較多短肢剪力墻的研究及應(yīng)用.課件

1、小高層建筑較多短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系判定條件的研究 07級(jí)研究生 劉晨 導(dǎo)師：徐 虎 教授 2008.12.20The analysis of the conditions for structural system determination of short-pier shear walls structural system1.選題的目的和意義2.現(xiàn)有規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)3.研究?jī)?nèi)容及研究需要突破的難點(diǎn)4.研究方案及技術(shù)路線5. 研究特色及創(chuàng)新之處6.預(yù)期結(jié)果一、選題的目的和意義近年來，隨著國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，小高層住宅（一般為1315層）越來越受到開發(fā)商和住戶的青睞。人們對(duì)住宅平面與空間要求

2、也越來越多，越來越高。小高層住宅若采用框架結(jié)構(gòu)，往往因柱楞突出隔墻，妨礙美觀，影響使用效果。若采用一般剪力墻結(jié)構(gòu)，解決了外凸問題，但對(duì)于底部有停車場(chǎng)、大型超市等公共設(shè)施的情況，就容易產(chǎn)生矛盾，無法滿足建筑使用功能。并且，對(duì)于房屋高度不算太大的小高層建筑，采用剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)造成剛度過大，重量增加，導(dǎo)致地震反應(yīng)過強(qiáng)，使得上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價(jià)提高。為了避免上述缺陷，以一般剪力墻為基礎(chǔ)，吸取框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)剛度調(diào)整到適宜，由此形成了一種結(jié)構(gòu)體系短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。“短肢”剪力墻仍屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系，只不過是采用較短的剪力墻肢（短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為58的剪力墻），而且通常采用T形、L

3、形 、形、 +形等。 短肢剪力墻抗震性能較差，在地震區(qū)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)不多，為安全起見，高規(guī)7.1.2條規(guī)定：高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)，并應(yīng)符合下列8條規(guī)定:5. 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，除底部加強(qiáng)部位應(yīng)按高規(guī)第7.2.10條的公式調(diào)整剪力設(shè)計(jì)值外，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值也應(yīng)調(diào)整，一、二級(jí)抗震等級(jí)應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2；6. 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%；7. 短肢剪力墻截面厚度不應(yīng)小于200m

4、m；8. 7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻宜設(shè)置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側(cè)相交的樓面梁。高規(guī)里說明了剪力墻結(jié)構(gòu)不允許為全部短肢剪力墻，并且也規(guī)定了短肢剪力墻較多時(shí)，結(jié)構(gòu)各部分需要加強(qiáng)或放大的要求。 但是，如何判斷和界定短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，規(guī)范里沒有明確說明。如何正確判定一個(gè)結(jié)構(gòu)體系是否屬于短肢剪力墻較多的結(jié)構(gòu)體系，直接影響整個(gè)工程的設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)工程的造價(jià)、工期產(chǎn)生直接影響，因此，科學(xué)合理的確定短肢剪力墻較多結(jié)構(gòu)體系的判定條件，是目前普遍關(guān)心和急需解決的問題。二、現(xiàn)有規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料判定較多短肢剪力墻的條件1.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范疑問解答（王亞勇、戴國(guó)瑩編著）中認(rèn)為“一般

5、情況下，短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)中，短肢剪力墻承受的傾覆力矩可占結(jié)構(gòu)底部總傾覆力矩的40%50%”。2.北京市建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則-結(jié)構(gòu)專業(yè)第5.5.5條規(guī)定：短肢剪力墻較多結(jié)構(gòu)體系的定義，可按結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻承受的豎向荷載與總豎向荷載的比例來判定，當(dāng)由短肢剪力墻負(fù)荷的樓面面積與全部樓面面積之比超過50%時(shí)，應(yīng)定義為短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)。3.廣東省實(shí)施高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）補(bǔ)充規(guī)定第3.2.4條規(guī)定：具有較多短肢剪力墻結(jié)構(gòu)指短肢墻的截面面積占剪力墻總截面面積50%以上，其房屋的最大適用高度應(yīng)比高規(guī)表4.2.2規(guī)定的剪力墻結(jié)構(gòu)適用高度降低20%。4.對(duì)于L型、T型剪

6、力墻中若一肢為短肢，另一肢為長(zhǎng)肢，目前無論時(shí)從PKPM系列計(jì)算分析軟件還是從各地方規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)等似已統(tǒng)一認(rèn)為不是短肢墻。 其中“廣東省實(shí)施高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）補(bǔ)充規(guī)定”第3.2.3條認(rèn)為：剪力墻截面高度與厚度之比大于4，小于8時(shí)為短肢剪力墻。當(dāng)剪力墻截面厚度不小于層高的1/15，且不小于300mm，高度與厚度之比大于4時(shí)仍屬一般剪力墻。三、研究?jī)?nèi)容及研究需要突破的難點(diǎn) 研究?jī)?nèi)容：目前，新疆地區(qū)小高層建筑發(fā)展趨勢(shì)迅猛，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在做此類建筑結(jié)構(gòu)體系布置時(shí)，常常會(huì)碰到短肢剪力墻體系如何判定的問題，給此類建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來一定的難度。 此次論文研究的目的就是用軟件SATW

