意。異形柱在輸入時會大量地使用偏心及轉(zhuǎn)角,尤其是轉(zhuǎn)角給輸入帶來不便,這時,可以把截面相同但轉(zhuǎn)角不同的異形柱多定義幾種截面。2.2 異形柱結(jié)構(gòu)的導(dǎo)荷載異形柱結(jié)構(gòu)的導(dǎo)荷與普通梁柱結(jié)構(gòu)的區(qū)別,在于梁的長度。隨著異形柱柱肢的加長,梁的長度變短,荷載對

7、柱的分配就越多,這與剪力墻導(dǎo)荷類似。3. 異形柱的計算和配筋在PKPM軟件中,異形柱的計算和配筋由TA T和SA TWE模塊完成,由于異形柱是一空間受力體系,所以不宜用平面桿系程序計算。3.1 異形柱的計算圖2. 異形柱的局部坐標(biāo)在計算異形柱的剛度時,應(yīng)以其主形心的主軸坐標(biāo)為參考點,即要求出異形柱主形心慣性矩,如圖2所示,與之相連的梁的剛度也均向異形柱主形心迭加。計算時按材料力學(xué)的經(jīng)典公式,求出各種異形截面在主軸的慣性矩和方向角,并建立主軸的單元剛度,與梁元剛度、墻元剛度一起參與結(jié)構(gòu)的整體分析。整體分析后,把異形柱作用于主形心的彎矩、軸力、剪力按照材料力學(xué)公式進一步分解到異形截面上每一關(guān)鍵點的

8、應(yīng)力,如式(1和式(2,通過積分即得每一段柱肢在平面內(nèi)的彎矩、軸力和剪力,柱肢平面外不考慮。然后以每段柱肢為一矩形截面,按照對稱配筋計算配筋。這種方式與多肢剪力墻的方法類似。正應(yīng)力計算公式:(1剪應(yīng)力計算公式:(2式中:A 截面面積JX,JY 截面的X方向慣性矩、Y方向慣性矩X,Y 截面上C點的X,Y座標(biāo)QX,QY 截面主軸剪力;MX,MY 截面主軸彎矩;SX ,SY 截面的X,Y方向靜矩,且在以上整體軸力到柱肢力的分配中,考慮到異形柱截面重疊部分較多(如圖2中陰影部分,TA T和SA TWE軟件中作了如下處理:如圖2所示,水平段為柱肢1,豎向段為柱肢2,在求柱肢1和柱肢2的軸力時,先分別用材

9、料力學(xué)的方法,以公式(1求出各柱肢的軸力N1,N2,并可分為:N1 = N12 + N2aN2 = N13 + N3b由于兩柱肢中N12,N13在同一截面內(nèi),則最終取兩柱肢的軸力分別為:N 1* = N12 + N13 + N2aN 2* = N12 + N13 + N3b3.2異形柱與結(jié)構(gòu)整體剛度的討論圖3. 異形柱結(jié)構(gòu)梁計算長度示意圖當(dāng)用戶輸入異形柱后,如認為與該異形柱相連的梁與其形心相連,如圖3所示,那么在計算此梁時,就以兩端異形柱的形心為準(zhǔn),在計算梁剛度時就會以兩端形心長度為準(zhǔn)L2,這種方式要求對異形柱的定義非常嚴(yán)格,即異形柱柱肢的長度與柱肢的厚度之比不大于4。另外,如異形柱考慮梁的剛

10、域,即按L1來計算梁長剛度,這樣梁的計算長度變短,從而提高了結(jié)構(gòu)的剛度。這種方式可普遍用于各類異形柱結(jié)構(gòu),其計算結(jié)果亦可靠。但是依上所述,異形柱+形心長度的梁,與異形柱+帶剛域的梁,兩者會得到不同的計算結(jié)果。因此在分析中要注意:異形柱的柱肢不應(yīng)過長,其配筋柱肢截面長H4B為好,否則應(yīng)考慮梁的剛域;如認為用異形柱而導(dǎo)致剛度下降,使得地震力減小,應(yīng)適當(dāng)增加地震力,如輸入地震力放大系數(shù)等各種方法。pkpm新天地2005年第四期上提到了關(guān)于異型柱,短肢墻和一般剪力墻的區(qū)分,主要就是h/b的比值區(qū)分的嘛,高規(guī)上有規(guī)定,比值在58的為短肢墻,大于8為一般剪力墻,小于5為異型柱。1.剪力墻設(shè)計的幾個問題關(guān)鍵

11、詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計剪力墻一.剪力墻設(shè)計中的基本概念1.剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小,幾何特征像板,受力形態(tài)接近于柱,而與柱的區(qū)別主要是其長度與厚度的比值,當(dāng)比值小于或等于4時可按柱設(shè)計,當(dāng)墻肢長與肢寬之比略大于4或略小于4時可視為為異形柱,按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計。2.剪力墻結(jié)構(gòu)中,墻是一平面構(gòu)件,它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外,還承擔(dān)豎向壓力;在軸力,彎矩,剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作,其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外,還必須滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求:墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞,因此注意盡量將剪

12、力墻設(shè)計成延性彎曲型。3.實際工程中剪力墻分為整體墻和聯(lián)肢墻:整體墻如一般房屋端的山墻、魚骨式結(jié)構(gòu)片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂,當(dāng)剪力墻墻肢較長時,在力作用下法向應(yīng)力呈線性分布,破壞形態(tài)似偏心受壓柱,配筋應(yīng)盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端;為防止剪切破壞,提高延性應(yīng)將底部截面的組合設(shè)計內(nèi)力適當(dāng)提高或加大配筋率;為避免斜壓破壞墻肢不能過小也不宜過長,以防止截面應(yīng)力相差過大。聯(lián)肢墻是由連梁連接起來的剪力墻,但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多,墻肢單獨作用顯著,連梁中部出現(xiàn)反彎點要注意墻肢軸壓比限值。壁式框架:當(dāng)剪力墻開洞過大時形成寬梁、寬柱組成的短墻肢,構(gòu)件形成兩端帶有剛域的變截面桿件,在內(nèi)

