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高层建筑底部大开间剪力墙结构设计论文

关于高层建筑底部大开间剪力墙结构设计的探讨 【摘要】本文主要针对高层建筑底部大开间剪力墙结构从方案 选取到施工图设计中的一些具体问题,重点讨论了结构选型,整体 计算模型的分析,转换构件的设计与构造,最后对转换结构进行了 小结。 【关键词】转换层;转换构件设计;计算模型 1.构造选型与布置 目前在工程中应用转换层的主要结构形式有:梁(墙梁)式、空 腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式等。从结构传力方式看,梁式 转换层具有传力直接、 传力途径清楚的优点。 同时转换梁构造简单、 施工方便,经综合分析,较为经济合理。结合本工程实际情况,由 于上部住宅剪力墙间距长短很不规则,但下部功能为办公及商铺, 空间划分可以较为灵活,对空间的开敞和完整性要求并不十分严 格。这样,落地剪力墙的位置和走向,框支柱的数量和间距,可尽 量与上部剪力墙对齐,凡落在下部过道及影响功能空间正常使用的 剪力墙通过框支柱转换大梁进行转换。在比较分析后,本工程采用 梁式转换。本工程柱距 3~6m 左右,柱网较密,转换梁的截面高度 不需要过大,对净高影响较小。 2.整体分析 根据《高规》5.1.12 条,在弹性分析阶段采用了 satwe、pmsap 两 种程序对结构进行了整体计算及分析对比,见表 1~表 2。 表 1 周期 表 2 刚度 从以上比较可以看出,两种计算软件分析结构是基本一致的。说 明分析结果是可信的,可以作为施工图的依据。 3.转换构件的设计及构造 3.1 转换梁 本工程转换梁上部墙体分布形式大致可分为满跨和不满跨两种, 除采取 satwe、pmsap 进行整体分析计算外,还采用 feq 对其进行 局部有限元的计算。 以一根截面为 700mm×1300mm、跨度为 3700mm 的上部墙体满跨的 框支梁为例。satwe 的计算结果是上部纵筋面积为 25cm2,下部纵 筋面积为 47cm2,箍筋面积为 9.0cm2;feq 的计算结果是梁为对称 配筋,一边纵筋面积为 42cm2,箍筋面积为 16.0cm2。 结果表明:对于上部墙体满跨的框支转换梁,用有限元程序 feq 局部分析计算的转换梁内力与 satwe、pmsap 整体分析计算的结果 是有差异的。墙与转换梁作为一个整体共同受力变形,类似于深梁 或带拉杆拱的受力。转换梁位于整体弯曲的受拉翼缘,转换梁中就 会出现轴向拉力。同时拱的传力作用,使得上部墙体的竖向荷载, 传到转换梁上部一定高度时,开始以斜向荷载的形式向梁的端部集 中,越接近转换梁,倾角越大,形成拉力区,使转换梁弯矩减少、 轴向拉力增大。satwe、pmsap 等进行整体结构内力分析时,剪力墙 肢按墙单元考虑,转换梁柱按一般杆单元处理,墙肢与转换梁在单 元节点处连接,粗略考虑转换梁与上部墙体的共同工作;而梁有限 元分析程序(如 feq)是在整体空间分析程序的计算基础上,将转 换梁上部墙体 3~4 层以及以下部 1~2 层的范围取出,进行有限元 分析。因为这两种方法,单元模型 划分方法不同,所以计算结果 有一定差异。为了安全可靠,又采用手算进行校核。 初步确定转换梁尺寸时,转换梁支座截面处剪力设计值 vmax 可按 下式取用:当转换梁上部墙体满跨不开洞或开较少洞口时,可取 v= (0.25~0.35)g;当转换梁上部墙体一侧满跨,另一侧不满跨时, 可取 v=(0.35~0.45)g;当转换梁上部墙体两侧不满跨或转换梁 上部托柱时,可取 v=(0.5~0.6)g;式中 g 为转换梁上所受到的 全部重力荷载设计值。 将 satwe 计算出的转换梁上一层墙体竖向荷载恒+活的标准值 nqk(kn),折成均布荷载 qk(kn/m) ;地震作用下的各振型组合计算 的标准值 nek(kn)和 mek(kn·m) ,把 nek 折成均布荷载 q′ek (kn/m),把 mek 折成两个三角形竖向荷载 q″ek。 对于上部墙体为满跨或开小洞口的转换梁应按深受弯构件计算。 深梁截面高度可取转换梁顶以上转换梁净跨范围内的墙体与转换 梁一起组成倒“t”形深梁高度。对于上部墙体不满跨或开洞较大、 较多不规则的转换梁按普通梁的截面设计方法进行配筋计算。 本工程转换梁的主要截面取 600mm×1200mm~800mm×1500mm,纵 筋配筋率不小于 0.5%,跨度小于 6m 的上部纵筋沿梁全长贯通,大 于 6m 的上部纵筋沿梁全长贯通,下部纵筋全部直通柱内,沿梁腹 部设置? 18@200 的腰筋。转换梁的截面尺寸通常由其受剪承载力 控制,故剪压比控制在 0.15 以内,箍筋全长加密。对于梁高受限 的转换梁采取了竖向加腋的方法,不宜采用梁搭梁的间接传力形 式,且上部墙体应尽可能落到转换梁上,避免大梁受到很大扭矩。 3.2 框支柱 框支柱的截面主要取 800mm×800mm~900mm×900mm。为了提高构 件在地震作用下的延性和耗能力,以及考虑到“强剪弱弯”的原则, 本工程框支柱的轴压比控制在 0.5 以内。大部分框支柱剪跨比控制 到大于 2.0,短柱控制到大于 1.5。由于层高受限,个别短柱λ < 1.5,设芯柱予以加强。 3.3 落地剪力墙 落地剪力墙厚度 250mm~400mm,落地剪力墙百分比为 41%,根据 《高规》10.2.5 条,剪力墙底部加强部位的抗震等级提高一级,为 一级。 《高规》10.2.15 条,剪力墙底部加强部位墙体水平和竖向分 布筋配筋率不小于 0.3%; 《建筑抗震设计规范》 (gb50011-2001) 6.2.11 条,一级落地抗震墙底部加强部位拉筋直径不小于 8mm,水 平和竖向间距分别不大于该方向分布筋间距 2 倍和 400mm 的较小 值; 《高规》10.2.6 条,特一、一、二级转换构件水平地震作用计 算内力应分别乘以增大系数 1.8、1.5、1.25。采取以上措施以确保 剪力墙的塑性铰出现在转换层以上。 3.4 框支梁上一层墙体 框支梁墙体加强区范围内配筋按照《高规》10.2.13 条。当转换梁 承托上部墙

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