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短肢剪力墙结构受力分析与设计

详细介绍

        

  近年来,随着城市的不断发展,用地紧张的问题日益突出,十层和十层以上的“小高层”住宅不断涌现,原来的砖混结构和异形柱框架结构体系已不能满足设计要求,一种新的结构体系应运而生——短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计住宅结构体系。

  短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计是短肢剪力墙结构受力分析与设计结构的一种特例。短肢剪力墙结构受力分析与设计结构墙体是由钢筋混凝土墙组成,墙肢高度与厚度之比>8,其上开门,开窗均需按规范要求,而短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计是由一些独立的钢筋混凝土墙段通过连梁组成,墙体间的洞口不是安装门窗,而是用砖或其他轻质材料来填充,它有点类似于异形柱框架,但又非异形柱框架,其墙肢高度与厚度之比一般为5~8,墙厚≥200mm,它属于短肢剪力墙结构受力分析与设计结构。


  这种结构形式的特点:一是结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件,基本上不与建筑使用功能发生矛盾;二是墙的数量可多可少,墙肢可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心位置;三是能灵活布置,可选择的方案较多,楼盖方案简单;四是连接各墙的梁,随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内,可隐蔽;五是根据建筑平面的抗侧刚度的需要,利用中心短肢剪力墙结构受力分析与设计,形成主要的抗侧力构件,较易满足刚度和强度的要求。

  下面就短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计在工程设计中的应用作一些探讨。

  1.短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计的结构布置

  高层住宅一般不应采用全部为短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计的结构体系。根据建筑平面特点,通常利用中部由楼梯,电梯及管道井等形成的竖向交通区设置较多的短肢剪力墙结构受力分析与设计,组成一个较完整的筒体,是整个建筑受竖向荷载和抗侧力的主要部分,外围部分的竖向构件根据受力的需要和建筑平面布置,在间隔墙交接处布置适量的短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计,目前常用L形,T形,也有少量十字形,Z形,一字形,各墙肢间布置连系梁,把这些短肢墙以及核心筒连成一个整体,以构成整栋建筑的结构体系。

  短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计布置尚应注意以下几点原则:(1)平面布置上宜使结构的平面形状和刚度均对称,两个主轴方向的布置应协调,避免扭转带来的不利影响,使合力中心尽可能和刚度中心重合,减小偏心距。(2)各墙肢应尽量对齐,使之与梁一起构成较规整,多跨的抗侧力体系。(3)建筑平面的收进和突出部分L/B≤1,且L/Bmax≤0.3。(4)竖向布置上,应力应规则,均匀,避免有过大的外挑,内收,以及楼层刚度沿竖向突变。

  2.结构计算

  短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计在设计中宜优先采用基于空间工作的计算机分析方法。目前,这类软件有广厦SSW,TBSA,TAT,SATWE等。我院大部分采用由广东省建筑设计院开发的广厦CAD系列之“高层建筑三维(墙元)分析程序SSW”,它采用空间杆件单元模拟梁和柱,对(实体或开洞)短肢剪力墙结构受力分析与设计用平面应力有限元凝聚而成的墙元进行分析,墙元通过准边界点或镶边柱与平面外的杆件相连接。它不仅考虑了短肢剪力墙结构受力分析与设计平面内刚度,又可以考虑短肢剪力墙结构受力分析与设计平面外刚度,可以很好的模拟短肢剪力墙结构受力分析与设计的受力状态。

  3.构造要求

  短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计结构的构造要求同一般短肢剪力墙结构受力分析与设计结构。短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计一般有两种形式:一是端部做暗部,设置短肢剪力墙结构受力分析与设计水平和竖向分布筋,另一种有点类似异形柱的配筋方法,以腹部均匀配筋,腹部钢筋面积根据电算时人为设置竖向分布的配筋率来计算,电算出的暗柱钢筋面积放在端部,以L形为例。这两种配筋形式何者更有利,应根据实际情况而定。当肢长较短时,后者配筋更简化,有利施工且用钢量稍优。对于肢长较长的短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计,则采用前者更佳。

  由于结构计算的假定和实际受力情况总是有差异的,因此我们常常通过一些构造措施来弥补。如加强位于建筑外边缘及角点处的短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计的延性构造措施,适当增加配筋率和配箍率,避免将一些短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计布置在建筑外边及交点处等等。


  4.工程实例

  4.1工程概述

  某工程总建筑面积24330m2,地下一层停车场,地上一、二层为商场,其上有五座塔楼,其中1#塔楼13层,2#、3#塔楼5层,4#、5#塔楼1层,均为住宅。本工程安全等级二级,不考虑抗震设防。基础采用梁板式筏形基础,主体下部大底盘为框架短肢剪力墙结构受力分析与设计结构,上部1#塔楼为短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计结构,2#~5#塔楼为砖混结构,在各塔楼的跨中位置共设有四道伸缩缝和多道后浇带,其中1#塔楼对应下部底盘设双柱伸缩缝与其余部分脱开,现仅介绍这一部分的情况。