13、力作用下許多墻肢將出現(xiàn)反彎點,墻已類似框架的受力特點,因此計算和構(gòu)造應(yīng)按近似框架結(jié)構(gòu)考慮。綜上所述,設(shè)計剪力墻時,應(yīng)根據(jù)各型墻體的特點,不同的受力特征,墻體內(nèi)力分布狀態(tài)并結(jié)合其破壞形態(tài),合理地考慮設(shè)計配筋和構(gòu)造措施。4.墻的設(shè)計計算是考慮水平和豎向作用下進行結(jié)構(gòu)整體分析,求得內(nèi)力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當(dāng)受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。在剪力墻承載力計算中,對帶翼墻的計算寬度按以下情況取其小值:即剪力墻之間的間距;門窗洞口之間的翼緣寬度;墻肢總高度的1/10;剪力墻厚度加兩側(cè)翼墻厚度各6倍的長度。5.為了保證墻體的穩(wěn)定性及便于施工,使墻有較好的承載

14、力和地震作用下耗散能力,規(guī)范要求一、二級抗震墻時墻的厚度應(yīng)160mm,底部加強區(qū)宜200mm,三、四級抗震等級時應(yīng)140mm,豎向鋼筋應(yīng)盡量配置于約束邊緣。以上所述的剪力墻設(shè)計中的概念問題可能絕大部分設(shè)計人員都懂,但實際應(yīng)用到工程設(shè)計中,施工圖紙表達出來的東西有時則存在很大差別,追究原因,許多是與具體的構(gòu)造處理有關(guān),因此造成墻的截面和配筋差別大不合理。二.剪力墻的邊緣構(gòu)造1.結(jié)構(gòu)試驗表明矩形截面剪力墻的延性比工字形或槽形截面剪力墻差;計算分析表明增加墻肢截面兩端的翼緣能顯著提高墻的延性;因此在矩形墻兩端設(shè)約束邊緣構(gòu)件不但能較顯著地提高墻體的延性,還能防止剪力墻發(fā)生水平剪切滑動提高抗剪能力。從8

15、9規(guī)范開始在剪力墻中提出了暗柱、端柱、翼墻(柱、轉(zhuǎn)角墻(柱,也就是目前規(guī)范中的約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件的抗震措施。2.對規(guī)范的不同理解往往產(chǎn)生了五花八門的設(shè)計。有人將每一軸線的墻理解為一片墻僅在端墻設(shè)暗柱,有人將凡是拐角或洞口邊都設(shè)暗柱,而即使是公開發(fā)表出版的權(quán)威參考書或設(shè)計手冊對暗柱(翼墻柱的截面取值也出現(xiàn)了以下三種不同尺寸,因此造成配筋的差別很大,甚至相同的資料由于出版的時間不同,對規(guī)范的理解也有所不同。3.從2002年開始實施的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范,根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及受力狀況,對剪力墻兩端及洞口兩側(cè)的加強邊緣,按墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強部位要求分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件

16、兩類。4.規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)之間矛盾問題舉例于翼墻(柱的截面取值也沒必要過大;截面過大的暗柱和翼柱往往還容易形成連在一起,造成縱墻豎向配筋增加過多。但轉(zhuǎn)角墻(柱則是剪力墻很重要的部位,必須嚴(yán)格遵守規(guī)范的規(guī)定。三.剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度和配筋問題墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪切破壞,同時起到抵抗溫度應(yīng)力防止砼出現(xiàn)裂縫,設(shè)計中當(dāng)建筑物較高較長或框剪結(jié)構(gòu)時配筋宜適當(dāng)增加,特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當(dāng)增加。但對于矮、短的房屋,其水平筋的配筋率是否適當(dāng)減小值得探討。墻的豎向鋼筋主要起抗彎作用,目前在一些多層低高層剪力墻中電算結(jié)果多為構(gòu)造配筋;但配筋時所取的配筋率有人往往扣

17、除了約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件中的鋼筋,筆者認為豎向最小配筋率應(yīng)該包括邊緣構(gòu)件中的鋼筋,墻肢的豎向配筋原則也應(yīng)該盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區(qū)并保證鋼筋間距300mm,也應(yīng)該注意防止豎筋過多使墻的抗彎強度大于抗剪強度,對抗震不利。四.剪力墻結(jié)構(gòu)的超長問題.剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大,受溫差影響大,混凝土的收縮、徐變產(chǎn)生的變形大,墻體對樓面、屋面產(chǎn)生的約束也大;當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮變形時比其他結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫。一些未超長的剪力墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生墻體或樓面裂縫,其主要原因就在此。.剪力墻結(jié)構(gòu)多用于商品住房和公寓,使用狀況復(fù)雜,一旦私人購買的房子出現(xiàn)裂縫,雖然沒有安全問題,但處理起來問題多,難度大,社會影響大。.混凝土結(jié)構(gòu)受溫

18、度或收縮徐變的影響與眾多因素有關(guān);而體型龐大的剪力墻房屋往往形狀復(fù)雜,混凝土收縮大,約束應(yīng)力積聚也大,施工工藝及管理也難控制,環(huán)境影響使用變化難于判斷,因此更難于解決混凝土收縮變形時,在受約束條件下引起拉應(yīng)力而保證不出現(xiàn)裂縫。.目前混凝土的收縮量不斷增大,已由80年代的一般收縮量300上升到400以上,因此使混凝土用量大的剪力墻產(chǎn)生裂縫的因素在增大。.目前隨著市場形勢的變化,大部分工程要趕工加班,質(zhì)量難保證,為趕工混凝土中水泥用量普遍增大,使混凝土收縮量增大,加上由于混凝土強度的提高,使彈性模量增加將引起更大的約束拉應(yīng)力產(chǎn)生,使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的因素增多。.普遍使用商品混凝土泵送施工,為了泵送,增

