所屬欄目:建筑設(shè)計論文 發(fā)布日期:2011-05-14 08:01 熱度:154
摘要:短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與異形柱框架結(jié)構(gòu)有著較大的市場需求,在設(shè)計中根據(jù)其受力的特點,充分了解其破壞的各種機(jī)理,選用合理的結(jié)構(gòu)形式,正確掌握計算機(jī)分析方法和截面配筋,其結(jié)構(gòu)才能有可靠的安全保證
關(guān)鍵詞:高層,剪力墻,異形柱
隨著人們對住宅,特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高,現(xiàn)在人們新的住宅觀念的高層住宅結(jié)構(gòu)型式,即“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“異形柱框架結(jié)構(gòu)”型式。這兩種新的結(jié)構(gòu)由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點,受到了建筑師的肯定,更得到了住戶與房開商的歡迎,為此,本文對這兩種新的高層住宅結(jié)構(gòu)型式的受力特點、結(jié)構(gòu)分析及構(gòu)造要求進(jìn)行闡述。
一.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長度為厚度的5-8倍剪力墻結(jié)構(gòu),常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。
這種結(jié)構(gòu)型式的特點是:
1.結(jié)合建筑平面,利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件,基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾;
2.能靈活布置,可選擇的方案較多,樓蓋方案簡單;
3.連接各墻的梁,隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi),可隱蔽;
4.墻的數(shù)量可多可少,肢長可長可短,主要視抗側(cè)力的需要而定,還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整剛度中心的位置;
5.根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要,利用中心剪力墻,形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件,較易滿足剛度和強(qiáng)度要求。
對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算,因其是剪力墻大開口而成,所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同,可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法,前者如建研院的TBSA、TAT,廣東省建筑設(shè)計院的廣廈CAD的SS模塊,后者如建研院的TBSSAP、SATWE,清華大學(xué)的TUS,廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況,精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應(yīng)用較廣,但對墻肢較長的短肢剪力墻,應(yīng)該用空間桿-墻組元程序進(jìn)行校核。
在進(jìn)行以上分析后,按《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范》進(jìn)行截面與構(gòu)造設(shè)計,相對于異形柱結(jié)構(gòu),短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的理論與實踐較為成熟,但這種結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中仍然有需要引起重視的方面。
由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對較小,設(shè)計時宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻,或利用電梯,樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒,以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形,同時也形成兩道抗震設(shè)防;
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢,當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時,會加劇已有的翹曲變形,使其墻肢首先開裂,應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施,如減小軸壓比,增大縱筋和箍筋的配筋率;
高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下,顯現(xiàn)整體彎曲變形為主,底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉(zhuǎn)剪力,由一些模型試驗反映出外周邊墻肢開裂,因而對外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量,加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應(yīng)在兩個方向上均有連接,避免形成孤立的“一”字形墻肢;
各墻肢分布要盡量均勻,使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近,必要時用長肢墻來調(diào)整剛度中心;
高層結(jié)構(gòu)中的連梁是一個耗能構(gòu)件,在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,墻肢剛度相對減小,連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁,而不同于一般剪力墻間的連梁,不應(yīng)在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào),使其設(shè)計內(nèi)力降低,應(yīng)按普通框架梁要求,控制砼壓區(qū)高度,其梁端負(fù)彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70%-80%來解決,按強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)柱弱梁的延性要求進(jìn)行計算。
二.異形柱結(jié)構(gòu)
異形柱結(jié)構(gòu)是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4,相對于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻,常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。
這種結(jié)構(gòu)的特點是:
1.由于截面的這種特殊性,使得墻肢平面內(nèi)外兩個方向剛度對比相差較大,導(dǎo)致各向剛度不一致,其各向承載能力也有較大差異;
2.對于長柱(H/h>4)可以不考慮剪切變形的影響,控制軸壓比較小時,受力明確,變形能力較好。而對短柱(H/h<4),剪切變形占有相當(dāng)比例,構(gòu)件變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍,且屬薄壁構(gòu)件,即使發(fā)生延性的彎曲形破壞,也因截面曲率M/EI或εcu/χ(εcu為砼的極限壓應(yīng)變,χ為截面受壓區(qū)高度)較小,使彎曲變形性能有限,延性較差;
3.異形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面范圍之外,受力時要靠各柱肢交點處核心砼協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力,這種變形協(xié)調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力,而該剪應(yīng)力的存在,使柱肢易先出現(xiàn)裂縫,也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài),它使得異形柱較普通截面柱變形能力低,脆性破壞明顯;
4.特別是異形柱不同于矩形柱,它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況,其延性更差。由國內(nèi)外大量的試驗資料和理論分析[2],異形柱的破壞形態(tài)為:彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等,影響其破壞形態(tài)的因素有:荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長比(剪跨比),配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。由于其受力性能的復(fù)雜,設(shè)計中必須通過可靠的計算和必要的構(gòu)造措施來保證其強(qiáng)度和延性。
目前,異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計還沒有統(tǒng)一的國家規(guī)范,僅有兩部地方性法規(guī),即廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T15-15-95和天津市標(biāo)準(zhǔn)DB29-16-98可供參考。
在進(jìn)行異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計時,除滿足高規(guī)中對結(jié)構(gòu)布置要求外,還應(yīng)注意幾個方面的問題:
(1)配筋構(gòu)造
在正確的結(jié)構(gòu)選型及計算后,截面內(nèi)鋼筋的構(gòu)造也是保證異形柱受力性能的重要因素。由于異形柱截面的特點,柱肢端部會出現(xiàn)較大應(yīng)力,加上梁作用于柱肢上應(yīng)力的不均勻,一般越靠肢端應(yīng)力越大,對柱肢形成偏心壓力,進(jìn)一步加大肢端壓應(yīng)力。因而在異形柱配筋時,應(yīng)在肢端設(shè)暗柱,暗柱的外排鋼筋由計算而定。離端部厚度范圍內(nèi)設(shè)2Ф14的構(gòu)造縱筋,箍筋同柱,這樣可限制柱肢的砼裂縫的開展,提高異形柱局部抗壓抗剪強(qiáng)度及變形能力。柱上的箍筋不僅能抗剪,也可約束砼變形,增大其延性。異形柱由于不易形成多肢復(fù)合箍,因而其配筋率只能由加大箍筋直徑和加密間距來實現(xiàn)。相同配箍率下,箍筋直徑大,其延性指標(biāo)好,因而箍筋且用Ф8、Ф10,其間距可比普通柱箍筋間距小。
文章標(biāo)題:淺談高層建筑的受力
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