框支剪力墻設(shè)計(jì)

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[摘要] 通過對淄博市臨淄區(qū)一帶轉(zhuǎn)換層高層結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)過程的介紹，重點(diǎn)討論了結(jié)構(gòu)選型、分析計(jì)算及抗震措施，并針對框支轉(zhuǎn)換特點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)布置到關(guān)鍵構(gòu)件的選取提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。經(jīng)過多種模型、多種軟件的比較分析及彈性時(shí)程分析、框支剪力墻有限元計(jì)算表明，該工程各項(xiàng)計(jì)算比較理想，所采用的措施比較合理，設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。
[關(guān)鍵詞] 轉(zhuǎn)換層，高層，抗震設(shè)計(jì)
 
1        工程概況
凱利世龍城位于臨淄區(qū)西北部，楊坡路以東，齊興路以南。由于建筑功能要求，本小區(qū) 11#樓地上一、二層為商業(yè)用房，三層至十六層為住宅，整個(gè)建筑設(shè)二層地下室，建筑物周邊為地下車庫，車庫與11#地下室相接。11#長44.6m，寬19.1m，建筑面積1.15萬m2,建筑物室外地坪至主體檐口的高度為49.900m。工程抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，地震加速度值為0.15g，建筑場地類別為Ⅱ類。
為滿足建筑功能要求，地上一、二層應(yīng)盡量減少剪力墻、框架柱等豎向構(gòu)件，因此，在層2設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層（在層高8m處），2層以上為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。同時(shí)由于住宅部分建筑平面存在深凹口，從而使工程成為建筑平面不規(guī)則、豎向剛度變化較大的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。圖1，2分別為轉(zhuǎn)換層和住宅標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖。 
 
