混凝土短肢剪力墙和异形柱结构受力分析与设计探讨.pdf

嗜 四川建材 2 0 0 7年第5期 结构设计与研究应用 . 【 文章编号 ; 16 7 2 - 4 0 川 2 0 0 7 ) 0 5 - 0 2 0 0 - 0 2 混凝土短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计探讨 罗 发 勇 ( 珠海市建筑Ia计院) 【 摘 要 : 在众多鹿凝上短 胶剪力琦结构与异形柱框 架的试验资料与工程实 践基拙上，论述了这两种结构形式 的受力特点，分析了各自的结构计算、构造的相关问题， 并探讨 在 P K P M程序进行操 作时应注意 的问题 【 关健词 :混 凝土;短肢剪力 堵;异形柱;结构受力 分析 【 中图分类号】 : T U 3【 文献标识码 : 8 1 概述 随着人们对住宅。特别是高层住宅平面与空间的要求 越来越高，原来普通框架结构的 露梁露柱、 普通剪力墙结 构对建筑空间的严格限定与分隔已 不能满足人们对住宅空 间的 要求。于是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构 的优点，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层 住宅结构1 式， 即 “ 短肢剪力墙结构”和 “ 异形柱框架结 构.l型式。这两种新的结构由于在很大程度上克服了普通 框架与普通剪力墙结构的缺点， 受到了建筑师的肯定，更 得 到了住户与房开 商的 欢迎 口 2 短肢剪力墙结构 短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5 倍- 8 倍剪 力墙结构，常用的有 “ T ”字型、 L 型、“ 十”字型、 “ 2 ”字型、折线型、 “ 一”字型 这种 结构型式的特点是 : 室内墙面平整; 能灵活布置， 可选择的方案较多。 楼盖方案简单; 减轻结构自 重; 抗侧刚度大， 侧移小。 对 短肢剪力墙结 构的设 计计算 ，因其 是剪力 墙大开 口 而成。 所以基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三 维杆一 系簿壁柱空间分析方法或空间杆一 墙组元分析方法。 其中空间 杆墙组元分析方法计算摸型更符合实际情况，精 度较高。 虽然三维杆系一 簿壁柱空间分析程序使用较早、 应用较广， 但对墙肢较长的短肢剪力墙，应该用空间仟- 墙组元程 序进行校核 。 在进行以L 分析后，按 高层建筑结构设计与施工规 范进行截面与构造设计，相对于异形柱结构，短肢剪力 墙结构的 理论与实践较为成熟， 但这种结构在结构设计中 仍然有需要引 起重视的方面。 ( 1 )其最大适用高度比 剪力墙结构的规定 值适当降低， 20 0 且7 度和8 度抗震设计时分别不应大于l o o .和6 0 m , ( 2 )杭震设计时，筒体和一般剪力墙承受的 第一振型 底部倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的5 0 %, 以限制短肢剪力墙 的数量。 ( 3 )抗震设计时，短肢剪力墙的 抗震等级应比剪力墙 的 抗震等级提高一级，从构造上改善短肢剪力墙的延性。 ( 4 )抗震设计时，各层短短肢剪力墙在重力荷载代表 值作用下产生的轴力设计值的轴压比， 抗震等级为一、二、 三级时分别不宜大于0 . 5 , 0 . 6和0 . 7 ;对无翼缘或端柱的 一字形短肢剪力墙，其轴压比 限值相应降低01 ， 以改善剪 力 墙的延性。 ( 5 )抗震设计时，除底部加强部位应按规程J G J 3 - 2 0 0 2 第7 . 2 . 1 0 条调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙 的剪力设计值， 一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1 . 4 和1 2 ，以避免短肢剪力墙过早剪坏。 ( 6 )抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的 配筋率，底部加强部位不宜小于1 . 2 %，其他部位不宜小于 I0 % 。 ( 7 )短肢剪力墙截面厚度不应小于2 0 0 . . ( 8 )7 度和8 度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置翼缘。 一字形短肢剪力 墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁， 以 避免一字形短肢剪力墙平面外丧失稳定性 ( 9 )短肢剪力墙墙肢刚度相对减小， 连接各墙肢间的 梁已 类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，不 应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调， 应按普通 框架梁要求. 控制硷压区高度。其梁端负弯矩钢筋可由塑 性调幅7 0 %一 8 0 %来解决， 按强剪弱弯， 强柱弱梁的延性 要求进行计算。 P K P M程序把 ( 高层建筑混凝土结构技术规程( J G J 3 一 2 0 0 2 )( 以下简称 高规 )第7 . 1 . 2 条规定的具有较多 短肢剪力墙的剪力墙结构称为短肢剪力墙。设计时可在 “ 结构体系”中设定为 “ 短肢剪力墙结构” 。除此之外，有 几 个地方须注 慧: 结构设定为“ 短肢剪力墙结构”后， 程序自动将其中 的短肢剪力墙的 抗震等级提高一级。用提高后的抗震等级 进行短肢剪力墙墙肢的轴压比控制和剪力设计值放大。 