19、大水泥用量,減少了中粗骨料含量和骨料粒徑,加上泵送混凝土配合比和施工送料時的不良因素影響等都加大了結(jié)構(gòu)收縮量,增加產(chǎn)生裂縫的因素。綜上所述,今后在處理超長結(jié)構(gòu)時,特別是處理超長的剪力墻結(jié)構(gòu)時要特別慎重;當(dāng)發(fā)生實在由于建筑使用功能要求不允許超長建筑設(shè)永久縫時,建議采用對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力的方法并結(jié)合采用設(shè)計構(gòu)造措施、施工措施共同給予處理高層建筑剪力墻連梁設(shè)計的探討與剪力墻相連的梁稱為連梁。連梁一般具有跨度小,截面大,與連梁相連的墻體剛度又很大等特點。因此,高層建筑在水平力作用下,連梁的內(nèi)力往往很大。設(shè)計時,即使采取了降低連梁內(nèi)力的各種措施,如:加大剪力墻的洞口寬度;在連梁中部開水平縫,在計算內(nèi)力和位

20、移時對連梁剛度進行折減,對局部內(nèi)力過大層的連梁內(nèi)力進行調(diào)整等,仍無法使連梁的截面設(shè)計符合要求。由于設(shè)計規(guī)范對此沒有明確規(guī)定,因此,設(shè)計時感到無所適叢。而設(shè)計、構(gòu)造不當(dāng)將會造成結(jié)構(gòu)在抵抗水平力時的強度、剛度不符合要求,進而影響承受豎向荷載的能力。本文將討論高層建筑剪力墻中連梁設(shè)計的幾個問題,并提出相應(yīng)的建議。對于一端與墻相連,一端與框架柱相連的梁,可以看成是連梁的一個特例。一.聯(lián)肢墻在水平力作用下的破壞機制高層建筑聯(lián)肢墻在水平力作用下的破壞分為脆性破壞(即剪切破壞和延性破壞(即彎曲破壞兩種。聯(lián)肢墻的脆性破壞又可分為兩種情況。一種是脆性破壞發(fā)生于墻肢。墻肢由于抗剪能力不夠而發(fā)生剪切破壞,會使剪力墻

21、很快喪失承載能力。造成結(jié)構(gòu)的突然倒塌。這是設(shè)計所應(yīng)該絕對避免的?？拐鹨?guī)范里規(guī)定了抗震墻截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時抗震墻底部加強部位剪力設(shè)計值的放大系數(shù),就是為了防止剪力墻早于彎曲破壞而發(fā)生剪切破壞。脆性破壞的第二種情況是連梁發(fā)生剪切破壞。連梁發(fā)生剪切破壞會使聯(lián)肢墻各墻肢喪失連梁對墻肢的約束作用。在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時,聯(lián)肢墻的各墻肢將成為單片的獨立墻,這會使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低,墻肢彎矩j 加大。抗震規(guī)范里規(guī)定了連梁截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時連梁端部剪力設(shè)計值的調(diào)整系數(shù),也是為了防止連梁早于彎曲破壞發(fā)生剪切破壞。但是,和第一種墻肢發(fā)生剪切破壞相比,連梁發(fā)生

22、剪切破壞時結(jié)構(gòu)尚未喪失承載能力,在墻肢破壞前,只要所考慮的連梁不承擔(dān)較大的豎向荷載,還不會造成結(jié)構(gòu)的倒塌。剪力墻的延性破壞也可分為兩種情況。一種是連梁不屈服,墻肢首先發(fā)生彎曲破壞,這種墻在破壞時的極限變形較小。因此,對有抗震設(shè)防要求的建筑來說,它雖然是一種延性破壞,但吸收地震能量的能力是較低的。設(shè)計中應(yīng)避免這種情況的發(fā)生。延性破壞的第二種是連梁先屈服,最后是墻肢的屈服。當(dāng)連梁有足夠的延性時,它能通過塑性鉸的變形吸收大量的地震能量。同時,通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力,對墻肢起到一定的約束作用,使聯(lián)肢墻保持足夠的剛度和強度。這是設(shè)計時應(yīng)首先考慮做到的。為了保證聯(lián)肢墻的延性要求,對連梁的延性要求

23、是非常高的。因此,在設(shè)計高層建筑剪力墻時,必須十分注意保證連梁的延性要求。以上主要從抗震的角度分析了聯(lián)肢墻的破壞機制。對于非抗震的情況,水平作用力主要是風(fēng)荷載。風(fēng)荷載是一種實實在在的荷載,不能通過結(jié)構(gòu)的塑性變形來減少風(fēng)荷載。但可以通過結(jié)構(gòu)的塑性變形將荷載分布到其他尚未屈服的構(gòu)件。通過內(nèi)力重分布提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力,避免由于個別構(gòu)件的破壞造成整個結(jié)構(gòu)喪失承載能力。因此,以上關(guān)于聯(lián)肢墻破壞機制的討論在非抗震設(shè)計中是同樣有意義的。2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點摘要:剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點關(guān)鍵詞:剪力墻高層設(shè)計整體規(guī)定A級高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:全部落地剪力墻非抗震、6度、7度、8度、9

24、度抗震時,分別為150、140、120、100、60m部分框支剪力墻非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為130、120、100、80m,9度抗震時不宜采用A級高度甲類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:6度、7度、8度抗震時,將本地區(qū)設(shè)防烈度提高一級后,按乙類、丙類建筑采用9度抗震時,應(yīng)專門研究(說明:房屋高度指室外地面至主要屋面高度,不包括局部突出屋面的電梯機房、水箱、構(gòu)架等高度B級高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:全部落地剪力墻非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為180、170、150、130m部分框支剪力墻非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為150、140、120、10

