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近几年的高层、超高层等建筑结构中,很多是地上为公建或住宅,地下为大底盘车库的结构形式。其中框架剪力墙结构以其平面布置灵活,空间较大,立面处理易于变化的优点被越来越多的采用,目前在框剪结构设计中使用最多的是PKPM系列软件中的SATWE软件。然而,作为设计人员在使用结构软件时对计算软件得出的结果要有正确的分析,应对结构形式的特点、程序的适用范围和条件等进行全面理解。在计算机辅助设计时,由于结构实际情况与程序不相符合,或人工输入有误,或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果,因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析,慎重校核,做出合理判断,不能盲目的依赖程序,以免造成经济损失或结构安全事故。下边谈一下框剪结构形式的特点及PKPM中各参数的控制要点。
一、框剪结构的特点
框剪结构具有平面布置灵活,有较大空间,立面处理易于变化的优点,但侧向刚度差,抵抗水平荷载能力差,地震作用下变形大等缺点。而剪力墙结构抗侧力刚度大,但使用空间受限制,将两者结合起来,就可以充分发挥各自的优点,这就是框架—剪力墙结构。剪力墙将承担大部分水平力,是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高;框架则承担竖向荷载,提供了较大的使用空间,同时也承担少部分水平力。框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形,剪力墙则呈弯曲型变形。当二者通过楼板协同工作共同抵抗水平荷载时,侧向变形呈弯剪型。其上下各层层间变形趋于均匀,并减小了顶点侧移。同时,框架各层层剪力趋于均匀,各层梁柱截面尺寸和配筋也趋于均匀。框架—剪力墙结构比框架结构的刚度和承载能力都大大提高了,这种结构形式可用来建造比较高的高层建筑。
二、框剪结构布置的要点
框架—剪力墙结构布置的要点是数量和位置。在一般工程中,以满足位移限制作为设置剪力墙数量的依据。剪力墙布置应注意以下几点:
1.剪力墙布置以对称为好,可减少结构扭转。
2.剪力墙应贯通全高,使结构上下刚度连贯而均匀。
3.剪力墙布置应与建筑使用要求相结合,根据建筑物高度和刚度要求,可以采用单片形,L形,I形,T形或筒体。
4.剪力墙靠近结构外围布置,可以加强结构的抗扭作用,但要注意,在同一轴线上而又分设在建筑物两端的剪力墙,会限制两片墙之间构件的热胀冷缩和混凝土的收缩,由此产生的温度应力可能造成不利影响。
5.在两片平行的剪力墙之间布置框架时,两片墙之间的楼板在水平力作用下可能挠曲,
对框架柱产生不利影响。因此,要限制剪力墙之间的距离与楼板宽度的比值L/B。
三、工程简介
某高层建筑,地上19层,地下2层;地上为办公,地下为车库,建筑高度为95.000m。抗震设防烈度:6度(0.05g)设计地震分组第三组
主楼采用框架剪力墙结构;主楼基础为筏板基础,裙楼基础为钢筋混凝土独立基础
標准层层高4.95m,由于受底层功能的限制,纵向除交通核外无法布置剪力墙。
四、程序中需要控制的目标参数
1.轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,本工程标准层层高4.95m,荷载考虑了以后用户可能做夹层,主楼底层框柱截面取950x1100,混凝土等级C50,轴压比参照新抗震规范控制在0.9内,其上变三次柱截面,混凝土标号均在截面变化的上一层降低一级。
2.剪重比:剪重比是结构整体控制设计的一项重要指标,当其不能满足规范的要求时,就应该进行必要的调整。本工程x向底层剪重比为0.75<0.8(规范限制),分析原因:层高大,结构基本周期长(3.6s)。抗震结构中起主要作用的基本振型(靠近两个主轴的方向和扭转方向,其中两个平动为主振型的基底剪力分别沿两个主轴方向为最大值),其自振周期一般都大于设计特征周期。根据规范的“地震影响系数曲线”,此时的地震影响系数与结构基本周期成反比关系。即结构的基本周期越大,水平地震作用效应就越小。结构的自振周期与结构的刚度成反比关系。这说明采用结构调整的方法加大剪重比,可以增大结构的刚度,以减小结构的基本周期。
但是地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,结构刚度较合理,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
3.刚度比:主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层。如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求,SATWE自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
4.位移比:主要为控制结构平面规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。可通过人工调整改变结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距;可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点,加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度;也可找出位移最小的节点削弱其刚度;直到位移比满足要求。
5.周期比:主要为控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,周期比不满足要求,说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小,结构扭转效应过大。可通过人工调整改变结构布置,提高结构的扭转刚度;总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度,适当削弱结构中间墙、柱的刚度。
6.刚重比:主要为控制结构的稳定性,避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳,刚重比不满足要求,说明结构的刚度相对于重力荷载过小;但刚重比过分大,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。若刚重比<2.7,可通过加强x向边梁(截面加高)的调整,是计算结果满足要求。
