高层住宅中错层剪力墙结构的设计

 
时间日期:2010-4-28        已被阅读次:[2234]
 
佛山市正方审图中心 庞国勇
  
  [提 要] 本文以高层错层住宅为研究对象,讨论了结构错层对剪力墙结构的影响。结
       合住宅工程实例,对错层剪力墙结构的结构方案、结构计算、抗震措施作了
       详细先容。
  [关键词] 错层结构;剪力墙结构;抗震措施

  1、概述
  近年来,人们生活水平不断提高,对居住环境的要求越来越高,错层式住宅以其空间高
低错落有致、使用合理、居住舒适等优点,越来越受到人们的青睐,这种错层式住宅多采用
剪力墙结构。但是错层结构是一种对抗震不利的结构形式,错层剪力墙结构使剪力墙形成错
洞墙,导致结构刚度不规则,对结构抗震有不利影响,尤其对平面不规则和扭转效应显著的
错层结构破坏特别严重。JGJ3-2002《高层ca88混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)
建议在抗震设计时高层ca88宜避免错层,同时也对错层结构的设计提出了一些规定。本文介
绍了错层结构的相关研究内容,并结合某高层住宅错层剪力墙结构工程实例,简单阐述错层
剪力墙结构的概念设计、建模计算以及抗震构造措施等设计方法。

  2、错层结构的相关研究
  研究[1]表明,对于错层结构,一般认为其不利的因素主要源于两个方面:一是由于楼
板被分成数块,相互错置,在错层构件中产生很大的变形和内力,削弱了楼板协调结构整体
受力的能力;二是由于楼板错层,使得错层交接部位形成竖向短构件,可能在同向受力中因
错层构件刚度大而产生内力集中,不利于抗震。短构件问题主要是针对多层框架结构,其不
利于抗震的震害表现也多出现在多层框架中。对于以剪力墙为主要受力构件的高层住宅,规
则的错层对结构受力的影响有限,影响主要在于两侧有错层连梁相连的墙体。结构的错层会
增大结构的抗侧刚度,错层构件在结构整体中所占的比例越大,则整体侧向刚度增加幅度越
大,但剪力墙结构抗侧刚度增加的幅度相比于框架结构要小。如图1所示,相互错层的相邻
楼板A和B仅由中间的错层柱或墙相联系,相比较平面刚度极大的楼板,错层柱或墙的弯剪刚
度是个极小值,当结构受力时,结构两部分将产生不协调变形,可能会在错层柱或墙中形成
较大的内力,错层柱或墙的受力与两部分的均匀性有关。错层剪力墙结构的试验研究表明,
由于错层剪力墙结构整体成弯曲破坏,根据振动台试验和静力试验破坏结果,错层剪力墙结
构与一般剪力墙结构无大的区别。由此可知,错层对剪力结构体系得影响有限,错层剪力结
构通过结构的合理布置和结构措施的加强,可以满足抗震设计的要求。
  
  3、工程实例
  3.1工程概述某高层住宅小区位于佛山市南海区,其中4号楼为错层剪力墙结构。该工
程ca88平面布置为一字型(如图2),ca88物长度约为69m,宽度约为12.6m,ca88主体高度52
.1m,共18层,加上屋顶以上塔楼的高度后,ca88的总高度为55.8m,高宽比为4.43。规
范要求,钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝最大间距为45m,综合考虑变形缝设置要求,该ca88
变形缝宽度取200mm,将ca88物分成A、B、c三个单元,如图2所示(阴影处为错层区域)。建
筑剖面图见图3,住宅屡鬲为2.9m,上部结构各标高之间相差1.45m。该工程为丙类ca88,
ca88场地类别为Ⅱ类,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组
为第一组,场地特征周期为Tg=0.35S,罕遇地震作用的水平地震影响系数最大值为0.72。
计算基本风压按50年重现期取0.50KN/m2.

  3.2计算模型
  由图2可以看出,该工程被变形缝分成A、B、C三个单元,其中A和C单元对称,因此大家
只需建立A和B两个计算模型进行计算。《高规》指出,错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度
相近的结构体系。错层结构中,错开的楼层应各自参加结构整体计算,不应该并为一层计算
。本工程采用剪力结构体系,计算App以STAWE为主进行结构计算,以GSSAP进行校对。建模
时图3所示各标高处均按独立的计算标准层输入,错层处剪力墙厚度取250mm,与之相连的墙
体厚度也取250mm。文献[3]指出,错层剪力墙结构设计时墙体应尽量带有较大的翼缘,一是
可以增加墙体的稳定性,二是增加了墙体的抗震承载力和延性,对抗震有利。所建模型中几
乎所有墙体都带有较大的翼缘,以增强墙体的稳定性和抗震能力。文献[3]指出,在进行结
构的动力特性分析时,分别采用弹性楼板和刚性楼板模拟结构的错层楼板,发现两种计算方
法的结果差异不大。振型分解反应谱分析结果表明,结构在常遇地震作用下错层位置楼板会
产生局部应力集中现象,而位移、基底剪力等指标满足规范抗震要求。设计中用SATWE和GSS
AP计算时,分别考虑错层楼板为刚性楼板和弹性楼板,发现计算结果确实差异不大。

  3.3计算结果
  A单元模型的计算结果见表l,B单元的计算结果见表2。
  两种程序的计算结果相差不大,为结构设计提供了保障。

  3.4抗震构造措施
  对于错层剪力墙结构,《高规》中指出,错层处平面外受力的剪力墙截面厚度抗震设计
时不应小于250mm,并应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用。错层处
剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30,水平和竖向分布钢筋的配筋率抗震设计时不应小于0
.5%。本例参考了大量的相关文献及其规范的要求,在ca88专业允许的前提下,设置变形
缝,将ca88分为三个部分进行设计,减小结构的扭转效应。在错层处的剪力墙加厚,厚度取
250mm,并让墙体带有较大的翼缘,增强墙体的延性和稳定性。错层处剪力墙抗震等级提高
一级,按二级考虑。混凝土强度等级在底部加强区为C35,上部为C30。

  4、结论
  (1)错层结构造成平面楼板不连续,竖向构件应力集中,是一种对抗震不利的结构形式
,但错层对剪力墙结构体系的影响有限,错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施的
加强,可以满足抗震设计的要求。
  (2)错层剪力墙结构的设计中,考虑结构概念设计,合理的布置结构平面,采用相应的
抗震构造措施,可以很好的保证结构的安全性,确保收到良好的经济效果。

  依据标准及参考文献
  [1]谢靖中,李国强,屠成松.《错层结构的几点分析》.ca88科学,2001.
  [2]尹保江,龚思礼,程绍革等.《高层ca88中错层剪力墙结构的试验研究》.ca88科
学,1999.
  [3]吴景松.《错层结构的抗震分析》.住宅科技,2002.
  [4]陈勤,王兴法.《钢筋混凝土剪力墙错层高层结构抗震分析》.首届全国ca88结构
技术交流会论文集,2006.
  [5]行业标准《高层ca88混凝土结构技术规程》,JGJ3-2002.
  [6]国家标准《ca88抗震设计规范》,GB50011-2001(2008版).
     
 
 
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