25、0mB級高度甲類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:6度、7度抗震時,按本地區(qū)設(shè)防烈度提高一級后,按乙類、丙類建筑采用8度抗震時,應(yīng)專門研究結(jié)構(gòu)的最大高寬比:A級高度非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時,分別為6、6、6、5、4B級高度非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為8、7、7、6質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu),應(yīng)計算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響;其他情況,應(yīng)計算單向水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響考慮非承重墻的剛度影響,結(jié)構(gòu)自振周期折減系數(shù)取值0.91.0平面規(guī)則檢查,需滿足:扭轉(zhuǎn):A級高度B級高度、混合結(jié)構(gòu)高層、復(fù)雜高層樓板:有效樓板寬 該層樓板典型寬度的50%開洞面積 該層樓面面積的3

26、0%無較大的樓層錯層凹凸:平面凹進的一側(cè)尺寸 相應(yīng)投影方向總尺寸的30%豎向規(guī)則檢查,需滿足:側(cè)向剛度:除頂層外,局部收進的水平向尺寸 相鄰下一層的25%樓層承載力:A級高度抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力(宜 相鄰上一層的80%薄弱層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力(應(yīng) 相鄰上一層的65%B級高度抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力(應(yīng) 相鄰上一層的75%(說明:樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受剪承載力指在所考慮的水平地震作用方向,該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和豎向連續(xù):豎向抗側(cè)力構(gòu)件(柱、抗震墻、抗震支撐的內(nèi)力不得由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件(梁等向下傳遞水平位移驗算:多遇地震作用下的最大層間位移角罕遇地震作用下的薄弱層層間彈塑性位移角

27、 1/120舒適度要求:高度超過150m的高層建筑,按10年一遇的風(fēng)荷載取值計算的順風(fēng)向與橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點的最大加速度限值為:住宅、公寓0.15 m/s2,辦公、旅館0.25 m/s2伸縮縫1. 最大間距:現(xiàn)澆45m,裝配65m2. 可適當(dāng)放寬最大間距的條件:頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率頂層加強保溫隔熱措施,外墻設(shè)置外保溫層每隔3040m留出后澆帶,帶寬8001000mm,鋼筋采用搭接接頭,后澆帶砼兩個月之后澆灌頂部樓層改用剛度較小的結(jié)構(gòu)形式,或頂部設(shè)局部溫度縫,將結(jié)構(gòu)劃分為長度較短的區(qū)段采用收縮較小的水泥,減少水泥用量,砼中加入適宜的外加劑提高每層樓板的構(gòu)造配

28、筋率,或采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土防震縫1. 最小寬度:按框架結(jié)構(gòu)的50%取用,但不宜小于70mm?？蚣芙Y(jié)構(gòu)防震縫最小寬度規(guī)定為:高度15m的部分,70mm;超過15m的部分,6度、7度、8度、9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m、2m,縫寬加寬20mm2. 縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時,按不利情況確定縫兩側(cè)房屋高度不同時,按較低房屋高度確定3. 縫沿房屋全高設(shè)置,地下室和基礎(chǔ)可不設(shè),但在與上部防震縫對應(yīng)處應(yīng)加強構(gòu)造和連接4. 相鄰結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)存在較大沉降差時,宜加寬防震縫墻體布置宜雙向布置,尤其是抗震時應(yīng)避免單向布置門窗洞口宜上下對齊,成列布置。一、二、三級抗震時,底部加強部位不宜采用錯洞墻,且所有部位不宜采用

29、疊合錯洞墻墻肢長度不宜超過8m,且墻段總高與墻肢高度之比應(yīng)大于2。當(dāng)墻肢較長時宜開設(shè)洞口,各墻段間設(shè)置弱連梁當(dāng)墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時,應(yīng)至少采取以下一種措施:一般剪力墻的底部加強部位高度的取值:(說明:當(dāng)有地下室時,墻肢總高度應(yīng)從地上一層(首層算起,但底部加強部位應(yīng)額外加上地下室的高度截面設(shè)計矩形截面獨立墻肢的長度與厚度之比不宜小于5當(dāng)其比值小于5時其在重力荷載代表值作用下的軸壓比限值,當(dāng)一、二級抗震時,應(yīng)較正常墻肢的相應(yīng)值減0.1,三級抗震時為0.6當(dāng)其比值不大于3時宜按框架柱進行設(shè)計,但縱向鋼筋的最小配筋率不變,且箍筋宜沿全高加密雙肢剪力墻的抗震設(shè)計中,墻肢不宜出現(xiàn)小偏拉,當(dāng)任一

30、墻肢出現(xiàn)大偏拉時,兩墻肢均應(yīng)將彎矩設(shè)計值和剪力設(shè)計值乘以1.25的增大系數(shù)(說明:剪力墻墻肢不同受力狀態(tài)的延性優(yōu)劣小偏拉< 大偏拉< 小偏壓< 大偏壓剪力墻截面設(shè)計的內(nèi)容:平面內(nèi)的斜截面受剪、偏壓或偏拉、平面外軸心受壓在集中荷載作用下,墻內(nèi)宜設(shè)置暗柱,并注明暗柱縱筋的連接方式,無暗柱時應(yīng)進行局部受壓承載力驗算一級抗震時,墻體的水平施工縫處宜進行抗滑移驗算截面厚度一、二級抗震時,底部加強部位其他部位三、四級抗震時,底部加強部位其他部位非抗震時,當(dāng)不能滿足上述要求時,應(yīng)進行墻體的穩(wěn)定計算(高規(guī)附錄D剪力墻井筒中,分隔電梯井或管道井的墻肢截面厚度可適當(dāng)減小,但不宜小于160mm。截

