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高层建筑剪力墙结构安全度的探讨

作者:临沂鹏程木业  来源:http://www.jianliqiang.net  发布时间:2020-08-26 08:40     浏览次数 :

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  高层建筑剪力墙结构安全度的探讨

  林坚洪

  林坚洪高要市纵横建筑设计有限公司广东高要526100

  摘要:本文主要针对剪力墙结构的安全度展开了探讨,通过结合具体的工程实例,对高层住宅剪力墙结构设计的变化作了系统的分析,并对剪力墙结构的安全度作了深入的研究,以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

  关键词:剪力墙结构;安全度;分析
 

建筑剪力墙结构


  0 前言随着现代建筑产业的发展,建筑结构安全度的有效控制,将直接关系着工程质量控制、造价管理等诸多环节。而剪力墙作为建筑中重要的结构形式之一,做好对其安全度的控制对建筑整体抗震性能的提高有着极大帮助。基于此,本文就剪力墙结构的安全度进行了探讨,相信对有关方面的需要能有一定帮助。

  1 高层住宅剪力墙结构设计的变化

  1.1 平面布置的变化20 世纪八、九十年代的高层住宅剪力墙结构特点是平面形状规则、多为点式住宅、开间较小、墙体布置较多、结构整体刚度较大。2000 年前后,随着人们对居住条件要求的提高,条式住宅越来越多,剪力墙住宅平面布置越来越多样化,含有短肢剪力墙的高层住宅剪力墙逐渐增多,开间也越来越大,墙体相应减少,而且在剪力墙结构的布置中,短肢剪力墙所占全部剪力墙的比重不断增加,有时甚至达到50%。

  1.2 计算模型的变化钢筋混凝土高层住宅剪力墙结构是复杂的三维空间结构,形状变化多,且体系复杂。随着计算机技术的发展,剪力墙结构的计算方法也越来越符合工程实际情况,精确度逐步提高,从简化的平面分析方法,到较为合理的协同工作分析方法,再到更为准确、方便的三维空间分析方法。三维空间分析方法主要有三种模型,第一种是最开始采用的空间杆系模拟柱、梁单元,采用薄壁杆件模拟剪力墙单元,主要应用程序如TBSA,TAT。其优点是自由度少,但实际工程中的剪力墙难以满足薄壁杆理论的基本假定,应用受到局限,主要表现在:1)对于平面过于复杂的墙体要用洞口划分为若干独立的墙肢;2)对于带边框柱的剪力墙,边框柱的翼缘不能考虑;3)局部不规则开洞的剪力墙计算时要按规则布置考虑,在构造上予以加强。

  第二种模型是基于薄板理论的结构有限元分析软件,采用板单元模拟剪力墙,由于没有考虑剪力墙的平面外刚度及几何尺寸的影响,对于带洞口的剪力墙误差较大。第三种模型是基于壳元理论的三维组合结构有限元分析,壳元具有平面内刚度和平面外刚度,采用壳元模拟剪力墙和楼板,可以较好地反映其实际受力状态,分析精度高。目前应用最为广泛的SATWE 计算软件采用空间杆单元模拟柱、梁及支撑构件,采用壳元凝聚成的墙元模拟剪力墙,能较好地模拟工程中带有矩形洞口的剪力墙的实际受力状态,楼板则可根据实际状况采用刚性楼板或弹性楼板。

  1.3 规范关于剪力墙抗震措施的变化各版规范关于高层剪力墙结构的最大适用高度变化见表1,表1 括号内数值为采用较多短肢剪力墙的剪力墙结构的最大适用高度;抗震等级对应的高度变化见表2。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)(简称2001规范)、《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)(简称2010 规范)将高层建筑结构的最大适用高度分为A 级和B 级。

  《建筑抗震设计规范》(GBJ11—89)(简称89 规范)剪力墙的底部加强区为墙肢总高度的1/8,关于剪力墙的厚度规定:按一级抗震等级设计时不应小于楼层高度的1/20,且不应小于160mm,按二、三、四级抗震等级和非抗震设计时不应小于楼层高度的1/25,且不应小于140mm。

  2001 规范规定剪力墙的底部加强部位的髙度可取墙肢总高度的1/8 和底部2 层二者的较大值,关于剪力墙的厚度规定:按一、二级抗震等级设计时,底部加强部位不应小于楼层层高或剪力墙无肢长度的1/16,且不应小于200mm,其他部位不应小于楼层高度或剪力墙无肢长度的1/20,且不应小于160mm,按三、四级抗震等级设计时底部加强部位不应小于楼层高度或剪力墙无肢长度的1/20,且不应小于160mm,其他部位不应小于楼层髙度或剪力墙无肢长度的1/25,且不应小于160mm。

