淺析剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件布置

淺析剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件布置

0金盛家園建筑節(jié)能結(jié)構(gòu)選型方案商品住宅建設(shè)中的工資控制將更加嚴(yán)格，提出了更高的設(shè)計(jì)和控制要求。建筑工程造價(jià)從設(shè)計(jì)角度來說,影響的因素有:建筑方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備選用。合理的結(jié)構(gòu)方案能較大程度地降低工程造價(jià),體現(xiàn)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)能夠保證工程的安全度。可以說目前較多的高層項(xiàng)目更多地關(guān)注合理的結(jié)構(gòu)選型。本文主要以金盛家園3#、5#房為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析。圖1為金盛家園規(guī)劃總平圖。金盛家園規(guī)劃用地1.79公頃,地塊南臨大紅旗路,北側(cè)為滬寧鐵路,東側(cè)緊鄰大灣浜,地塊為常州市政府建造的公共廉租房。該廉租房項(xiàng)目總建筑面積為6.22萬m2,共有3棟27層高層住宅,一棟26層高層住宅,3棟6層多層住宅及一棟3層配套公建。3#、5#房位于整個(gè)地塊的北側(cè)。1結(jié)構(gòu)體系及荷載3#、5#房為一般剪力墻結(jié)構(gòu)。一層地下室,地上二十七層,室內(nèi)外高差150mm,建筑物高度(室外地面至主要屋面板的板頂)為78.400m。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年,建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。根據(jù)本工程使用功能的重要性分類,應(yīng)為丙類建筑。工程所在地抗震設(shè)防烈度為七度,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g?；撅L(fēng)壓:0.40kN/m2;基本雪壓:0.35kN/m2;地面粗糙度類別:B類;風(fēng)載體型系數(shù):1.30。本工程為公共租賃住宅,結(jié)構(gòu)荷載見表1。建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面見圖2。2結(jié)構(gòu)計(jì)算2.1結(jié)構(gòu)體系及振動(dòng)結(jié)構(gòu)建模計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件進(jìn)行分析。初次建模分析混凝土墻體1~5層采用C40強(qiáng)度等級(jí),6~13層采用C35強(qiáng)度等級(jí),14層起均采用C30強(qiáng)度等級(jí)。對(duì)于建筑豎向交通核樓梯、電梯盡量滿布剪力墻,增加抗側(cè)剛度。結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置如圖3,4所示。根據(jù)計(jì)算分析1~5層南側(cè)縱墻均采用250厚混凝土剪力墻,6及6層以上南側(cè)縱墻縮減為200厚混凝土剪力墻。結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果:X向剛重比EJd/GH2=4.60,Y向剛重比EJd/GH2=4.39。該結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH2大于1.4,能夠通過高規(guī)(5.4.4)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算,該結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH2大于2.7,可以不考慮重力二階效應(yīng)。結(jié)構(gòu)周期、地震力與振型見表2。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1的比為1.9500/2.6052=0.748。結(jié)構(gòu)剪重比X向:1.38%;Y向:1.58%。按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.3.13條規(guī)定,7度區(qū)水平地震剪力系數(shù)應(yīng)達(dá)到0.016,程序自動(dòng)放大樓層地震剪力以達(dá)到要求。檢查位移輸出文件,結(jié)構(gòu)X、Y向最大層間位移角均小于1/1000,滿足規(guī)范要求。在考慮偶然偏心影響的地震作用下,樓層豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大水平位移和層間位移均小于該樓層平均位移的1.5倍。從各項(xiàng)參數(shù)上看基本符合規(guī)范的相關(guān)要求,仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)第二振型的平動(dòng)系數(shù)雖然已經(jīng)達(dá)到了0.84,但當(dāng)我們查看軟件中的結(jié)構(gòu)空間整體振動(dòng)簡圖時(shí)發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)的第二振型其實(shí)已經(jīng)形成扭轉(zhuǎn),結(jié)合圖形文件認(rèn)為其應(yīng)該判定為扭轉(zhuǎn)振型,空間整體振動(dòng)圖見圖5。存在問題:(1)通過輸出參數(shù)的分析結(jié)合圖形分析可以判定該結(jié)構(gòu)模型仍然存在一定問題,尤其是結(jié)構(gòu)的第二振型表現(xiàn)為扭轉(zhuǎn)振型,這是不符合規(guī)范要求的。