31、面尺寸還應(yīng)符合受剪要求軸壓比限值一般剪力墻底部加強部位三級抗震無規(guī)定、二級抗震0.6、一級(7、8度抗震0.5、一級(9度抗震0.4其他部位無規(guī)定短肢剪力墻各部位統(tǒng)一規(guī)定為三級抗震0.7、二級抗震0.6、一級抗震0.5,一字形墻應(yīng)各降低0.1 砼強度等級C20,帶筒體和短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)C25截面配筋豎向和水平鋼筋不應(yīng)單排設(shè)置:截面厚度hw 400 時,可雙排配筋;400 截面厚度hw 700 時,宜三排配筋;截面厚度hw 700 時,宜四排配筋短肢剪力墻的全部縱向配筋率底部加強部位 1.2%;其他部位 1.0%端部縱筋縱筋搭接長度: laE 和la(抗震和非抗震豎向和水平分布鋼筋一般剪力墻:最

32、小配筋率:一、二、三級抗震時,0.25%;四級和非抗震設(shè)計時,0.20%間距: 300mm;直徑: 8mm,但 墻肢厚度的1/10以下特殊部位的剪力墻的分布鋼筋應(yīng)加強,最小配筋率不應(yīng)小于0.25%,間距不應(yīng)大于200mm房屋頂層剪力墻長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻端開間的縱向剪力墻端山墻水平分布鋼筋搭接搭接接頭間距:同排水平分布筋搭接接頭之間的水平凈距 500mm上、下相鄰水平分布筋搭接接頭之間的垂直凈距 500mm搭接長度: 1.2 laE 和 1.2 la(抗震和非抗震豎向分布鋼筋搭接搭接接頭間距:可在同一高度搭接搭接長度: 1.2 laE 和 1.2 la(抗震和非抗震拉筋間距不應(yīng)

33、大于600mm,直徑不應(yīng)小于6mm(一般取為6600底部加強部位,約束邊緣構(gòu)件以外的拉筋間距應(yīng)適當(dāng)加密(一般取為6400邊緣構(gòu)件約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置范圍:一、二級抗震的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部構(gòu)造邊緣構(gòu)件的設(shè)置范圍:一、二級抗震的剪力墻其他部位的墻肢端部三、四級和非抗震設(shè)計的剪力墻全部部位的墻肢端部一級抗震(9度0.1、一級抗震(8度0.2、二級抗震0.3約束邊緣構(gòu)件剪力墻的約束邊緣構(gòu)件配箍特征值v按下表取用,約束邊緣構(gòu)件的長度lc取下表數(shù)值、1.5 bw和450mm的最大值項目一級(9度一級(7、8度二級v 0.20 0.20 0.20lc(暗柱0.25 hw 0.20 hw 0

34、.20 hwlc(翼墻或端柱0.20 hw 0.15 hw 0.15 hw(說明:,hw為剪力墻墻肢長度翼墻長度不得小于其厚度的3倍,端柱截面邊長不得小于墻厚的2倍,否則視為無翼墻或無端柱豎向鋼筋的配筋范圍不應(yīng)小于圖中陰影面積,一、二級抗震時分別不應(yīng)小于616和614,且分別不應(yīng)小于陰影面積的1.2%和1.0%(一般來說,端部縱筋配置在陰影范圍內(nèi),陰影范圍之外、lc范圍之內(nèi)部分的縱筋按豎向分布鋼筋配置v要求的箍筋范圍為圖中陰影所示,箍筋直徑不應(yīng)小于8mm,一、二級抗震時,箍筋間距分別不應(yīng)大于100mm和150mm構(gòu)造邊緣構(gòu)件剪力墻的構(gòu)造邊緣構(gòu)件構(gòu)造邊緣構(gòu)件的范圍見上圖,最小配筋率應(yīng)符合下表規(guī)定

35、底部加強部位其他部位抗震等級縱向鋼筋最小用量(取較大值箍筋縱向鋼筋最小用量(取較大值箍筋最小直徑(mm最大間距(mm最小直徑(mm最大間距(mm一級 0.008Ac,614 8 150二級 0.006Ac,612 8 200三級0.005Ac,412 6 150 0.004Ac,412 6 200四級0.005Ac,412 6 200 0.004Ac,412 6 250箍筋的無支長度不應(yīng)大于300mm,拉筋水平間距不應(yīng)大于縱筋的2倍(當(dāng)拉筋隔一拉一時,縱筋間距150mm;當(dāng)每道縱筋均設(shè)拉筋時,縱筋間距一般均可滿足要求300mm當(dāng)墻端部為端柱時,端柱的縱筋和箍筋宜按框架柱的構(gòu)造要求配置連梁跨高比

36、大于5時,按框架梁設(shè)計樓面主梁不宜支承在連梁上連梁可作剛度折減,折減系數(shù)不低于0.5連梁應(yīng)進行斜截面抗剪承載力計算,當(dāng)連梁截面尺寸不滿足抗剪要求(超筋時,可如下處理1. 減小連梁截面高度2. 可對連梁進行內(nèi)力調(diào)幅,以降低剪力設(shè)計值。此法應(yīng)盡量避免,且調(diào)幅范圍應(yīng)當(dāng)限值,因為連梁已經(jīng)進行了剛度折減3. 當(dāng)連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時,可考慮在大震作用下該連梁不參與工作,按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下的內(nèi)力分析,墻肢按兩次計算所得的較大內(nèi)力進行配筋設(shè)計縱筋設(shè)置:1. 規(guī)范未規(guī)定縱筋的最小配筋率,可參照同一級框架梁的要求,但縱筋在保證受彎承載力的前提下,應(yīng)越小越好,以使連梁在地震作用下盡早屈

37、服、耗散能量,形成抗震的第一道防線箍筋設(shè)置:1. 抗震設(shè)計時,連梁箍筋沿全長的構(gòu)造按框架梁端加密區(qū)箍筋的構(gòu)造要求采用3. 頂層連梁的縱向鋼筋錨固范圍內(nèi),應(yīng)設(shè)置箍筋(抗震規(guī)范6.4.11,箍筋直徑與該連梁的箍筋相同,但間距不宜大于150mm腰筋設(shè)置:1. 連梁范圍內(nèi),墻體的水平分布筋應(yīng)作為連梁的腰筋拉通連續(xù)配置(一般情況下,連梁腰筋即為墻體水平分布筋2. 連梁截面高度大于700mm時,兩側(cè)腰筋的直徑不小于10mm,間距不應(yīng)大于200mm3. 連梁跨高比不大于2.5時,兩側(cè)腰筋的面積配筋率不應(yīng)小于0.3%4. 腰筋置于連梁箍筋的外側(cè)(00G101開洞、錯洞當(dāng)剪力墻面開有各邊長小于800mm的非連續(xù)