  2010 规范规定剪力墙的底部加强部位的髙度可取底部2 层和墙体总高度的1/10 二者的较大值,关于剪力墙的厚度规定:按一、二级抗震等级设计时,底部加强部位不应小于200mm,其他部位不应小于160mm,按三、四级抗震等级设计时不应小于160mm,2010 规范对底部加强部位及剪力墙厚度的要求均有所降低,取消了2001 规范“不应小于楼层髙度或剪力墙无肢长度的1/16(1/20)”的规定。

  89 规范尚未采用短肢剪力墙,2001 规范规定短肢剪力墙构件的抗震等级提髙一级,2010 规范取消了此规定,规定水平地震力作用下短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%,当有短肢剪力墙时房屋的最大适用高度适当降低。2010 规范对短肢剪力墙的抗震等级要求有所降低。

  1.4 边缘构件配筋的变化《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)(简称JGJ3—91 规程)要求一级、二级、三级剪力墙底部加强区的配筋率分别为1.5%,1.2%,0.5%;其他部位的配筋率分别为1.2%,1.0%,0.5%。

  《髙层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)(简称JGJ3-2002 规程)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)(简称JGJ3—2010规程)提出了约束边缘构件的概念。JGJ3-2010 规定底部墙肢轴压比大于规定值时,在底部加强部位及相邻的上一层设置约束边缘构件。要求一级、二级、三级剪力墙约束边缘构件的配筋率分别为1.2%,1.0%,1.0%。一级、二级、三级构造边缘构件底部加强部位的配筋率分别为1.0%,0.8%,0.6%;其他部位的配筋率分别为0.8%,0.6%,0.5%。

  比较一、二级剪力墙边缘构件,按2001 规范设计计算比按89 规范设计抗震措施降低很多,2010 规范对剪力墙的抗震措施又有所降低。

  2 应用2010 规范进行高层住宅剪力墙结构设计实例

        2.1 工程实例1工程实例1 为某髙层住宅剪力墙结构,建筑面积为29000m2,地下2层,地上29 层,主体结构总髙度为89.0m,2009 年设计,依据2001 规范及JGJ3-2002 规程。该建筑结构安全等级为二级;地基基础设计等级为甲级;抗震设防类别为标准设防类(丙类);所在区域抗震设防烈度为7 度第一组,设计基本地震加速度为0.10g,场地类别为II 类;剪力墙抗震等级二级。以边缘构件AZ7 为例,截面尺寸、配筋见图1 及表3。

  2.2 工程实例2工程实例2 为某髙层住宅剪力墙结构,建筑面积为33000m2,地下2层,地上28 层,地面以上主体结构总髙度为82.7m,2011 年设计,依据2010 规范及JGJ3-2010 规程。该建筑结构安全等级为二级;地基基础设计等级为甲级;抗震设防类别为标准设防类(丙类);所在区域抗震设防烈度为7 度第一组,设计基本地震加速度为0.10g,场地类别为Ⅱ类;剪力墙抗震等级二级,嵌固部位位于地下室顶板,底部加强部位为地下室至地上3 层,约束边缘构件部位为地下室至地上4 层。以边缘构件YBZ24(GBZ24)为例,截面尺寸、配筋见图2 及表4。根据计算,边缘构件均为构造配筋,按规范用B12 即可,该工程为提高结构安全度,将构造边缘构件分为

  2.3 工程实例1,2 剪力墙(边缘构件)配筋对比分析工程实例1,2 中两栋住宅结构高度相差不大,抗震设防及场地土情况相同,从表3,4 可以看出,工程实例1 中AZ7 配筋远大于工程实例2 中YBZ24(GBZ24),实例1 结构安全度要大于实例2。

  3 结束语综上所述,剪力墙结构安全度的合理设计和优化布置对建设抗震性能提高具有重要的意义。在高层建筑剪力墙结构设计时,除了满足建筑的使用功能要求之外,还要使结构体系更加合理,应从建筑功能、结构受力、设备使用等多方面入手进行结构的选型和柱网布置,从而满足建筑结构合理的使用要求。

  参考文献:[1]黄春明.试论建筑结构设计安全度[J].中国科技信息.2009(16).[2]姜学诗.剪力墙结构设计中有关问题的探讨[J].建筑结构.2003(12).

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