住宅楼框支剪力墙结构设计

浅谈住宅楼框支剪力墙结构设计

摘要本文针对建业洛阳森林半岛住宅小区27号住宅楼框支剪力墙结构设计,将上部部分剪力墙通过转换层变为框支剪力墙,

用框架柱代替剪力墙以满足建筑功能的要求,形成底部大空间。重点就部分框支剪力墙结构的平面布置、竖向布置、转换构件选择和布置,并讨论了复杂高层建筑结构计算模型的处理,对比分析了satwe和tat两种程序计算结果。

关键词部分框支剪力墙结构;结构布置;计算要点;构造措施

中图分类号tu973+.16

文献标识码a

文章编号1674-6708(2010)27-0075-03

0 引言

部分框支剪力墙结构是由落地剪力墙或剪力墙简体和框支柱组

成的协同工作结构体系。这类结构类型由于底部几层有较大的空间,能适用于各种建筑的使用功能要求。因此,广泛应用于底层为商店、餐厅、车库、机房,上部为住宅、公寓、饭店、综合楼等高层建筑。但是,这种结构在受力上也有明显的缺点:传力不直接,结构竖向刚度变化很大,甚至是突变,地震作用下易形成结构薄弱层,加上构造复杂,给结构设计带来较大难度。为了满足建筑功能的要求,结构必须设置转换层进行结构转换柱下部大空间框支剪力墙结构可以在

建筑物下部形成一层或多层的大空间,通过结构转换层,用框架柱

代替剪力墙以满足建筑功能的要求。

1 工程简介

建业洛阳森林半岛住宅小区27号住宅楼建于洛南新区,英才路与北苑路之间。该楼建筑面积12.980m2,其中人防地下室1层,层高4.6m,裙房2层,层高分别为5.1m,5.4m,3层以上为住宅,层高为

3.0m。地面以上共19层,总高61.8m。地面以上1、2层为商业用房,需要尽可能大的自由灵活空间,3层以上为住宅。因此,结构体系采用部分框支剪力墙结构,于第2层顶(即第3层楼面)设置梁式转换层,采用主次梁转换方案。转换层及标准层平面布置见图1、图2。

设计时采用基本参数:基本风压为0.45kn/m2,基本雪压为

0.35kn/m2,地面粗糙度为b类,抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度值为0.10g,拟建场地为ⅱ类场地土。主要构件尺寸,框支层落地剪力墙厚度350mm,框支柱一般为800mm×800mm的方柱,最大框支柱800mmx1200mm,框支次梁500mm

×1000mm。框支主梁600mm×1500mm,800mmx1500mm,标准层剪力墙厚度200mm。

2 概念设计与结构布置

本工程转换层以下为框架剪力墙结构,转换层以上为剪力墙结构,本工程底部加强部位剪力墙及框支柱抗震等级为二级,非底部加强部位剪力墙抗震等级为三级。设计时从以下几个方面做为概念设计的出发点。

2.1 平面布置

平面布置应力求简单、规则、均衡对称,尽量使荷载与结构刚度中心重合,以避免或减少扭转产生的不利影响。本工程在楼梯间及电梯间较薄弱处,均布置有落地剪力墙并形成了落地简体。在建筑物两侧也设置了落地剪力墙,并在横向布置有间距10.4m的落地剪力墙。墙体布置既分散又均匀。

2.2 竖向布置

竖向布置主要是要控制转换层上、下刚度的突变,应尽量强化转换层下部的结构侧向刚度,弱化转换层上部的结构侧向刚度,使转

换层上下部的结构侧向刚度及变形特征尽量接近。经过反复调整转换层上下剪力墙布置及落地剪力墙的厚度,本工程最终计算结果,x 方向转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比为0.80。y方向转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比为0.95,均满足规范要求,且

转换层上下部的结构的等效侧向刚度基本接近,能够有效的缓解构件内力和变形的突变。

2.3 转换构件选择及布置

转换层是建筑物中不同结构形式相连的关键点,它既是下部结构的封顶,又是上部结构的“空中基础”,在整个建筑结构体系中起着至关重要的连接纽带作用。由于结构竖向传力构件的不连续,造成结构上部荷载不能直接传给下部对应构件,而是通过转换结构的内力重分配,再向下传递。因此,转换构件相当重要而且受力比较复杂,必须保证转换结构可靠有效的工作。因此,在布置转换层上下主体

竖向结构时,要注意尽可能使水平转换结构传力直接,转换层上部的竖向抗侧力构件(墙、柱)宜直接落在转换层的主结构上,尽量避免多级复杂转换。梁式转换受力明确,传力简洁,计算模型简单,计算软件比较成熟,而且施工方便,因此本工程设计采用梁式转换,并且因受建筑功能限制。转换层为主次梁转换方案。这种方案由框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及次梁上的剪力墙,其传力途径多次转换,受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外,还需承受转换次梁传给的剪力、扭矩和弯矩,并且框支主梁易发生剪切破坏。故设计时应对框支粱进行应力分析,按应力校核配筋,并加强配筋构造措施。为避免框支梁上部剪力墙对框支梁产生不利的扭转影响,平面布置时剪力墙截面中心线应与框支梁截面中心线对齐,与框支柱截面中心重合。框支层周围楼板取消了原有错层布置。

3 计算要点

3.1 一般规定

部分框支剪力墙结构是复杂的三维空间受力体系,竖向刚度变化大,受力复杂,易形成薄弱部位。其内力和位移应能符合下列要求,根据结构实际情况,确定较能反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型,选择合适的三维空间分析软件进行整体分析,在此基础上采用有限元方法对转换层结构进行局部补充计算,取得详细的应力分布,决定框支梁、柱和附近墙体内的配筋,平面有限元分析的范围应为底层框架和框支层以上3~4层墙体。抗震计算时,宜考虑平扭耦连计算结构的扭转效应,依据《建筑抗震设计规范》(cb5001

1-2001)第5,2,2条条文说明规定“振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数”。计算地震力时振型数应适当增加,不宜少于15个。本工程整体结构计算时采用中国建筑科学研究院研制开发的pkpm系列结构计算软件satwe程序进行计算,tat 程序进行了校核。satwe采用墙元模拟剪力墙,不仅有墙所在的平面内刚度,也具有平面外刚度,可以较好的模拟工程中剪力墙的实际受力状态,对楼板以弹性楼板单元来描述,可以较准确的算出楼板变形对梁、柱、墙的影响。tat采用空间杆系计算梁柱等杆件,采用薄壁柱原理计算剪力墙。二者均适用于计算平面和立面体型复杂的结构形式,真实地反映结构的受力性能。计算时,选取耦连,振型数为15,最终分析结果见表1。

由satwe和tat计算结果比较分析得出:

1)satwe和tat两种软件计算结果比较接近,可以相互参考;2)两者计算的剪力重力比都在2%左右,说明地震作用计算适当;3)两计算结果均未发现较大的扭转作用,结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比小于0.85。说明结构平面

布置合理,质心和刚心吻合较好;4)转换层上下刚度比在1左右,表明转换后过渡平稳,同时上部结构无明显薄弱层,说明结构竖向布置匀称,刚度变化适度;5)最大层间位移角为1/1255,满足规范要求,位移控制较好。

对框支梁、框支柱及其上部3层的剪力墙采用中国建筑科学研究院研制开发的feq计算软件进行了有限元分析,研究框支转换梁与