38、小洞口,且整體計算中不考慮其影響時,洞口四周可不另設(shè)加強鋼筋,應(yīng)將被洞口截斷的墻內(nèi)分布鋼筋分別集中配置在洞口四邊,且鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm剪力墻面內(nèi)邊長小于300mm的洞口要按要求預(yù)留穿過連梁的管道宜預(yù)埋套管,洞口上下的有效高度 ,且洞口處宜補強鋼筋,單側(cè)補強214連梁被洞口削弱的截面應(yīng)進行承載力驗算樓板開大洞削弱后,如下措施予以加強:1. 加厚洞口附近樓板,提高樓板配筋率,雙層雙向布筋,加配斜向鋼筋2. 洞口邊緣設(shè)邊梁、暗梁3. 樓板洞口角部配置斜向鋼筋短肢剪力墻特殊規(guī)定定義:墻肢截面高度與厚度之比為58截面厚度不小于200mm最大適用高度應(yīng)比一般剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當(dāng)降低,且不應(yīng)大于10

39、0m(7度抗震和60m(8度抗震短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜大于總力矩的50%抗震等級應(yīng)比一般剪力墻提高一級采用7、8度抗震時,宜設(shè)置翼緣,且一字形短肢墻平面外不宜布置與之單側(cè)相交的樓面梁不應(yīng)適用于B級高度和9度抗震的A級高度樓蓋高度超過50m時,宜采用現(xiàn)澆樓蓋現(xiàn)澆樓蓋砼強度宜在C20C40之間,板厚可按跨度的1/351/45采用施工圖繪制地上和地下部分,剪力墻的水平分布筋均在豎向分布筋之外側(cè)洞口錯開時,宜將連梁錨入暗柱內(nèi),形成暗框架設(shè)計說明:1. 剪力墻的底部加強區(qū)的范圍2. 剪力墻的拉筋為6600,底部加強區(qū)為64003. 轉(zhuǎn)角窗(陽臺的窗下填充墻,在轉(zhuǎn)角處設(shè)置構(gòu)造柱,并增

40、設(shè)水平配筋腰帶與兩側(cè)剪力墻端連接,構(gòu)造柱配筋按框架柱構(gòu)造要求他山之石應(yīng)避免將大梁穿過較大房間,住宅中嚴(yán)禁梁穿房間設(shè)有轉(zhuǎn)角窗(陽臺的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)不宜再設(shè)置躍層單元B級高度和9級抗震的A級高度的高層建筑在角部剪力墻體上開設(shè)轉(zhuǎn)角窗(陽臺應(yīng)慎重,需進行專門研究非抗震設(shè)計和7、8、9度抗震設(shè)計的A級高度的高層建筑,在設(shè)置轉(zhuǎn)角窗(陽臺時,宜如下處理1. 轉(zhuǎn)角處沿窗線設(shè)置挑梁并相交2. 靠窗邊的墻端暗柱配筋加強,尤其是箍筋加強,必要時暗柱可按約束邊緣構(gòu)件配筋,或在建筑允許的情況下,靠窗邊的墻端設(shè)端(壁柱3. 板內(nèi)設(shè)斜向暗梁(或直接設(shè)斜向拉結(jié)筋,以連接窗邊兩墻體,或在建筑允許的情況下,直接設(shè)斜向連梁4.

41、 將該房間的樓板加厚,雙向雙層配筋加強5. 轉(zhuǎn)角窗窗下墻體設(shè)置構(gòu)造柱,并增設(shè)水平配筋腰帶與兩側(cè)構(gòu)造柱連接6. 窗邊兩道墻體應(yīng)盡量避免一字形墻、短肢墻,并控制軸壓比長寬比小于2的連梁的受剪承載力較低,宜避免采用說明:除“他山之石”外,未注明之規(guī)定,均出自于高規(guī)3.異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個問題摘要:對異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些問題,如計算方法、異形柱受力性能及其軸壓比控制、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的設(shè)置高度及框支柱等進行探討,提出建議,供結(jié)構(gòu)設(shè)計人員參考關(guān)鍵詞:異形柱短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)代住宅建筑要求大開間,平面及房間布置靈活、方便,室內(nèi)不出現(xiàn)柱楞、不露梁等。異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

42、能較好地滿足現(xiàn)代住宅建筑的要求,因而逐漸得到了推廣應(yīng)用。目前,現(xiàn)行國家規(guī)范或規(guī)程中尚未給出有關(guān)異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的條款,因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計中常會遇到一些規(guī)范或規(guī)程尚未論及的問題,需要設(shè)計人員積累經(jīng)驗,利用正確的概念進行設(shè)計。本文旨在對異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些問題進行探討,提出個人看法,供結(jié)構(gòu)設(shè)計人員參考。1 異形柱結(jié)構(gòu)型式及其計算異形柱結(jié)構(gòu)型式有異形柱框架結(jié)構(gòu)、異形柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)和異形柱框架核心筒結(jié)構(gòu)。異形柱結(jié)構(gòu)自身的特點決定了其受力性能、抗震性能與矩形柱結(jié)構(gòu)不同。由于異形柱截面不對稱,在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。因此,對異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按