7、E和ETABS等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件建模、計(jì)算新疆地區(qū)一棟或多棟不同建筑方案小高層建筑，最終從多個(gè)此類建筑的準(zhǔn)確合理計(jì)算分析結(jié)果中比較、分析得出最適合新疆地區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的“短肢剪力墻較多”判定標(biāo)準(zhǔn)。重難點(diǎn)：目前關(guān)于較多短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的研究已經(jīng)得出幾條如何判定的標(biāo)準(zhǔn)，此次論文初步針對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較研究分析，并力爭(zhēng)提出新的設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)1：短肢剪力墻承受的底部地震傾覆力矩大于40%的結(jié)構(gòu)地震傾覆力矩。 但是具體是哪一層的短肢剪力墻未做說明，而底層加強(qiáng)區(qū)部位、中部以及頂部樓層的短肢剪力墻，都可以作為我們比較的位置，具體方案仍需研究確定。標(biāo)準(zhǔn)3：較多短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指短肢墻的截面面積占剪力墻總截

8、面面積50%以上。 標(biāo)準(zhǔn)3與標(biāo)準(zhǔn)2類似，按其確認(rèn)之后，短肢剪力墻的傾覆力矩與標(biāo)準(zhǔn)1到底有多大出入，如果傾覆力矩所占比例較小，是否仍然判定為較多短肢剪力墻結(jié)構(gòu)？需要取多少不同的結(jié)構(gòu)布置類型進(jìn)行計(jì)算比較？這都是此次論文將要研究討論的問題，也是重點(diǎn)和難點(diǎn)。 另有關(guān)于短肢剪力墻的某些論文提出標(biāo)準(zhǔn)4：短肢剪力墻布置比較集中，集中在平面的一邊或建筑的周邊。即短肢剪力墻出現(xiàn)破壞后，樓層有可能出現(xiàn)倒塌。此類也可判定為短肢剪力墻較多體系。 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)4中“布置集中”問題，到底短肢剪力墻布置到什么程度算時(shí)集中呢？它和其他標(biāo)準(zhǔn)相互之間的關(guān)系如何呢？這個(gè)也將進(jìn)行一些試驗(yàn)、計(jì)算及研究探討。四、研究方案及技術(shù)路線論文目前擬

9、通過一棟塔樓式小高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算來比較論證。方案一：短肢剪力墻采用平面均勻布置方案，命名為布置方案一，按照三到四個(gè)代表性層數(shù)建立整體建筑模型，分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，比較驗(yàn)證前三條標(biāo)準(zhǔn)的正確性及適用性。 方案二：短肢剪力墻采用平面均勻布置方案，命名為布置方案二，采取與方案一相同的多次代表性樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，比較驗(yàn)證前三條標(biāo)準(zhǔn)的正確性及適用性。方案三及方案四，均設(shè)不同短肢剪力墻平面均勻布置方案，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。以期獲得相對(duì)較合理準(zhǔn)確的結(jié)論。塔樓短肢剪力墻平面布置計(jì)劃方案一塔樓短肢剪力墻平面布置計(jì)劃方案二塔樓短肢剪力墻平面布置計(jì)劃方案三方案五：剪力墻采用不均勻平面布置方案，按與前方案相同的樓層數(shù)分別

10、建模計(jì)算，比較驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)4的合理準(zhǔn)確性。 另：若時(shí)間允許的話，可爭(zhēng)取采用更多不同建筑方案的此類高層建筑進(jìn)行上述研究計(jì)算，得出的結(jié)論可能會(huì)更加合理適用。 技術(shù)路線：此次論文擬采用PKPM系列軟件的SATWE高層有限元分析軟件，以及現(xiàn)在許多設(shè)計(jì)院采用的ETABS等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。 SATWE采用的是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度的殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬剪力墻，墻元不僅具有平面內(nèi)剛度也具有平面外剛度，可以較好地模擬工程中剪力墻的真實(shí)受力狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果較精確；同時(shí)，對(duì)樓板SATWE可考慮其彈性變形。 ETABS是由CSI（computer & structure inc)公司開發(fā)研制的房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

11、軟件，ETABS已有近三十年的發(fā)展歷史，是美國(guó)乃至全球公認(rèn)的高層結(jié)構(gòu)計(jì)算程序，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，是房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。 目前，ETABS已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的集成化環(huán)境：系統(tǒng)利用圖形化的用戶界面來建立一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型對(duì)象，通過先進(jìn)的有限元模型和自定義標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范接口技術(shù)來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了精確的計(jì)算分析過程和用戶可自定義的（選擇不同國(guó)家和地區(qū)）設(shè)計(jì)規(guī)范來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。 五、研究特色及創(chuàng)新之處特色：此次論文的特色在于結(jié)合實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，采用多種方案，不同的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)依據(jù)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全可靠性。創(chuàng)新：針對(duì)規(guī)范中存在的缺陷，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際問題，采用兩種計(jì)算準(zhǔn)確性較高的軟件，輔助計(jì)算不同結(jié)構(gòu)布置