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1、浅谈高层住宅框支剪力墙结构设计-结构理论浅谈高层住宅框支剪力墙结构设计摘要:本文结合工程实践,对影响高层住宅框支剪力墙结构设计中的主要因素及计算与分析进行了阐述;从而为结构设计提供计算方法及设计参考。 关键词:框剪结构,抗震设计,计算方法,高层住宅 引言 近年来,由于建筑设计和使用功能等的要求,导致很多在抗震设防区的住宅建筑在其中部附近开设了过洞或过人洞。这使得一些抗震墙无法落地,而仅靠落地剪力墙,结构总体刚度不够,必须要设置转换构件,通过转换构件将上部构件的内力传递到基础和地基。也常有一部分住宅建筑由于车位、底部景观架空通透、上部房间布局等因素,造成了少量抗震墙无法落地。它们有一个共同
2、的特点,就是转换层上的不落地抗震墙占该层总抗震墙的比例很小,一般仅在10%左右。由于转换层上下侧移刚度基本相同,这使得它们的一些特性更加接近抗震墙结构,我们把这种介于抗震规范所讲的抗震墙结构和部分框支抗震墙结构之间的结构形式称为局部框支抗震墙结构。这里所讲的局部框支抗震墙结构除了不落地抗震墙很少以外,还具有以下特点:框支柱的数量一般为6～8个,最多不超过10个。下面本文将结合实际工程对此类建筑结构的抗震设计进行简单的探讨，供大家参考学习。 1工程概况 某工程项目规划总用地为6.983hm2,规划总建筑面积15.3万㎡.(地上)。本工程包含1～4#高层住宅、5#商业办公楼、6#办公楼及公共的
3、地下室,总建筑面积为144726m2其中,2#、3#十九层高层住宅工程为框支剪力墙结构,一层平面见图1所示。 主体结构层高62.3m,地下室2层,层高分别为3.5m,4.7m;地上1层为居民活动空间,高5.4m;2层～13层为住宅,层高2.9m,以上至屋顶层高均为3.0m。 该地区的基本风压0.4N/mm2,抗震设防烈度7度,场地土的特征周期0.45s,设计基本地震加速度0.1g,框架抗震等级为二级,剪力墙底部加强部位抗震等级为二级,其余部位为三级。结构的阻尼比为0.05,水平地震影响系数最大值为0.08,罕遇地震影响系数最大值为0.5,地面粗糙度为C类。计算中考虑双向水平地震作用、扭转耦
4、联影响及重力二阶效应,并对结构的稳定性进行计算。 2结构设计中的计算和分析 2.1转换体系的选取与计算 框支转换层楼板在地震中受力变形较大,其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多,地震时楼板将传递相当大的地震力,其在平面内的变形是不可忽略的。因此采用弹性板或弹性膜的计算模型较为适宜。由于弹性板的平面外刚度在整体计算中已被计入,相当于考虑了板对梁的卸荷作用,会使梁的设计偏于不安全。在进行整体结构分析时,将转换层楼板用弹性膜单元模拟。 2.2嵌固端与转换层楼板板厚的确定 工程以±0.000板作为嵌固端,既保证上部结构的地震剪力通过地下室顶板传递到全部地下室结构,同时能够
5、保证上部结构在地震作用下的变形是以地下室为参照原点。《抗规》第6.1.14条规定:当地下室顶板作为上部嵌固端部位时,结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍,地下室在地上结构相关范围的顶板厚度不宜小于180mm。故地下室顶板厚度取200mm,同时,为了有效地将水平地震力传递给剪力墙,在应力集中的楼层,将楼板厚度加大,转换层楼板取180mm,与其相邻的层也适当加厚至150mm。 考虑抗震需要,施工图阶段时更有意提高转换层配筋率,使单层配筋率达到0.35%,以进一步提高转换层楼板和框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍,宽度较宽,对边转换梁,板面钢筋不是
6、简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可,而是要求必须贯穿梁顶截面,以确保梁内扭矩在板上的有效传递。 2.3框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计 框支柱基本布置于上部剪力墙对齐的下方或就近区域,这样不仅能使竖向荷载的传力途径直接、明确,减少转换板的内力,同时,上下抗侧力结构对齐,对于抵抗水平地震荷载作用,改善转换板的复杂受力情况也是大有裨益的(详见图1)。 框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件,它的安全度直接影响到整栋建筑结构的抗震性,因而框支柱的延性和承载力成为设计的关键。框支柱应在计算的基础上,通过概念设计和抗震措施(构造措施)进行设计。调整框支柱总剪力不小于0.30,框支柱的抗震等级
7、定位一级,为了增加其延性,轴压比不超过0.4,其最小配箍特征值比一级增加0.02采用,框支层剪力墙轴压比控制在0.6以内,以保证剪力墙有足够的延性，避免剪力墙的等竖向受力构件在地震中产生脆性破话。 抗震设计时,剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围,其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施,避免脆性的剪切破坏,改善整个结构的抗震性能。《高层建