43、空間體系考慮,宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計算程序進行內(nèi)力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同,所以計算時不應(yīng)將異形柱按剪力墻建模計算。當(dāng)采用不具有異形柱單元的空間分析程序(如TBSA5.0計算異形柱結(jié)構(gòu)時,可按薄壁桿件模型進行內(nèi)力分析。對異形柱框架結(jié)構(gòu),一般宜按剛度等效折算成普通框架進行內(nèi)力與位移分析。當(dāng)剛度相等時,矩形柱比異形柱的截面面積大。一般,比值(A矩/A異約在1.10-1.30之間1。因此,用矩形柱替換后計算出的軸壓比數(shù)值不能直接應(yīng)用于異形柱,建議用比值(A矩/A異對軸壓比計算值加以放大后再用于異形柱。對有剪力墻(或核心筒的異形柱結(jié)構(gòu),由于異形柱分擔(dān)的水平剪力很小,由此產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力

44、基本可以忽略,為簡化計算,可按面積等效或剛度等效折算成普通框架剪力墻(或核心筒結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況,且面積等效計算更為簡便。但應(yīng)注意,按面積等效計算時,須同時滿足下面兩式:(1A矩=A異;(2b/h=(Ix異/Iy異1/2式中,A矩、A異分別為矩形柱和異形柱的截面面積;b、h分別為矩形截面的寬和高;Ix異、Iy異分別為異形柱截面x、y向的主形心慣性矩。一般,按面積等效計算時,矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對有剪力墻(或核心筒的異形柱結(jié)構(gòu),計算分析表明2,按面積等效與按剛度等效的計算結(jié)果是接近的。異形柱的截面設(shè)計,可根據(jù)上述方法得出的內(nèi)力,采用適合異形柱截

45、面受力特性的截面計算方法進行配筋計算。2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及其計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計算模型、配筋方式和構(gòu)造要求均同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)。在TA T、TBSA中,只需按剪力墻輸入即可,而且TA T、TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TA T、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型,其中梁、柱為普通空間桿件,每端有6個自由度,墻視為薄壁桿件,每端有7個自由度(多一個截面翹曲角,即扭轉(zhuǎn)角沿縱軸的導(dǎo)數(shù),考慮了墻單元非平面變形的影響,按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣,引入樓板平面內(nèi)剛度無限大假定減少部分未知量之后求解,它適用于各種平面布置,未知量少,精

46、度較高。但是,薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜(如有轉(zhuǎn)換層時,也存在一些不足,主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響,當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時變形不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于肢長較短(一般為墻厚的5-8倍,本身較高細,更接近于桿件性能,所以,用TA T、TBSA計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力,精度較高。對設(shè)有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu),一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地,其于剪力墻框支?？蛑Ъ袅κ鞘芰γ嫦蚴芰c過渡,由于薄壁桿件的連接處是點連接,所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的正確傳遞。因此,帶有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先采用墻元模型軟件(

47、如SA TWE進行計算。當(dāng)然,從整體上的內(nèi)力(特別是下部支承柱的內(nèi)力分布情況來看,如果將剪力墻加以適當(dāng)?shù)奶幚?還是可以用TA T、TBSA對結(jié)構(gòu)進行整體計算的3。3 異形柱的受力性能及其軸壓比控制天津大學(xué)的試驗研究結(jié)果表明4:異形柱的延性比普通矩形柱的差。軸壓比、高長比(即柱凈高與截面肢長之比是影響異形柱破壞形態(tài)及延性的兩個重要因素。異形柱由于多肢的存在,其剪力中心與截面形心往往不重合,在受力狀態(tài)下,各肢產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力。由于剪應(yīng)力,使柱肢混凝土先于普通矩形柱出現(xiàn)裂縫,即產(chǎn)生腹剪裂縫,導(dǎo)致異形柱脆性明顯,使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。短柱在壓剪作用下往往發(fā)生脆性的剪切破壞,設(shè)計中應(yīng)

48、盡量避免出現(xiàn)短柱。根據(jù)高長比不宜小于4,在梁高為600mm的前提下,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.0m時,異形柱的最大肢長可為600mm;底層層高為4.2m 時,肢長可為900mm。4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的設(shè)置高度及框支柱在現(xiàn)代高層住宅的地下室和下部幾層,由于停車和商業(yè)用房需較大空間,就得通過轉(zhuǎn)換層來實現(xiàn)。在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,一般都只將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地,其于剪力墻框支。據(jù)研究表明5,“框支剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時,轉(zhuǎn)換層附近層間位移角及內(nèi)力分布急劇突變,內(nèi)力的傳遞僅靠轉(zhuǎn)換層一層樓板的間接傳力途徑很難實現(xiàn);轉(zhuǎn)換層下部的框支結(jié)構(gòu)易于開裂和屈服,轉(zhuǎn)換層上部幾層墻體易于破壞。這種

49、結(jié)構(gòu)體系不利于抗震。高烈度區(qū)(9度及9度以上不應(yīng)采用;8度區(qū)可以采用,但應(yīng)限制轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度,可考慮不宜超過3層;7度區(qū)可適當(dāng)放寬限制。”因此,建議在6度抗震設(shè)防區(qū),短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度不宜超過5層,避免高位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換層上下的層剛度比宜接近1,不宜超過2。轉(zhuǎn)換層位置較高時,宜同時控制轉(zhuǎn)換層下部“框支”結(jié)構(gòu)的等效剛度(即考慮彎曲剪切和軸向變形的綜合剛度,使EgJg與EcJc接近。EgJg為剪力墻結(jié)構(gòu)的等效剛度,剪力墻結(jié)構(gòu)高度取框支層的總高度,其平面和層高與轉(zhuǎn)換層上部的剪力墻結(jié)構(gòu)相同;EcJc為轉(zhuǎn)換層下部“框支”結(jié)構(gòu)的等效剛度。研究表明5,“控制轉(zhuǎn)換層下部框支結(jié)構(gòu)的等效剛度對于減少轉(zhuǎn)換層

