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【摘要】通过设计实例,扼要介绍了短肢剪力墙在“小高层”住宅
中的应用,包括体系构成及特点,适用范围,布置原则,构造措施,
并且提出了与其相适用的计算机分析方法。
【关键词】短肢剪力墙;剪力墙;异形柱;结构转换层;层刚比
The Appication Of Short Shear Wall In Small High-rise Residential Buildings
Xiang Xue-ping
(No.7 design institute for research limited companyKuitunXinjiang833200)
【Abstract】This article gives a brief instroduction of the appication of short shearwalls in small high-rise residential buildings by using a design sample,including the system contents and characters,suitable scopes,layout rulesand structural design of the appication.And the corresponding computer analyses method in develop in this article.
【Key words】 short shear wall; shear wall; special-shaped column;transferstory; story rigidity ratio
近年来,随着经济的发展和城市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-短肢剪力墙住宅结构体系就应运而生了。
短肢剪力墙是剪力墙结构的一种特例。剪力墙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,而短肢剪力墙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,它属于剪力墙结构。
下面结合工程实例就短肢剪力墙在工程设计中的应用作一些探讨。
1. 短肢剪力墙的结构布置
高层住宅一般不应采用全部为短肢剪力墙的结构体系。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剪力墙,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份,外围部份的竖向构件根据受力的需要和建筑平面布置,在间隔墙交节处布置适量的短肢剪力墙,目前常用L形,T形,也有少量十形,Z形,一形,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。
短肢剪力墙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,应力求规则,均匀,避免有过大的外挑,内收,以及楼层刚度沿竖向突变。
另外,在结构设计中要注意,并非剪力墙越多越好,因为设置过多的剪力墙虽然结构刚度增大,能抵御很大的地震力,但在使用功能上有时很不方便,且结构自重明显增加,造成结构和基础材料的过多消耗。在风荷载,地震作用下,过多的短肢剪力墙使建筑物顶点和层间位移很小,但从结构的安全和节约材料而言都没有必要。因此,在短肢剪力墙的布置中,应力争做到刚柔并济,既保证结构在风和地震荷载的作用下的变形控制在规范允许的范围内,又要保证设计经济,合理且实用。
2. 结构计算
短肢剪力墙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研究院开发的广厦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)剪力墙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。它不仅考虑了剪力墙平面内刚度,又可以考虑剪力墙平面外刚度,可以很好的模拟剪力墙的受力状态。
3. 构造要求
短肢剪力墙结构的构造要求同一般剪力墙结构。短肢剪力墙一般有两种形式,一是端部做暗柱,设置剪力墙水平和竖向分布筋,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筋的配筋率来计算,电算出的暗柱钢筋面积放在端部,以L形为例见图1。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剪力墙,则采用前者更佳。
图1
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剪力墙的延性构造措施,适当增加配筋率和配箍率,避免将一形短肢剪力墙布置在建筑外边及角点处等等。
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,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-剪力墙结构,上部1#塔楼为短肢剪力墙结构,2#~5#塔楼为砖混结构,在各塔楼间的跨中位置共设有四道伸缩缝和多道后浇带,其中1#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#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剪力墙布置,就不可避免地采用转换层过渡,由此带来的不合理性有:(1)上部剪力墙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)《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)对上,下层刚度比的限值使下部剪力墙数量无限增加,(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#楼下部采用框架-剪力墙结构,上部住宅采用短肢剪力墙,根据建筑平面布置,利用电梯间,管道井和楼梯间设置剪力墙,形成筒体直至屋面,在房间转角部位设短肢剪力墙,结合建筑的使用功能,使下部柱网与上部住宅部份的短肢剪力墙均能对应布置,不设转换层。(见图2)
