底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些問題及探討

1、關(guān)于底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些問題的探討底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)也稱為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，規(guī)范對(duì)該結(jié)構(gòu)有專門的規(guī)定，具體參見JGJ3-2002.10.2節(jié)。本人結(jié)合所做的項(xiàng)目對(duì)在底部大空間剪力墻設(shè)計(jì)中遇到的問題作如下一些探討。關(guān)于轉(zhuǎn)換層上一層位于轉(zhuǎn)換梁上的墻體軸壓比和墻配筋超限的問題轉(zhuǎn)換層上一層墻體軸壓比超限是一個(gè)比較普遍的問題，按照常規(guī)做法，我們會(huì)把超限的墻體加厚或把墻體適當(dāng)加長，這樣固然可以減小軸壓比，但如果加厚和加長的墻體比較多時(shí)會(huì)帶來另外一個(gè)不利情況：把轉(zhuǎn)換層上一層的側(cè)向剛度加大了。由于底部大空間的層高一般較高以及部分剪力墻不落地改為框支，故轉(zhuǎn)換層的側(cè)向剛度一般都比上一層的要弱，所以規(guī)

2、范JGJ3-2002附錄E對(duì)轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度有明確的規(guī)定。其目的主要是保證轉(zhuǎn)換層下部有適宜的側(cè)向剛度、強(qiáng)度、延性和抗震性能。應(yīng)盡量強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層下部主體側(cè)向剛度，弱化轉(zhuǎn)換層上部主體側(cè)向剛度，使轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比及變形特征盡量接近。提高轉(zhuǎn)換層上部的側(cè)向剛度無疑對(duì)調(diào)整上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比等計(jì)算參數(shù)或是結(jié)構(gòu)造價(jià)方面都有不利影響。首先，我們應(yīng)對(duì)它超限的原因進(jìn)行分析，我以正在做的水上樂園地塊改造項(xiàng)目作為例子，該工程地下一層，地上28層，四層裙房，轉(zhuǎn)換層設(shè)在裙房頂層(結(jié)構(gòu)層第五層)，屬于高位轉(zhuǎn)換，我摘取試算過程中其中一片墻的墻底內(nèi)力設(shè)計(jì)值作為例子.截面參數(shù) (m) B*H = 0.300*1.1

3、50墻分布筋間距 (mm) SW = 200.0混凝土強(qiáng)度等級(jí) RC = 45.0主筋強(qiáng)度 (N/mm2) FYI = 360.0分布筋強(qiáng)度 (N/mm2) FYJ = 360.0抗震等級(jí) NF = 1地震烈度 七度軸壓比限值 =N/fcA0.5 (加強(qiáng)部位)轉(zhuǎn)換層以上一層Z6（第六結(jié)構(gòu)層） 計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)彎矩 (kNm) CM = -1872.7 計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)軸力 （kN） CMN = -4875.6 計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)剪力 （kN） CV = -805.8 計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)軸力 （kN） CVN = -4375.9轉(zhuǎn)換層以上二層Z7（第七結(jié)構(gòu)層）計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)彎矩 (kNm) C

4、M = -165.0計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)軸力（kN） CMN = -3677.2計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)剪力（kN） CV = -327.2計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)軸力（kN） CVN = -3818.1轉(zhuǎn)換層以上三層Z8（第八結(jié)構(gòu)層） 計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)彎矩(kNm) CM = -508.4 計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)軸力（kN） CMN = -1254.7 計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)剪力（kN） CV = -345.3 計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)軸力（kN） CVN = -3362.0該段墻在Z6層處軸壓比為0.51,超限。由上可以看出，帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑在轉(zhuǎn)換層上層剪力分配的確存在著很大的突變，Z6層的設(shè)計(jì)剪力是Z7或Z8層的好幾

5、倍。但同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)軸力的變化不合常理，Z6,Z7的軸力都比較大，但是到了Z8層卻突然變小了3倍多。再摘取另外一片墻體的內(nèi)力作比較，該片墻為落地剪力墻，在Z6層處軸壓比也超限。墻分布筋間距 (mm) SW = 200.0混凝土強(qiáng)度等級(jí) RC = 45.0主筋強(qiáng)度 (N/mm2) FYI = 360.0分布筋強(qiáng)度 (N/mm2) FYJ = 360.0抗震等級(jí) NF = 1Z6層（第六結(jié)構(gòu)層）計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)彎矩(kNm) CM = 96.7計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)軸力（kN） CMN = -13480.5計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)剪力（kN） CV = 178.9計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)軸力（kN） CVN = -