50、附近的層間位移角和內(nèi)力突變是十分必要的,效果也很顯著?！币?guī)范對框支柱的內(nèi)力、軸壓比、配筋等的要求都嚴(yán)于普通柱?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時,如何定義框支柱,涉及到安全與經(jīng)濟的問題。根據(jù)圣維南原理,局部處理的影響只限于局部范圍,所以當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高(如高位轉(zhuǎn)換時,除轉(zhuǎn)換層附近樓層的內(nèi)力較復(fù)雜外,下面的結(jié)構(gòu)受到的影響很小,應(yīng)與普通框架結(jié)構(gòu)基本一樣,不必按框支柱處理。文獻6計算了兩個28層的結(jié)構(gòu),一為內(nèi)筒外框架結(jié)構(gòu),一為內(nèi)筒外框支結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層設(shè)在18層。計算結(jié)果表明,轉(zhuǎn)換層下二層的內(nèi)力影響很大,下三層的內(nèi)力誤差最大為15%,下五層的內(nèi)力已比較接近(最大誤差小于10%,下八層的內(nèi)力已基本一樣(最大

51、誤差小于5%。這說明框支柱只需在五層范圍內(nèi)加以考慮,其它層的柱子按普通框架柱處理即可。因此,建議當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置不超過五層時,轉(zhuǎn)換層下的各層柱均按框支柱處理;當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置超過五層時,轉(zhuǎn)換層下相鄰的五層柱按框支柱處理,而其它層的柱按普通框架柱處理。由于高位轉(zhuǎn)換對抗震不利,所以結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡量避免高位轉(zhuǎn)換。5 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計振動臺模擬地震試驗結(jié)果表明7,建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、底部外圍的小墻肢、連梁等是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng),建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂;在地震作用下,高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主,底部外圍的小墻肢,截面面積小且承受

52、較大的豎向荷載,破壞嚴(yán)重,尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴(yán)重;在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,由于墻肢剛度相對減小,使連梁受剪破壞的可能性增加。因此,在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中,對這些薄弱環(huán)節(jié),更應(yīng)加強概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施。例如,短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻,使其剛度中心和建筑物質(zhì)心盡量接近,以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng);適當(dāng)增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度(宜取250mm,對底部外圍的小墻肢根據(jù)需要可取用300mm,加強墻肢端部的暗柱配筋,嚴(yán)格控制墻肢截面的軸壓比不超過0.6,以提高墻肢的承載力和延性;高層結(jié)構(gòu)中連梁是一個耗能構(gòu)件,連梁的剪切破壞會使結(jié)構(gòu)的延性降低,對抗震不利,設(shè)計時應(yīng)注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗

53、算,保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞;短肢剪力墻宜在兩個方向均有梁與之拉結(jié),連梁宜布置在各肢的平面內(nèi),避免采用“一”字形墻肢;短肢剪力墻底部加強部位的配筋應(yīng)符合規(guī)范要求;等。4.高層建筑短肢剪力墻與異形柱結(jié)構(gòu)受力分析與設(shè)計探討摘要:在眾多短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與異形柱框架的試驗資料與工程實踐基礎(chǔ)上,論述了這兩種結(jié)構(gòu)形式的受力特點,并分析了各自的結(jié)構(gòu)計算、構(gòu)造的相關(guān)問題。關(guān)鍵詞:高層剪力墻異形柱隨著人們對住宅,特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高,原來普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是在原有剪力墻的基礎(chǔ)上,吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,逐步發(fā)展形

54、成了能適應(yīng)人們新的住宅觀念的高層住宅結(jié)構(gòu)型式,即“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“異形柱框架結(jié)構(gòu)”型式。這兩種新的結(jié)構(gòu)由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點,受到了建筑師的肯定,更得到了住戶與房開商的歡迎,為此,本文對這兩種新的高層住宅結(jié)構(gòu)型式的受力特點、結(jié)構(gòu)分析及構(gòu)造要求進行闡述。1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長度為厚度的5-8倍剪力墻結(jié)構(gòu),常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。這種結(jié)構(gòu)型式的特點是:結(jié)合建筑平面,利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件,基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾;墻的數(shù)量可多可少,肢長可長可短,主要視抗側(cè)力的需要而定,還可通過不同

55、的尺寸和布置來調(diào)整剛度中心的位置;能靈活布置,可選擇的方案較多,樓蓋方案簡單;連接各墻的梁,隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi),可隱蔽;根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要,利用中心剪力墻,形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件,較易滿足剛度和強度要求。對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算,因其是剪力墻大開口而成,所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同,可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法,前者如建研院的TBSA、TA T,廣東省建筑設(shè)計院的廣廈CAD的SS模塊,后者如建研院的TBSSAP、SA TWE,清華大學(xué)的TUS,廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況,精度較高。雖然三維桿系-

56、簿壁柱空間分析程序使用較早、應(yīng)用較廣,但對墻肢較長的短肢剪力墻,應(yīng)該用空間桿-墻組元程序進行校核。在進行以上分析后,按高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范進行截面與構(gòu)造設(shè)計,相對于異形柱結(jié)構(gòu),短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的理論與實踐較為成熟,但這種結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中仍然有需要引起重視的方面。(1由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對較小,設(shè)計時宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻,或利用電梯,樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒,以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形,同時也形成兩道抗震設(shè)防;(2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢,當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時,會加劇已有的翹曲變形,使其墻肢首先開裂,應(yīng)加強其抗震構(gòu)造措施,如減小軸壓比,增大縱筋和箍筋的配筋率;(3高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下,顯現(xiàn)整體彎曲變形為主,底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉(zhuǎn)剪力,由一些模型試驗反映出外周邊墻肢開裂,因而對外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量,加強小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應(yīng)在兩個方向上均有連接,避免形成孤立的“一”字形墻肢;(4各墻肢分布要盡量均勻,使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近,必要時用長肢墻來調(diào)整剛度中心;(5高層結(jié)構(gòu)中的連梁是一個耗能構(gòu)件,在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,墻肢剛度相對減小,連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