7.层间受剪承载力比:控制竖向不规则性,以免竖向楼层受剪承载力突变,形成薄弱层,层间受剪承载力比不满足时可在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号,将该楼层强制定义为薄弱层,SATWE按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。也可适当提高本层构件强度(如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗侧力构件的承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的承载力。
注:文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开
一、框剪结构的特点
框剪结构具有平面布置灵活,有较大空间,立面处理易于变化的优点,但侧向刚度差,抵抗水平荷载能力差,地震作用下变形大等缺点。而剪力墙结构抗侧力刚度大,但使用空间受限制,将两者结合起来,就可以充分发挥各自的优点,这就是框架—剪力墙结构。剪力墙将承担大部分水平力,是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高;框架则承担竖向荷载,提供了较大的使用空间,同时也承担少部分水平力。框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形,剪力墙则呈弯曲型变形。当二者通过楼板协同工作共同抵抗水平荷载时,侧向变形呈弯剪型。其上下各层层间变形趋于均匀,并减小了顶点侧移。同时,框架各层层剪力趋于均匀,各层梁柱截面尺寸和配筋也趋于均匀。框架—剪力墙结构比框架结构的刚度和承载能力都大大提高了,这种结构形式可用来建造比较高的高层建筑。
二、框剪结构布置的要点
框架—剪力墙结构布置的要点是数量和位置。在一般工程中,以满足位移限制作为设置剪力墙数量的依据。剪力墙布置应注意以下几点:
1.剪力墙布置以对称为好,可减少结构扭转。
2.剪力墙应贯通全高,使结构上下刚度连贯而均匀。
3.剪力墙布置应与建筑使用要求相结合,根据建筑物高度和刚度要求,可以采用单片形,L形,I形,T形或筒体。
4.剪力墙靠近结构外围布置,可以加强结构的抗扭作用,但要注意,在同一轴线上而又分设在建筑物两端的剪力墙,会限制两片墙之间构件的热胀冷缩和混凝土的收缩,由此产生的温度应力可能造成不利影响。
5.在两片平行的剪力墙之间布置框架时,两片墙之间的楼板在水平力作用下可能挠曲,
对框架柱产生不利影响。因此,要限制剪力墙之间的距离与楼板宽度的比值L/B。
三、工程简介
某高层建筑,地上19层,地下2层;地上为办公,地下为车库,建筑高度为95.000m。抗震设防烈度:6度(0.05g)设计地震分组第三组
主楼采用框架剪力墙结构;主楼基础为筏板基础,裙楼基础为钢筋混凝土独立基础
標准层层高4.95m,由于受底层功能的限制,纵向除交通核外无法布置剪力墙。
四、程序中需要控制的目标参数
1.轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,本工程标准层层高4.95m,荷载考虑了以后用户可能做夹层,主楼底层框柱截面取950x1100,混凝土等级C50,轴压比参照新抗震规范控制在0.9内,其上变三次柱截面,混凝土标号均在截面变化的上一层降低一级。
2.剪重比:剪重比是结构整体控制设计的一项重要指标,当其不能满足规范的要求时,就应该进行必要的调整。本工程x向底层剪重比为0.75<0.8(规范限制),分析原因:层高大,结构基本周期长(3.6s)。抗震结构中起主要作用的基本振型(靠近两个主轴的方向和扭转方向,其中两个平动为主振型的基底剪力分别沿两个主轴方向为最大值),其自振周期一般都大于设计特征周期。根据规范的“地震影响系数曲线”,此时的地震影响系数与结构基本周期成反比关系。即结构的基本周期越大,水平地震作用效应就越小。结构的自振周期与结构的刚度成反比关系。这说明采用结构调整的方法加大剪重比,可以增大结构的刚度,以减小结构的基本周期。
但是地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,结构刚度较合理,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
3.刚度比:主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层。如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求,SATWE自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
4.位移比:主要为控制结构平面规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。可通过人工调整改变结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距;可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点,加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度;也可找出位移最小的节点削弱其刚度;直到位移比满足要求。
5.周期比:主要为控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,周期比不满足要求,说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小,结构扭转效应过大。可通过人工调整改变结构布置,提高结构的扭转刚度;总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度,适当削弱结构中间墙、柱的刚度。
6.刚重比:主要为控制结构的稳定性,避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳,刚重比不满足要求,说明结构的刚度相对于重力荷载过小;但刚重比过分大,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。若刚重比<2.7,可通过加强x向边梁(截面加高)的调整,是计算结果满足要求。
7.层间受剪承载力比:控制竖向不规则性,以免竖向楼层受剪承载力突变,形成薄弱层,层间受剪承载力比不满足时可在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号,将该楼层强制定义为薄弱层,SATWE按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。也可适当提高本层构件强度(如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗侧力构件的承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的承载力。
注:文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开