淺析高層住宅錯層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

■武曉軍 ■山西華鼎建筑設(shè)計有限公司，山西 太原 030002

1 引言

在建筑結(jié)構(gòu)中，如果采用樓板錯層的方式會對結(jié)構(gòu)的受力產(chǎn)生不利的影響，因此一般情況下是不設(shè)置錯層結(jié)構(gòu)的。但是隨著房地產(chǎn)的發(fā)展，為了有效的對建筑空間進行充分的利用，以滿足多樣化的使用功能要求，常常會將一些輔助房間的層高設(shè)計的較低，這樣就會在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生錯層結(jié)構(gòu)形式。對于這種錯層結(jié)構(gòu)形式往往會采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系。錯層結(jié)構(gòu)不僅會削弱樓板結(jié)構(gòu)整體受力的性能，同時還會使部分豎向受力構(gòu)件出現(xiàn)剛度大，延性差的問題，這在水平荷載的作用下會產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題，不利于結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2 工程概況

本工程為某市一住宅小區(qū)。該小區(qū)地上部位為26層，層高為3m，總高度為78．34m，地下部位為3層。如表1所示為本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)。本工程的基本采用梁筏基本。如圖1所示為標(biāo)準(zhǔn)層的剖面圖。

表1 本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層的剖面圖

3 計算思路

(1)根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求可以知道本工程屬于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，因此需要進行超限論證，本工程屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則。

(2)根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求，本工程選取性能化指標(biāo)C，即小震下滿足性能水準(zhǔn)1a的要求，中震下滿足性能水準(zhǔn)2的要求。整個結(jié)構(gòu)按照非線性分析的方式進行計算，允許部分部位接近屈服，但是不得出現(xiàn)脆性破壞現(xiàn)象，對于各個構(gòu)件的細部抗震構(gòu)造至少需要滿足中等延性的要求。

(3)當(dāng)對本工程結(jié)構(gòu)體系進行多遇地震下結(jié)構(gòu)計算時，應(yīng)采用CQC法進行驗算。在中震作用下，結(jié)構(gòu)中的薄弱部位或者重要部位的構(gòu)件不發(fā)生屈服的問題。同時采用彈性動力時程分析進行補充計算。

(4)根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用兩種不同的結(jié)構(gòu)分析軟件進行計算。因此對于本工程結(jié)構(gòu)體系的計算分析采用SATWE和ETABS兩種軟件進行對比分析，并在綜合判定的基礎(chǔ)上，選取計算軟件的包絡(luò)圖進行配筋計算。

4 多遇地震下結(jié)構(gòu)計算

(1)當(dāng)對多余地震下結(jié)構(gòu)進行時，采用振型分解法CQC。根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求，對于錯開的樓層應(yīng)各自參加結(jié)構(gòu)整體的計算，不應(yīng)將其合并為一層進行計算。每個9m高的范圍內(nèi)應(yīng)按照4個樓層進行輸入，4個樓層的高度分別為3m、4．5m、6m以及9m。

(2)計算參數(shù)。如表2所示為本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的基本參數(shù)。

表2 工程結(jié)構(gòu)計算參數(shù)選取

(3)計算結(jié)果。如表3所示為本工程結(jié)構(gòu)振型計算結(jié)果。結(jié)構(gòu)第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期之間的比值為0．623，根據(jù)規(guī)范的要求該比值應(yīng)控制在0．9以內(nèi)，因此能夠滿足規(guī)范的要求。X、Y兩個方向的地震作用下的樓層的最大位移分別為1/1782和1/2304，但是由于沒有明顯的層，因此可以認(rèn)定在本次計算中所顯示的最大位移與平均位移的比值與實際工程情況存在一定的出入。為了解決這一問題，決定選取幾個具有代表性的點進行分析，計算出每個點的位移，并描繪處代表點位移的變化情況。本層與上一層的承載力之比最小值為0．94，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，需要控制在0．8以上，因此滿足規(guī)范的要求。但是由于采用PKPM計算所得到的結(jié)果與實際情況存在一定的出入，因此需要采用另一種軟件ETABS對其進行計算，并將兩個層中本是一片混凝土的墻體進行編號合并，通過該軟件的計算結(jié)果可以知道層剛比能夠滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