图2
4.3主要构件
(1)竖向构件。
方柱600×600,核心筒地下室部分墙厚250,1~13层墙厚200,短肢剪力墙墙厚200,长度一般为1.0~1.3m.。
(2)水平构件。三层楼面处转换梁550×700~550×900,板厚200,双向双层配筋,3层以上短肢剪力墙连梁200×300~200×600。
图3
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:Qx=753.7507KN,Qy=754.0043KN
最大层间位移与层高之比:△ux/h=1/6866,△uy=1/6490
结构顶点位移与总高度之比: ux/H=1/7069,uy/H=1/6671
计算结果均满足规范要求。
5. 构造措施
(1) 柱,梁和短肢剪力墙连接部位设计:柱与短肢剪力墙连接处应按照“能通则通”的原则,使柱中部份受力钢筋延伸至底层短肢剪力墙墙顶,短肢剪力墙的竖向钢筋在梁内的锚固长度≥La(见图3)。
(2) 最底层的短肢剪力墙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条对剪力墙加强区的最小配筋率要求,第5.3.16条剪力墙端部,暗柱底部加强区最小配筋率要求和第5.3.17条对剪力墙小墙肢的配筋要求。
(3) 为确保短肢剪力墙的安全,其暗柱箍筋适当加大,2层框架柱即短肢剪力墙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) 三层楼板厚取180,按双层双向配筋,适当提高配筋率,以增加其平面内刚度。
(5) 连梁均参照框架结构在箍筋加密区做箍筋加密设计。
(6) 为保证屋面尽可能少地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。
5. 结语
随着新型墙体材料的不断开发和应用,短肢剪力墙结构体系在小高层住宅中的应用将有着广阔的发展前景。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002,J186-2002)
[2]混凝土结构设计规范(GB50010-2002)
[3]建筑抗震设计规范(GB50011-2001)
[4]广厦建筑结构CAD之高层建筑三维(墙元)分析程序SSW。广东省建筑设计研究院
[5]张晋,吕志涛,冯键,异形柱框轻和短肢剪力墙住宅结构体系。建筑结构,2001,31(7)
[文章编号]1006-7619(2010)02-26-112
中的应用,包括体系构成及特点,适用范围,布置原则,构造措施,
并且提出了与其相适用的计算机分析方法。
【关键词】短肢剪力墙;剪力墙;异形柱;结构转换层;层刚比
The Appication Of Short Shear Wall In Small High-rise Residential Buildings
Xiang Xue-ping
(No.7 design institute for research limited companyKuitunXinjiang833200)
【Abstract】This article gives a brief instroduction of the appication of short shearwalls in small high-rise residential buildings by using a design sample,including the system contents and characters,suitable scopes,layout rulesand structural design of the appication.And the corresponding computer analyses method in develop in this article.
【Key words】 short shear wall; shear wall; special-shaped column;transferstory; story rigidity ratio
近年来,随着经济的发展和城市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-短肢剪力墙住宅结构体系就应运而生了。
短肢剪力墙是剪力墙结构的一种特例。剪力墙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,而短肢剪力墙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,它属于剪力墙结构。
下面结合工程实例就短肢剪力墙在工程设计中的应用作一些探讨。
1. 短肢剪力墙的结构布置
高层住宅一般不应采用全部为短肢剪力墙的结构体系。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剪力墙,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份,外围部份的竖向构件根据受力的需要和建筑平面布置,在间隔墙交节处布置适量的短肢剪力墙,目前常用L形,T形,也有少量十形,Z形,一形,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。
