高層住宅中錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

高層住宅中錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)摘要：本文以高層錯(cuò)層住宅為研究對(duì)象，討論了結(jié)構(gòu)錯(cuò)層對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)?蘭的影響。結(jié)合桌高，住宅工程實(shí)例。對(duì)錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算、抗震措施作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：錯(cuò)層結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)；抗震措施近年來(lái)，人們生活水平不斷提高，對(duì)居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，錯(cuò)層式住宅以其空間高低錯(cuò)落有致、使用合理、居住舒適等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞，這種錯(cuò)層式住宅多采用剪力墻結(jié)構(gòu)。但是錯(cuò)層結(jié)構(gòu)是一種對(duì)抗震不利的結(jié)構(gòu)形式，錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)使剪力墻形成錯(cuò)洞墻，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度不規(guī)則，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有不利影響，尤其對(duì)平面不規(guī)則和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)破壞特別嚴(yán)重。JGJ3—2002《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）建議在抗震設(shè)計(jì)時(shí)高層建筑宜避免錯(cuò)層，同時(shí)也對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了一些規(guī)定。本文介紹了錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究?jī)?nèi)容，并結(jié)合某高層住宅錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)工程實(shí)例，簡(jiǎn)單闡述錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、建模計(jì)算以及抗震構(gòu)造措施等設(shè)計(jì)方法。2．錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究研究［1］表明，對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，一般認(rèn)為其不利的因素主要源于兩個(gè)方面：一是由于樓板被分成數(shù)塊，目．相互錯(cuò)置，在錯(cuò)層構(gòu)件中產(chǎn)生很大的變形和內(nèi)力，削弱了樓板協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體受力的能力；二是由于樓板錯(cuò)層，使得錯(cuò)層交接部位形成豎向短構(gòu)件，可能在同向受力中因錯(cuò)層構(gòu)件剛度大而產(chǎn)生內(nèi)力集中，不利于抗震。短構(gòu)件問(wèn)題主要是針對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)，其不利于抗震的震害表現(xiàn)也多出現(xiàn)在多層框架中。對(duì)于以剪力墻為主要受力構(gòu)件的高層住宅，規(guī)則的錯(cuò)層對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響有限，影響主要在于兩側(cè)有錯(cuò)層連梁相連的墻體。結(jié)構(gòu)的錯(cuò)層會(huì)增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，錯(cuò)層構(gòu)件在結(jié)構(gòu)整體中所占的比例越大，則整體側(cè)向剛度增加幅度越大，但剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度增加的幅度相比于框架結(jié)構(gòu)要小。如圖1所示，相互錯(cuò)層的相鄰樓板A和B僅由中間的錯(cuò)層柱或墻相聯(lián)系，相比較平面剛度極大的樓板，錯(cuò)層柱或墻的彎剪剛度是個(gè)極小值，當(dāng)結(jié)構(gòu)受力時(shí)，結(jié)構(gòu)兩部分將產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形，可能會(huì)在錯(cuò)層柱或墻中形成較大的內(nèi)力，錯(cuò)層柱或墻的受力與兩部分的均勻性有關(guān)。錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究表明III,由于錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)整體成彎曲破壞．根據(jù)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和靜力試驗(yàn)破壞結(jié)果，錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)與一般剪力墻結(jié)構(gòu)無(wú)大的區(qū)別。由此可知，錯(cuò)層對(duì)剪力結(jié)構(gòu)體系得影響有限，錯(cuò)層剪力結(jié)構(gòu)通過(guò)結(jié)構(gòu)的合理布置和結(jié)構(gòu)措施的加強(qiáng)，可以滿足抗震設(shè)計(jì)的要求。圖1錯(cuò)層結(jié)構(gòu)及錯(cuò)層相對(duì)變形3．工程實(shí)例3．1工程概況長(zhǎng)安相府高層住宅小區(qū)位于西安市長(zhǎng)安區(qū)，其中4號(hào)樓為錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)。該工程建筑平面布置為一字型（如圖2）,建筑物長(zhǎng)度約為69m,寬度約為12.6m,建筑主體高度52.1m,共18層，加上屋頂以上塔樓的高度后，建筑的總高度為55.8m,高寬比為4.43。規(guī)范要求，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距為45m，綜合考慮變形縫設(shè)置要求，該建筑變形縫寬度取200mm，將建筑物分成A、B、c三個(gè)單元，如圖2所示（陰影處為錯(cuò)層區(qū)域）。建筑剖面圖見(jiàn)圖3,住宅屢鬲為2?9m，上部結(jié)構(gòu)各標(biāo)高之間相差1.45m。