如果單純從參數(shù)判斷可能會(huì)忽略該問題。(2)其次對(duì)于結(jié)構(gòu)計(jì)算輸出的X、Y向剛重比偏小,說明結(jié)構(gòu)的整體剛度偏低。(3)周期振型輸出文件中的地震剪力系數(shù)未滿足規(guī)范要求,程序自動(dòng)進(jìn)行放大也從側(cè)面反映了結(jié)構(gòu)的剛度不足。(4)在結(jié)構(gòu)平面布置中位于建筑北側(cè)局部存在短肢剪力墻。(5)結(jié)構(gòu)1~5層南側(cè)剪力墻厚度250mm,對(duì)建筑使用面積有一定影響。2.2結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)驗(yàn)算結(jié)果通過對(duì)初始模型的分析,在后期優(yōu)化中采取有針對(duì)性的手段。增加結(jié)構(gòu)剛度主要采用加大豎向構(gòu)件的尺寸的手段,盡量使結(jié)構(gòu)整體的形心與剛心能夠重合。經(jīng)過對(duì)剪力墻重新調(diào)整,增加了外側(cè)混凝土剪力墻的尺寸,提高了電梯井筒及樓梯間的剛度,適當(dāng)增加外圍的混凝土框架梁及剪力墻連梁的截面尺寸,整個(gè)結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)都得到了優(yōu)化(圖6)。建筑南向外側(cè)混凝土剪力墻由原模型250mm厚減為200mm,滿足了建筑布置的要求,增加了用戶的使用面積。根據(jù)計(jì)算分析結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果:X向剛重比EJd/GH2=5.24,Y向剛重比EJd/GH2=5.70。對(duì)比原模型提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度,并且保證了X、Y兩個(gè)方向的剛重比相對(duì)比較接近。結(jié)構(gòu)周期、地震力與振型見表3。通過分析結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1為的比1.8225/2.3974=0.76,滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.3.5條的相應(yīng)規(guī)定。結(jié)構(gòu)剪重比X向?yàn)?.60%;Y向?yàn)?.86%,滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.3.13條規(guī)定,7度區(qū)水平地震剪力系數(shù)應(yīng)達(dá)到0.016的要求。檢查位移輸出文件,結(jié)構(gòu)X、Y向最大層間位移角均達(dá)到1/1400,滿足規(guī)范要求的限值1/1000。在考慮偶然偏心影響的地震作用下,樓層豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大水平位移和層間位移均小于該樓層平均位移的1.5倍,滿足規(guī)范要求。繼續(xù)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋進(jìn)行深入比較后發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)配筋量有明顯降低。選取同樣為二層樓面的框架梁配筋進(jìn)行比較,見圖7,8。在畫圈部分的混凝土框架梁配筋中,尤其是支座負(fù)彎矩鋼筋的減低幅度在25%~50%之間,有的甚至更大。通過比較說明結(jié)構(gòu)構(gòu)件的合理布置直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋量的大小。3剪力墻布置的控制通過對(duì)金盛家園3#、5#房結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化調(diào)整過程,總結(jié)了一般高層剪力墻結(jié)構(gòu)建模的經(jīng)驗(yàn),供設(shè)計(jì)人員在建模中參考:(1)在結(jié)構(gòu)布置前應(yīng)對(duì)建筑平面規(guī)則性、合理性有先期判斷。建筑平面的合理往往決定了結(jié)構(gòu)布置的合理程度,最終決定了工程的經(jīng)濟(jì)性能。一個(gè)成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在建筑方案階段就為建筑設(shè)計(jì)提出合理的控制性建議。(2)高層住宅中剪力墻布置的大原則應(yīng)遵循“邊強(qiáng)、內(nèi)弱,核心筒”。建筑物四周外圍應(yīng)盡量布置大尺寸的剪力墻,有效限制建筑物的扭轉(zhuǎn)影響。對(duì)于建筑中間的剪力墻以適當(dāng)控制軸壓比為布置原則,盡量避免大尺寸墻的出現(xiàn)。建筑物的電梯井筒及樓梯間基本為規(guī)則圍合的空間,結(jié)構(gòu)盡量布置剪力墻,能夠有效地提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。(3)在模型分析中應(yīng)避免部分設(shè)計(jì)人員僅僅查看基本的幾個(gè)參數(shù)輸出文本,文本文件中的參數(shù)核對(duì)符合相應(yīng)的規(guī)范要求后,設(shè)計(jì)人員仍應(yīng)當(dāng)查看軟件輸出的幾個(gè)圖形文件,比如配筋驗(yàn)算簡圖、柱軸壓比、墻邊緣構(gòu)件簡圖、結(jié)構(gòu)空間整體振動(dòng)簡圖等等。圖形文件結(jié)合文本文件校驗(yàn)往往能達(dá)到事半功倍的效果。(4)在位移校驗(yàn)中若發(fā)現(xiàn)有最大值層間位移角超限的,應(yīng)記錄超限的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)號(hào)在平面簡圖中找到相應(yīng)位置,優(yōu)先采取增大豎向構(gòu)件的尺寸