2        基礎(chǔ)選型和技術(shù)措施
根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，本小區(qū)場地土類型為中軟場地土，該場地為非自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為I級（輕微），濕陷性黃土厚度為9m，為消除場地濕陷性應(yīng)對地基進(jìn)行處理。地下水位于40米以下，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工不考慮地下水影響。
根據(jù)規(guī)范規(guī)定本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級，根據(jù)建筑物重要性、層數(shù)其濕陷性劃分乙類建筑物。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)特點(diǎn)基礎(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)，因其層數(shù)較多，豎向荷載大，基底壓力達(dá)到320kPa。若采用第三層黃土狀粉土為持力層，地基承載力特征值為150 kPa。由于住宅周圍為地下車庫，減小了地基承載力修正深度，天然地基經(jīng)過修正的地基承載力特征值為280 kPa，不能滿足要求。因此，需要進(jìn)行地基處理，消除地基土的濕陷性的同時(shí)使之能夠提供足夠的地基承載力，滿足結(jié)構(gòu)安全的要求。
經(jīng)過分析，采用灰土墊層或灰土樁等方法處理濕陷性黃土，存在工作量大，花費(fèi)勞動(dòng)力多，施工現(xiàn)場占地大等缺點(diǎn)。如采用灰土換填的方法，由于高層住宅上部荷載大，需換填2.5米厚才能滿足剩余濕陷量不大于規(guī)范限值的要求。若較厚的灰土換填施工，現(xiàn)場工作量很大，且灰土墊層需分層壓實(shí)，受天氣影響較大，尤其在雨季施工時(shí)，經(jīng)常因降雨導(dǎo)致工程停工，出現(xiàn)工程延期現(xiàn)象。如采用灰土樁方案，經(jīng)處理后的地基承載力強(qiáng)度達(dá)不到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要求的承載力特征值。同時(shí)由于場區(qū)地下水水位低，土層含水率低，灰土樁施工過程中須注水提高含水量，這會(huì)增加提升式夯實(shí)機(jī)施工難度，減慢施工進(jìn)度，出現(xiàn)工程質(zhì)量和工期難以控制的現(xiàn)象。
由于本場區(qū)濕陷性黃土厚度較薄，我們考慮采用消除全部濕陷性的地基處理方式，即挖除全部濕陷性黃土，增加一層地下室，將地下室層數(shù)改為三層，修正后的地基承載力特征值可達(dá)到360kPa，能夠提供足夠的地基承載力。
地下室底板考慮柱、剪力墻的沖切及內(nèi)力傳遞，采用1.0m厚平板式筏板基礎(chǔ)。由PKPM系列軟件JCCAD的樁伐有限元計(jì)算出的最大沉降量約39mm,滿足規(guī)范規(guī)定。
3 上部結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
3.1結(jié)構(gòu)布置
建筑功能要求地上一、二層為大空間商業(yè)，地上二層以上為普通住宅。為滿足建筑功能要求，住宅部分采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層為地上二層，采用梁式轉(zhuǎn)換，使整個(gè)結(jié)構(gòu)體系成為底部大空間框支-剪力墻結(jié)構(gòu)。
3.2技術(shù)措施
1.由于住宅平面局部有較大內(nèi)凹，L/Bmax=0.42，超出規(guī)程【1】限值要求，形成細(xì)腰型平面布置。因此，在住宅層凹口處每層增設(shè)拉梁，減小凹入尺寸，使之符合規(guī)程【1】對平面規(guī)則性限制的要求。
2.采用現(xiàn)澆梁板方案，現(xiàn)澆板最小值為100mm，地下一層頂板為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位，板厚為180mm，雙層雙向配筋，地下一層頂板按配筋率大于0.25%和計(jì)算結(jié)果雙控。同時(shí)將地下室外墻加厚為300mm，增大地下室剛度，確保上部結(jié)構(gòu)在地下室頂板處嵌固。
3.為較好控制轉(zhuǎn)換層上下層剛度比，將建筑物外圍及電梯間、樓梯間剪力墻落地，并加厚為250mm。住宅層內(nèi)外墻厚度均為200mm。另外，轉(zhuǎn)換層及其以下部分混凝土強(qiáng)度取C40,上部混凝土強(qiáng)度取C35~C30。這樣就改善了轉(zhuǎn)換層上下層剛度比，轉(zhuǎn)換層與上一層的側(cè)向剛度比X方向剛度比= 0.88，Y方向剛度比= 0.90，符合規(guī)范規(guī)定。
4.底部加強(qiáng)區(qū)為地上一至四層，高13.80m，剪力墻約束邊緣構(gòu)件為地下一層至地上五層。加強(qiáng)部位以上剪力墻抗震等級為二級，加強(qiáng)部位以下剪力墻抗震等級為二級，框支框架抗震等級為二級?？蛑е捎闷胀ɑ炷林孛鏋?.0mx1.0m。
5.采用梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層頂板無大洞口。同時(shí)加強(qiáng)框支柱與框支梁抗彎、抗剪、抗扭配筋,提高轉(zhuǎn)換層的抗震性能。
3.3框支轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)工程特點(diǎn)，選用梁式轉(zhuǎn)換，框支梁最大截面為900x1500，梁下高度2.7米，可滿足建筑要求。鋼筋混凝土框支柱和鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁截面及配筋依據(jù)規(guī)程【1，2】的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，框支柱軸壓比小于0.4，有較高延性?？蛑мD(zhuǎn)換梁處采用分析軟件SATWE和PMSAP進(jìn)行整體計(jì)算外，還采用了高精度有限元分析軟件FEQ進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。為保證轉(zhuǎn)換梁有一定安全儲(chǔ)備，按整體計(jì)算結(jié)果控制，并依據(jù)有限元補(bǔ)充分析結(jié)果對應(yīng)力集中部位進(jìn)行加強(qiáng)處理。
3.4整體內(nèi)力分析計(jì)算
結(jié)構(gòu)整體分析時(shí)主要采用了SATWE, 并采用PMSAP進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。整體分析采用剛性樓板假定，并考慮雙向地震作用和偶然偏心的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響。計(jì)算中按多角度進(jìn)行了驗(yàn)算。由程序自動(dòng)計(jì)算出最不利方向角，并對應(yīng)配筋。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件考慮水平地震及豎向地震影響。主要計(jì)算參數(shù)為：設(shè)計(jì)地震分組為第二組，地震加速度值為0.15g，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，安評報(bào)告【3】提供的特征周期Tg=0.45s。基本風(fēng)壓按50年一遇w.=0.40kN/m2采用，地面粗糙度為B類。計(jì)算陣型數(shù)取18個(gè)，按模擬施工3加載方式計(jì)算。結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算時(shí)設(shè)定地上一、二、三層頂板為彈性膜，地上一層、二層指定為薄弱層。
SATWE計(jì)算分析表明，在考慮偶然偏心和雙向地震作用下，各樓層的豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移均未超過本樓層平均值的1.2倍，樓層最大位移33.4mm，樓層層間最大位移與層高之比的最大值為1/1080。x方向樓層最大剪力6077kN ，y方向樓層最大剪力5827kN，樓層最小剪重比為最小值3.20%，有效質(zhì)量系數(shù)98.5%，第一周期1.340 s(y)，第二周期1.260 s(x)，第三周期1.060 s(T)，規(guī)定水平力下框支框架地震傾覆力矩百分比小于50，其余各項(xiàng)參數(shù)均符合規(guī)范規(guī)定。
3.5彈性時(shí)程分析
為了校核多遇地震下上述振型分解反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果，采用SATWE軟件進(jìn)行了彈性時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算。采用兩條天然波與一條人工波，取各地震波的反應(yīng)平均值作為彈性時(shí)程分析法的結(jié)果。根據(jù)安評報(bào)告【3】，最大加速度取53cm/s2，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05。計(jì)算結(jié)果如下樓層最大位移31.2mm，樓層層間最大位移與層高之比的最大值為1/1225。x方向樓層最大剪力5739kN ，y方向樓層最大剪力5085kN?？傮w而言，彈性時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果與SATWE、PMSAP計(jì)算結(jié)果接近。
3). 總結(jié)與體會(huì)
經(jīng)過魯中圖紙審查中心專家審查，肯定了工程所采取的結(jié)構(gòu)體系、抗震設(shè)計(jì)參數(shù)、抗震等級及分析計(jì)算結(jié)果，同時(shí)要求加強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁構(gòu)造，改進(jìn)框支柱箍筋形式，方便施工。
對于平面和豎向不規(guī)則的復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，除滿足規(guī)范外，還應(yīng)盡量提高結(jié)構(gòu)延性，避免出現(xiàn)高位轉(zhuǎn)換，做到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。
參考文獻(xiàn)
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