6、13480.5Z7層（第七結(jié)構(gòu)層）計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)彎矩(kNm) CM = -117.7 計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)軸力 （kN） CMN = -13097.2 計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)剪力 （kN） CV = 6.4計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)軸力 （kN） CVN = -13097.2Z8層（第七結(jié)構(gòu)層）計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)彎矩(kNm) CM = -80.9 計(jì)算Asw的設(shè)計(jì)軸力 （kN） CMN = -12486.3 計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)剪力 （kN） CV = -27.2計(jì)算Aswh的設(shè)計(jì)軸力 （kN） CVN = -12486.3該片落地剪力墻盡管在Z6層處軸壓比也超限，但它的設(shè)計(jì)軸力變化還是線性的，應(yīng)該說比較合

7、理。但為什么轉(zhuǎn)換梁上的剪力墻軸力會(huì)有這么大的變化呢，會(huì)不會(huì)是程序上的問題呢？于是查閱了一些資料和一些結(jié)構(gòu)論壇，對(duì)這種情況主要由以下兩種觀點(diǎn)：一是認(rèn)為主要是由于轉(zhuǎn)換梁的豎向變形及梁墻的變形協(xié)調(diào)，加上以上樓層水平方向約束共同作用產(chǎn)生，主要是豎向荷載而非水平作用引起；二是認(rèn)為僅僅是轉(zhuǎn)換梁與剪力墻交接處因轉(zhuǎn)換梁的受彎撓度而引起軟件中的某部分計(jì)算單元產(chǎn)生奇異。不管是哪種觀點(diǎn)，最后都可以認(rèn)為轉(zhuǎn)換梁的剛度對(duì)結(jié)果是有影響的。鑒于此種原因，用手工對(duì)軸壓比進(jìn)行了復(fù)核：查出墻底恒載作用下和活載滿布下的內(nèi)力，分別乘以1.2和0.5的系數(shù)，按N/fc*A復(fù)核。同時(shí)適當(dāng)加強(qiáng)了轉(zhuǎn)換梁的剛度,并使轉(zhuǎn)換層的剛度也得以加強(qiáng)，這樣

8、更有益于轉(zhuǎn)換層上下剛度比的調(diào)整。在最近的pkpm新天地咨詢臺(tái)有過對(duì)類似問題的回答：新版本增加了一項(xiàng)托梁剛度放大系數(shù)，把這個(gè)系數(shù)調(diào)成100，是專門解決轉(zhuǎn)換層上剪力墻超筋而提出的做法。但是個(gè)人認(rèn)為是否可以提高到100，還得設(shè)計(jì)者自己斟酌。轉(zhuǎn)換層定義彈性板的問題對(duì)于框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換梁不僅會(huì)產(chǎn)生彎矩和剪力，而且還會(huì)產(chǎn)生較大的軸力，這個(gè)軸力不能忽略。在SATWE軟件中，只有定義彈性樓板才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)換梁的軸力。因此，對(duì)于框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，必須整層定義彈性樓板。那么我們?cè)谟?jì)算中用到的四種計(jì)算模式：剛性板假定；彈性板6假定；彈性膜假定；彈性板3假定到底有什么意義，它們的適用范圍又是怎樣的呢，本人查閱了相關(guān)資料，總

9、結(jié)如下： 1.剛性板假定 假定樓板平面內(nèi)無限剛，不計(jì)平面外剛度。 1）梁剛度放大系數(shù)的應(yīng)用 高規(guī)第5.2.2條規(guī)定：在結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算中，現(xiàn)澆樓面和裝配整體式樓面中梁的剛度可考慮翼緣的作用予以放大。樓面梁剛度增大系數(shù)可根據(jù)翼緣情況取1.32.0。對(duì)于無現(xiàn)澆面層的裝配式結(jié)構(gòu)，可不考慮樓面翼緣的作用。 2）適用范圍：樓板形狀比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)。 2.彈性板6假定 1)樓板的平面內(nèi)剛度和平面外剛度均為有限剛。 2)適用范圍：板柱體系或板柱剪力墻結(jié)構(gòu)。 3.彈性膜假定 1)采用平面應(yīng)力膜單元真實(shí)地反映樓板的平面內(nèi)剛度，同時(shí)不計(jì)平面外剛度。 2)適用范圍：廣泛應(yīng)用于樓板厚度不大的彈性板結(jié)構(gòu)中，比如體育場館等空曠結(jié)構(gòu)、樓板局部大開洞結(jié)構(gòu)、樓板平面布置時(shí)產(chǎn)生的狹長板帶（如圖1（C）所示，圖略）、框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換層樓板、多塔聯(lián)體結(jié)構(gòu)中的弱連接板（如圖3所示，圖略）等結(jié)構(gòu)。 4.彈性板3假定 1)樓板平面內(nèi)剛度無限大，平面外剛度為有限剛。程序采用中厚板彎曲殼元來計(jì)算樓板平面外剛度。 2)適用范圍：厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和板厚比較大的板柱體系或板柱抗震墻體系。 3)注意事項(xiàng)： (1)要在PMCAD軟件的人機(jī)交互式建模中輸入100mm100mm的虛粱。虛梁在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是一