短肢剪力墙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,应力求规则,均匀,避免有过大的外挑,内收,以及楼层刚度沿竖向突变。
另外,在结构设计中要注意,并非剪力墙越多越好,因为设置过多的剪力墙虽然结构刚度增大,能抵御很大的地震力,但在使用功能上有时很不方便,且结构自重明显增加,造成结构和基础材料的过多消耗。在风荷载,地震作用下,过多的短肢剪力墙使建筑物顶点和层间位移很小,但从结构的安全和节约材料而言都没有必要。因此,在短肢剪力墙的布置中,应力争做到刚柔并济,既保证结构在风和地震荷载的作用下的变形控制在规范允许的范围内,又要保证设计经济,合理且实用。
2. 结构计算
短肢剪力墙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研究院开发的广厦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)剪力墙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。它不仅考虑了剪力墙平面内刚度,又可以考虑剪力墙平面外刚度,可以很好的模拟剪力墙的受力状态。
3. 构造要求
短肢剪力墙结构的构造要求同一般剪力墙结构。短肢剪力墙一般有两种形式,一是端部做暗柱,设置剪力墙水平和竖向分布筋,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筋的配筋率来计算,电算出的暗柱钢筋面积放在端部,以L形为例见图1。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剪力墙,则采用前者更佳。
图1
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剪力墙的延性构造措施,适当增加配筋率和配箍率,避免将一形短肢剪力墙布置在建筑外边及角点处等等。
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,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-剪力墙结构,上部1#塔楼为短肢剪力墙结构,2#~5#塔楼为砖混结构,在各塔楼间的跨中位置共设有四道伸缩缝和多道后浇带,其中1#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#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剪力墙布置,就不可避免地采用转换层过渡,由此带来的不合理性有:(1)上部剪力墙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)《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)对上,下层刚度比的限值使下部剪力墙数量无限增加,(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#楼下部采用框架-剪力墙结构,上部住宅采用短肢剪力墙,根据建筑平面布置,利用电梯间,管道井和楼梯间设置剪力墙,形成筒体直至屋面,在房间转角部位设短肢剪力墙,结合建筑的使用功能,使下部柱网与上部住宅部份的短肢剪力墙均能对应布置,不设转换层。(见图2)
图2
4.3主要构件
(1)竖向构件。
方柱600×600,核心筒地下室部分墙厚250,1~13层墙厚200,短肢剪力墙墙厚200,长度一般为1.0~1.3m.。
(2)水平构件。三层楼面处转换梁550×700~550×900,板厚200,双向双层配筋,3层以上短肢剪力墙连梁200×300~200×600。
图3
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:Qx=753.7507KN,Qy=754.0043KN
最大层间位移与层高之比:△ux/h=1/6866,△uy=1/6490
结构顶点位移与总高度之比: ux/H=1/7069,uy/H=1/6671
计算结果均满足规范要求。
5. 构造措施
(1) 柱,梁和短肢剪力墙连接部位设计:柱与短肢剪力墙连接处应按照“能通则通”的原则,使柱中部份受力钢筋延伸至底层短肢剪力墙墙顶,短肢剪力墙的竖向钢筋在梁内的锚固长度≥La(见图3)。
(2) 最底层的短肢剪力墙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条对剪力墙加强区的最小配筋率要求,第5.3.16条剪力墙端部,暗柱底部加强区最小配筋率要求和第5.3.17条对剪力墙小墙肢的配筋要求。
(3) 为确保短肢剪力墙的安全,其暗柱箍筋适当加大,2层框架柱即短肢剪力墙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) 三层楼板厚取180,按双层双向配筋,适当提高配筋率,以增加其平面内刚度。
(5) 连梁均参照框架结构在箍筋加密区做箍筋加密设计。
(6) 为保证屋面尽可能少地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。
5. 结语
随着新型墙体材料的不断开发和应用,短肢剪力墙结构体系在小高层住宅中的应用将有着广阔的发展前景。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002,J186-2002)
[2]混凝土结构设计规范(GB50010-2002)
[3]建筑抗震设计规范(GB50011-2001)
[4]广厦建筑结构CAD之高层建筑三维(墙元)分析程序SSW。广东省建筑设计研究院
[5]张晋,吕志涛,冯键,异形柱框轻和短肢剪力墙住宅结构体系。建筑结构,2001,31(7)
[文章编号]1006-7619(2010)02-26-112