  4.2方案的确定

  1#塔楼为13层的住宅,最高处达40.25m,如果采用异形柱,轴压比超过规范限值,而如果按房间分隔采用短肢剪力墙结构受力分析与设计布置,就不可避免的采用转换层过渡,由此带来的不合理性有:(1)上部短肢剪力墙结构受力分析与设计结构承载力没有得到充分发挥。(2)增设转换层使主体结构竖向力传递路线不直接,也影响建筑的总高度。(3)对结构抗震不利。(4)以上诸点造成总体工程造价不经济。

  经过比较分析,最后决定1#塔楼下部采用框架短肢剪力墙结构受力分析与设计结构,上部住宅采用短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计,根据建筑平面布置,利用电梯间,管道井和楼梯间设置短肢剪力墙结构受力分析与设计,形成筒体直至屋面,在房间转角部位设短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计,结合建筑的使用功能,使下部柱网与上部住宅部分的短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计均能对应布置,不设转换层。

  4.3主要构件

  4.3.1竖向构件

  方柱600×600mm,核心筒体地下室部分墙厚250mm,1~13层墙厚200mm,短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计墙厚200mm,长度一般为1.0~1.3m。

  4.3.2水平构件

  三层楼面处转换梁550×700mm~550×900mm,板厚200mm,双向双层配筋,3层以上短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计连梁200×300mm~200×600mm.

  4.4电算结果

  结构计算采用广厦SSW(7.5版)程序进行计算,经过计算,结果如下:

  总风荷载;Q=753.7507KN,Q=754.0043KN

  最大层间位移与层高之比:△U/H=1/6866,△U=1/6490

  结构顶点位移与总高度之比:U/H=1/7069,U/H=1/6671

  计算结果均满足规范要求。

  4.5构造措施

  4.5.1柱,梁和短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计连接部位设计;

  柱与短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计连接处应按照“能通则通”的原则,使柱中部分受力钢筋延伸至底层短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计墙顶,短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计的竖向钢筋在梁内锚固长度≥La。

  4.5.2最底层的短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计配筋

  除按电算结果配置外,还应同时满足高规(JGJ3-91)第5.3.15条对短肢剪力墙结构受力分析与设计加强区的最小配筋要求,第5.3.16条短肢剪力墙结构受力分析与设计端部,暗柱底部加强区最小配筋率要求和第5.3.17条对短肢剪力墙结构受力分析与设计小墙肢的配筋要求。

  4.5.3为确保短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计的安全,其暗柱箍筋适当加大,2层框架柱即短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计下层的柱箍筋也全场加密,三层楼面框架梁则参照框支梁的要求增设侧向钢筋和密箍。

  4.5.4三层楼板厚取180mm,按双层双向配筋,适当提高配筋率,以增加其平面内刚度。

  4.5.5连梁均参照框架结构在箍筋加密区做箍加密设计。

  4.5.6为保证屋面尽可能少的产生温度及收缩裂缝,除在建筑上采用有效的保温措施外,适当增加屋面板厚,加大配筋率,以控制裂缝的发展。

  这种结构具有如下特点:一是由于截面的这种特殊性,使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大,导致各向刚度不一致,其各向承载能力也有较大差异;二是对于长柱(H/h>4)可以不考虑切变形的影响,控制轴压比较小时,受力明确,变形能力较好;而对短柱(H/h<4),剪切变形占有相当比例,构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围,且属薄壁构件,即使发生延性的弯曲变形破坏,也因截面曲率M/EI或εcu/x(εcu为砼的极限压应变,x为截面受压区高度)较小,使弯曲变形性能有限,延性较差;三是由于异形柱是多肢的,其剪切中心往往在平面范围之外,受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力,这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力,而该剪应力的存在不仅使柱肢易先出现裂缝,也使各肢的核心砼处于三向剪力状态,致使异形柱不同于矩形柱,它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况,其延性更差。由于其受力性能的复杂,设计中心必须通过可靠的计算和必要的措施来保证其强度和延性。

  随着新型墙体材料的不断开发和应用,短肢短肢剪力墙结构受力分析与设计结构有着越来越广阔的发展前景和越来越大的市场需求,在设计中一定要根据其受力特点,充分了解其破坏的各种原理,选用合理的结构形式,正确掌握计算机分析方法和截面配筋,其结构才能有可靠的安全保证。

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