短肢剪力墙 结构 。 其 短肢墙 部分 承担 的地震倾 覆力 矩 不应大于于结构总底部地震倾覆力矩的5 0 %。 但若短肢墙 部分承担的地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的比 例很小 ( 现 高规没有设下限) ，则此结构应视为一般 万方数据 . 结构设计与研究应用 四川建材 2 0 0 7 年第5 期 剪力 墙结构，不用定义为短肢剪力墙结构。 短肢剪力墙和高厚比 小于5的矩形截面独立墙肢要全 楼验算轴压比限值， 不管短肢剪力墙有无端柱，S A T W E 一 律用提高的抗震等级按无翼缘或端柱轴压比限值来控制短 肢剪力墙轴压比。 而T A T 则考虑了有无冀缘的不同处理。 T A T对短肢剪力 墙的判断是整墙认定， 而S A T WE 是单 墙认定。对有长肢翼缘的T形、 L形剪力墙的短肢部分还 认为是短肢剪力墙，是不对的。 故用S A T W E 时要用“ 独立 定义构件 抗震等级”定义这种假短肢剪力墙，使它不按短 肢墙肢自动调整。但即使这样，在计算短肢剪力墙承担的 地震倾1t 力矩中仍然包括了这些假短肢墙的弯矩。 3 异形柱结构 异形柱结构是指柱肢的截面高度与 柱肢宽度的比值在2 一 4 ，相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。常用的有 L 型、“ T ”w.“ 十”字型。这种结构的 特点是: 墙肢平面内外刚度不一致，其各向承载能力也有较 大差异 ; 异形柱通常在短柱范围，且属薄壁构件，剪切变形 占有相当比例， 弯曲变形 性能有限， 延性较差; 异形柱剪切中心在平面范围之外，受力时各肢的核 心硷处于三向剪力状态，它使异形往变形能力低， 脆性破 坏明显 ; 异形柱存在着单纯冀缘柱肢受压的情况，其延性更 差， 设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证 其强度 和 延 性。 在进行异形柱结构设计时，除满足高规中对结构布置 要求外，还应注意几个方面的问题: ( 1 )异形框架的计算 由于其截面的特殊性， 在柱截面对称轴内受水平力作 用水平力较大， 或水平力作用在非主轴方向时，弹性分析 计算翘曲应力不容忽视， 按平截面假定误差较大，则应对 异形柱框架结构进行有限元分析，决定内力和配筋位置及 大小 。 ( 2 )轴 压比控制 轴压比是影响硅柱延性的一个关键指标。由试验结构 分析， 柱的侧移延性比 随着轴压比的增大而急剧下降。 异形柱结构剪力中心与截面形心不重合， 剪应力使硷 柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝， 产生腹剪破坏，加 上异形柱多属短柱，这些导致异形柱脆性明显，使异形柱 的延性普遍低于矩形柱， 因而对异形柱的轴压比要严格控 制。在广 东规程 中， 其 轴压 比按矽设 计规 范中 的要求 减少 0 . 0 5 ，但其适用高度较低， 一般为3 5 .o ( 3 )配筋构造 在正确的结构选型及计算后， 截面内钢筋的构造也是 保证异形柱受 力性能的重要因素。由于异形柱肢端部会出 现较大应力， 加上梁作用于住肢上应力的不均匀，进一步 加大肢端压应力。因而在异形柱配筋时。应在肢端设暗柱， 暗柱的外排钢筋由计算而定 总之，短肢剪力墙结构与异形柱框架结构有着较大的 市场需求， 在设汁中根据其受力的特点， 充分了解其破坏 的各种机理。选用合理的结构形式，正确掌握计算机分析 方法和截面 配筋，其结构才能有可靠的安全保证。 I D ; 3 4 4 2 1 勺 为 今 气 s i 气 亦 a 气 今 勺 a .a a a s a 3 a + 今 今 今 a 今 3 -+ 3 a + 气 3 a 3 a 气 气 a . ， + 今 a 气 3 a 3 a a ( 上接 第 1 9 6 页 )桩 2 2 8根 ，占所测 桩数 9 5 %, H类桩 1 2 根，占所测桩数的5 % a 。均满足设计要求。 4 . 2 塞桩高应变 法试验检浏 高应变动力试桩的基本原理:用重锤冲击桩顶。使桩 一 土产生足够的相对位移，以充分激发桩周边土阻力和桩 端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传 感器接收桩的应力波信号， 应用应力波理论分析处理力和 速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量的完 整性。本工程使用的是美国P . D . A高应变打桩分析仅， 其作用见图4 。 本工程检测结论: 各桩桩身结构完整，单桩 竖向抗压承载力检测值均满足设计要求。 鬓 e , etsre n rrn -.ru A aGI G W.Mkkl 5 结语 由于本工程施工前做了周密的准备， 并认真熟悉施工 图纸及地质情况， 因此保证了施工的顺利进行。本工程采 取了各施工段平行作业等措施。 严格质量管理，取得了良 好 的经济 和 社会 效益。 总之， 在施工中不仅要了解规范，认真执行规范，同 时还要按照工程特点、设计要求、 地质条件等有针对性地 提出工程实施方案，以减少问题的出现， 确保工程按质按 期完 成 ID ; 3 4 6 9 二 参 考 文 献 史佩栋 实用 桩基 工程手 册【 M 响 1 99 9 陈新胜 顾湘 桩 基工程L M I 1 9 9 5 J G J 9 4 2 9 4 ,1 T T 1桩4 技术 规范 S 北京: 中国建 筑工业出 版社. 武 汉 : 中 国 地 质大 学 出 版 社 圈 3 ( 注: A l , A 2 ; 加 逮度 传感器: F l , F 2 图 4 力传各 ) 2 01 万方数据