淺析高層住宅錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■武曉軍 ■山西華鼎建筑設(shè)計(jì)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(cuò)層的方式會(huì)對(duì)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(cuò)層結(jié)構(gòu)的。但是隨著房地產(chǎn)的發(fā)展，為了有效的對(duì)建筑空間進(jìn)行充分的利用，以滿(mǎn)足多樣化的使用功能要求，常常會(huì)將一些輔助房間的層高設(shè)計(jì)的較低，這樣就會(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生錯(cuò)層結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于這種錯(cuò)層結(jié)構(gòu)形式往往會(huì)采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)不僅會(huì)削弱樓板結(jié)構(gòu)整體受力的性能，同時(shí)還會(huì)使部分豎向受力構(gòu)件出現(xiàn)剛度大，延性差的問(wèn)題，這在水平荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中的問(wèn)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(jì)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(jì)的基本參數(shù)

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層的剖面圖

3 計(jì)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(jìn)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(mǎn)足性能水準(zhǔn)1a的要求，中震下滿(mǎn)足性能水準(zhǔn)2的要求。整個(gè)結(jié)構(gòu)按照非線(xiàn)性分析的方式進(jìn)行計(jì)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(duì)于各個(gè)構(gòu)件的細(xì)部抗震構(gòu)造至少需要滿(mǎn)足中等延性的要求。

(3)當(dāng)對(duì)本工程結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行多遇地震下結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用CQC法進(jìn)行驗(yàn)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(wèn)題。同時(shí)采用彈性動(dòng)力時(shí)程分析進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。

(4)根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，對(duì)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(jìn)行計(jì)算。因此對(duì)于本工程結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算分析采用SATWE和ETABS兩種軟件進(jìn)行對(duì)比分析，并在綜合判定的基礎(chǔ)上，選取計(jì)算軟件的包絡(luò)圖進(jìn)行配筋計(jì)算。

4 多遇地震下結(jié)構(gòu)計(jì)算

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

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

表2 工程結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)選取

(3)計(jì)算結(jié)果。如表3所示為本工程結(jié)構(gòu)振型計(jì)算結(jié)果。結(jié)構(gòu)第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)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?xún)?nèi)，因此能夠滿(mǎn)足規(guī)范的要求。X、Y兩個(gè)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(méi)有明顯的層，因此可以認(rèn)定在本次計(jì)算中所顯示的最大位移與平均位移的比值與實(shí)際工程情況存在一定的出入。為了解決這一問(wèn)題，決定選取幾個(gè)具有代表性的點(diǎn)進(jìn)行分析，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的位移，并描繪處代表點(diǎn)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(mǎn)足規(guī)范的要求。但是由于采用PKPM計(jì)算所得到的結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的出入，因此需要采用另一種軟件ETABS對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，并將兩個(gè)層中本是一片混凝土的墻體進(jìn)行編號(hào)合并，通過(guò)該軟件的計(jì)算結(jié)果可以知道層剛比能夠滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的要求。

表3 結(jié)構(gòu)振型計(jì)算結(jié)果

5 中震地震下結(jié)構(gòu)計(jì)算

在本工程結(jié)構(gòu)計(jì)算中，對(duì)中震地震下結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，按照不屈服的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(shí)將剪力墻和框架的抗震等級(jí)選取為4級(jí)，其余的參數(shù)與前文分析計(jì)算中所選取的參數(shù)相同。按照總剛法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的計(jì)算。根據(jù)計(jì)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(guò)計(jì)算結(jié)果的分析可以知道，本工程錯(cuò)層處的墻體在中震下沒(méi)有出現(xiàn)屈服，處于完好的狀態(tài)，同時(shí)其余部分的一般墻體同樣沒(méi)有出現(xiàn)剪切破壞的問(wèn)題。

6 彈性動(dòng)力時(shí)程分析

選取3組地震波進(jìn)行本工程結(jié)構(gòu)的彈性動(dòng)力時(shí)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(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算所得到的結(jié)構(gòu)底部地震剪力墻應(yīng)控制在CQC法計(jì)算底部地震剪力的65%以上，多條時(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算所得到的底部地震剪力平均值應(yīng)控制在CQC法計(jì)算底部地震剪力的80%以上。將多條時(shí)程曲線(xiàn)的各層地震剪力平均值與CQC法的各層地震剪力進(jìn)行比值，并在各層墻、梁的配筋計(jì)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(duì)錯(cuò)層處的剪力墻厚度進(jìn)行適當(dāng)?shù)募雍裉幚怼＝Y(jié)構(gòu)從上到下對(duì)于錯(cuò)層處的剪力墻均按照約束邊緣構(gòu)件進(jìn)行考慮。

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

(3)對(duì)于與錯(cuò)層墻體相連的連梁應(yīng)適當(dāng)?shù)膶?duì)其配筋進(jìn)行加密處理，同時(shí)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(jì)算結(jié)果對(duì)錯(cuò)層處的剪力墻進(jìn)行配筋計(jì)算。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，錯(cuò)層處墻體的配筋應(yīng)按照0．6%進(jìn)行配筋。

(5)對(duì)于錯(cuò)層處的剪力墻抗震等級(jí)應(yīng)比普通的剪力墻抗震等級(jí)提高一級(jí)，在本工程中按照一級(jí)抗震等級(jí)進(jìn)行考慮。

8 結(jié)果評(píng)定

通過(guò)軟件計(jì)算所確定的措施和按照構(gòu)造要求要所確定的措施對(duì)本工程錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠確保各個(gè)階段錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。

(1)在多遇地震作用下，本工程錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)體系的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能夠滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的要求，同時(shí)采用彈性時(shí)程分析對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，并且還采用了ETABS計(jì)算軟件進(jìn)行論證。

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

9 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)中存在錯(cuò)層情況，應(yīng)當(dāng)考慮樓板錯(cuò)層對(duì)結(jié)構(gòu)的受力所產(chǎn)生的不利影響。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)不僅會(huì)削弱樓板結(jié)構(gòu)整體受力的性能，同時(shí)還會(huì)使部分豎向受力構(gòu)件出現(xiàn)剛度大，延性差的問(wèn)題。文章通過(guò)結(jié)合某高層住宅實(shí)例，該工程存在錯(cuò)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(duì)本工程結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算分析采用SATWE和ETABS兩種軟件進(jìn)行對(duì)比分析，并在綜合判定的基礎(chǔ)上，選取計(jì)算軟件的包絡(luò)圖進(jìn)行配筋計(jì)算。從結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果表明，層剛比能夠滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的要求;同時(shí)提出加強(qiáng)構(gòu)造措施，為同類(lèi)工程提供參考實(shí)例。

［1］董福琳，王瓚．錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(06):227－229．

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

［3］李宏洲．錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析探討［J］．江蘇建筑，2015(04):78－80．

［4］郭劍飛，楊育人，劉秀宏．多高層錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干技術(shù)措施分析［J］．四川建筑科學(xué)研究，2011(02):35－38．