表3 結(jié)構(gòu)振型計算結(jié)果

5 中震地震下結(jié)構(gòu)計算

在本工程結(jié)構(gòu)計算中，對中震地震下結(jié)構(gòu)進行計算，按照不屈服的原則進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在SATWE軟件分析中，所輸入的多遇地震影響因素最大值為0．33，同時將剪力墻和框架的抗震等級選取為4級，其余的參數(shù)與前文分析計算中所選取的參數(shù)相同。按照總剛法進行結(jié)構(gòu)的計算。根據(jù)計算結(jié)果，以判定結(jié)構(gòu)體系在中震作用下是否發(fā)生破壞。通過計算結(jié)果的分析可以知道，本工程錯層處的墻體在中震下沒有出現(xiàn)屈服，處于完好的狀態(tài)，同時其余部分的一般墻體同樣沒有出現(xiàn)剪切破壞的問題。

6 彈性動力時程分析

選取3組地震波進行本工程結(jié)構(gòu)的彈性動力時程分析，分別為RH2TG035、TH2TG035、以及TH4TG035。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求每條時程曲線計算所得到的結(jié)構(gòu)底部地震剪力墻應(yīng)控制在CQC法計算底部地震剪力的65%以上，多條時程曲線計算所得到的底部地震剪力平均值應(yīng)控制在CQC法計算底部地震剪力的80%以上。將多條時程曲線的各層地震剪力平均值與CQC法的各層地震剪力進行比值，并在各層墻、梁的配筋計算中考慮此數(shù)值的影響，即可最終確定施工圖中的配筋。

7 構(gòu)造措施

(1)根據(jù)工程的具體情況對錯層處的剪力墻厚度進行適當(dāng)?shù)募雍裉幚怼＝Y(jié)構(gòu)從上到下對于錯層處的剪力墻均按照約束邊緣構(gòu)件進行考慮。

(2)根據(jù)工程的具體情況各個樓層的樓板厚度進行適當(dāng)?shù)脑龃蟆Ｃ繉訕前寰凑针p層雙向進行配筋。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，每個方向單層鋼筋的配筋率應(yīng)控制在0．3%以上。

(3)對于與錯層墻體相連的連梁應(yīng)適當(dāng)?shù)膶ζ渑浣钸M行加密處理，同時應(yīng)根據(jù)工程的具體情況減小連梁的跨度，并適當(dāng)?shù)脑龃筮B梁的截面。

(4)根據(jù)中震屈服計算結(jié)果對錯層處的剪力墻進行配筋計算。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，錯層處墻體的配筋應(yīng)按照0．6%進行配筋。

(5)對于錯層處的剪力墻抗震等級應(yīng)比普通的剪力墻抗震等級提高一級，在本工程中按照一級抗震等級進行考慮。

8 結(jié)果評定

通過軟件計算所確定的措施和按照構(gòu)造要求要所確定的措施對本工程錯層剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，能夠確保各個階段錯層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計性能滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計的要求。

(1)在多遇地震作用下，本工程錯層剪力墻結(jié)構(gòu)體系的各項技術(shù)指標(biāo)均能夠滿足相關(guān)規(guī)范的要求，同時采用彈性時程分析對其進行補充計算，并且還采用了ETABS計算軟件進行論證。

(2)在中震地震作用下，錯層處剪力墻能夠滿足規(guī)范的要求，同時次要構(gòu)件及耗能構(gòu)件沒有出現(xiàn)剪切屈服的現(xiàn)象。

9 結(jié)語

針對當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)中存在錯層情況，應(yīng)當(dāng)考慮樓板錯層對結(jié)構(gòu)的受力所產(chǎn)生的不利影響。錯層結(jié)構(gòu)不僅會削弱樓板結(jié)構(gòu)整體受力的性能，同時還會使部分豎向受力構(gòu)件出現(xiàn)剛度大，延性差的問題。文章通過結(jié)合某高層住宅實例，該工程存在錯層結(jié)構(gòu)，屬于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則。對本工程結(jié)構(gòu)體系的計算分析采用SATWE和ETABS兩種軟件進行對比分析，并在綜合判定的基礎(chǔ)上，選取計算軟件的包絡(luò)圖進行配筋計算。從結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果表明，層剛比能夠滿足相關(guān)規(guī)范的要求;同時提出加強構(gòu)造措施，為同類工程提供參考實例。

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［2］陳斌，孫繼臣．某高層建筑中錯層結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)用［J］．廣東土木與建筑，2009(05):52 －56．

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