該工程為丙類建筑，建筑場(chǎng)地類別為II類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地特征周期為T(mén)g=0.35S，罕遇地震作用的水平地震影響系數(shù)最大值為0.72。計(jì)算時(shí)基本風(fēng)壓按50年重現(xiàn)期取0.40KN／m2.圖2標(biāo)準(zhǔn)層平面圖（單位：阿）3.2計(jì)算模型由圖2可以看出，該工程被變形縫分成A、B、C三個(gè)單元，其中A和C單元對(duì)稱，因此我們只需建立A和B兩個(gè)計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算?！陡咭?guī)》指出，錯(cuò)層兩側(cè)宜采用結(jié)構(gòu)布置和側(cè)向剛度相近的結(jié)構(gòu)體系。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)中，錯(cuò)開(kāi)的樓層應(yīng)各自參加結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，不應(yīng)該并為一層計(jì)算。本工程采用全澆剪力結(jié)構(gòu)體系，計(jì)算軟件以STAWE為主進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，以PMSAP進(jìn)行校對(duì)。建模時(shí)圖3所示各標(biāo)高處均按獨(dú)特立的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)層輸入，錯(cuò)層處剪力墻厚度取250mm，與之相連的墻體厚度也取250ram。文獻(xiàn)［3］指出，錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)墻體應(yīng)盡量帶有較大的翼緣，一是可以增加墻體的穩(wěn)定性，二是增加了墻體的抗震承載力和延性，對(duì)抗震有利。所建模型中幾乎所有墻體都帶有較大的翼緣，以增強(qiáng)墻體的穩(wěn)定性和抗震能力。文獻(xiàn)［3］指出，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性分析時(shí)，分別采用彈性樓板和剛性樓板模擬結(jié)構(gòu)的錯(cuò)層樓板，發(fā)現(xiàn)兩種計(jì)算方法的結(jié)果差異不大。振型分解反應(yīng)譜分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)在常遇地震作用下錯(cuò)層位置樓板會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，而位移、基底剪力等指標(biāo)滿足規(guī)范抗震要求。設(shè)計(jì)中用SATWE和PMSAP計(jì)算時(shí)，分別考慮錯(cuò)層樓板為剛性樓板和彈性樓板，發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果確實(shí)差異不大。3.3計(jì)算結(jié)果A單元模型的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，B單元的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。表1A單元模型的計(jì)算結(jié)果周期底層剪重比最大屢問(wèn)位移程序名第一平撼一扭T扭轉(zhuǎn)/（大于2.4%）（小于1/1000）動(dòng)周期轉(zhuǎn)周期T平動(dòng)X向Y向X向地震Y向地震X向鳳Y向風(fēng)SATWE1.630311.12690.69122.44%2.6%1/13131/11841/45601/3088PMSAP.66951.10650.66282.45%土43%1/14171/lls31/4$001/2684表2B單元模型的計(jì)算結(jié)果程序名周期底層剪重比(大于2.4%)最大層問(wèn)位移(小于1/1000)第一平動(dòng)周期第一扭~RIPIT扭轉(zhuǎn)，T平動(dòng)X向Y向X向地震Y向地震X向風(fēng)Y向風(fēng)SATWE1.4323l.00860.6743.02%2.87%1/1535U15lI1/56831/3589PmsAP1.48190.999652.86%3.06%l/1552I/17781/51351/4035兩種程序的計(jì)算結(jié)果相差不大，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了保障。3．4抗震構(gòu)造措施對(duì)于錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)，《高規(guī)》中指出，錯(cuò)層處平面外受力的剪力墻截面厚度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于250mm，并應(yīng)設(shè)置與之垂直的墻肢或扶壁柱；抗震等級(jí)應(yīng)提高一級(jí)采用。錯(cuò)層處剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30,水平和豎向分布鋼筋的配筋率抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0．5％。本例參考了大量的相關(guān)文獻(xiàn)及其規(guī)范的要求，在建筑專業(yè)允許的前提下，設(shè)置變形縫，將建筑分為三個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在錯(cuò)層處的剪力墻加厚，厚度取250mm，并讓墻體帶有較大的翼緣，增強(qiáng)墻體的延性和穩(wěn)定性。錯(cuò)層處剪力墻抗震等級(jí)提高一級(jí)，按二級(jí)考慮?；炷翉?qiáng)度等級(jí)在底部加強(qiáng)區(qū)為C35,上部為C30。4．結(jié)論錯(cuò)層結(jié)構(gòu)造成平面樓板不連續(xù)，豎向構(gòu)件應(yīng)力集中，是一種對(duì)抗震不利的結(jié)構(gòu)形式，但錯(cuò)層對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)體系的影響有限，錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)通過(guò)結(jié)構(gòu)的合理布置和構(gòu)造措施的加強(qiáng)，可以滿足抗震設(shè)計(jì)的要求。錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，考慮結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，合理的布置結(jié)構(gòu)平面，采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，可以很好的保證結(jié)構(gòu)的安全性，確保收到良好的經(jīng)濟(jì)效果。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及參考文獻(xiàn)［1］ 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