結(jié)合工程實(shí)例對(duì)住宅工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的論述 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽作品

結(jié)合工程實(shí)例對(duì)住宅工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的論述橋

梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽作品摘要：本文結(jié)合筆者在實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)論述了某住宅區(qū)工程的結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、計(jì)算分析及新材料的選取，分析和討論部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)，包括其轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及薄弱部位的處理措施等問題。關(guān)鍵詞：部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)；梁式轉(zhuǎn)換;5級(jí)人防地下室；HRB400級(jí)鋼筋A(yù)bstract：theauthordiscussestheexperienceinthepracticalwork,discussesthestructureofaresidentialengineeringsysteincharacteristics,structureconceptdesign,calculationandanalysisandnewmaterialselection,analysisandthediscussionofaframeshearwallstructureofthesystemdesign,includingtheconversionlayersofmaindesignandweakpartsofthetreatmentmeasures.Keywords：apartoftheframeshearwalIstructure；Beamtypeconversion；Level5civilairdefencethebasement；HRB400reinforcedlevel中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：一、前言框支剪力墻結(jié)構(gòu)是指底層為框架柱，上層為剪力墻的結(jié)構(gòu)。底層的框架結(jié)構(gòu)可使建筑平面靈活布置,適用于商場(chǎng)、餐廳、會(huì)議室、活動(dòng)中心等大開間的公共建筑設(shè)計(jì)；上部的剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，側(cè)向剛度大，水平位移小，多用于住宅、旅館等建筑設(shè)計(jì)。兩者之間的樓板為轉(zhuǎn)換層樓板，需采取措施增強(qiáng)該層的整體性及剛性，以減小整個(gè)結(jié)構(gòu)的上下剛度差異?，F(xiàn)代化高層建筑設(shè)計(jì)趨向功能多元化,要求居住、辦公、飲食、商業(yè)一體化，因此這種結(jié)構(gòu)得到越來越廣泛的應(yīng)用。二、工程概況該住宅區(qū)建筑面積約28.6萬m2,本工程地下2層，地面以上6棟32層的塔樓，呈弧形分布，塔樓地面以上高99.90mo首層架空，二層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，以上為住宅標(biāo)準(zhǔn)層，地下室連成一體，其中A1?A4塔樓地下二層為5級(jí)人防地下室。本工程為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),A級(jí)高度的鋼筋混凝土高層建筑，屬?gòu)?fù)雜的高層建筑。三、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)⑴平面不規(guī)則：本工程整體平面布置呈圓弧形，地面以上由6棟32層的塔樓組成。各塔樓平面均呈“十”字型，中部圓形的鋼筋混凝土筒體為主要的抗側(cè)力體系，伸出的各翼由幾種不同的單元組合而成，與筒體連接部分較窄，向外逐漸變寬,屬于平面不規(guī)則類型，詳見圖1、圖2。⑵豎向不規(guī)則：地下室及首層為框架結(jié)構(gòu)，由混凝土柱承受豎向荷載，以上各層為剪力墻結(jié)構(gòu)，由剪力墻承受豎向荷載,2層平面為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，采用梁式轉(zhuǎn)換，屬于豎向不規(guī)則類型。圖1首層結(jié)構(gòu)平面圖2A6棟標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面⑶人防地下室:A1?A4塔樓地下二層為5級(jí)人防地下室，其頂板（即地下一層樓板）的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為lOOkPa。地下室底板則需承受地下水反壓力，根據(jù)場(chǎng)地的地下水位及地下室的埋深,地下水位設(shè)防標(biāo)高為-2.50m,底板的浮力達(dá)70kPa,需采取有效的抗浮措施。⑷超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)：弧形地下室整體相連，長(zhǎng)度超過400m,必須采取有效措施防止溫度應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生開裂。⑸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層及塔樓中筒與各翼之間的連接均為該工程的薄弱部位，其計(jì)算分析和處理措施是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和重點(diǎn)。3.2結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)本工程框支框架的抗震等級(jí)為一級(jí)，剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)。⑴為了加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)剛度，本工程采用部分剪力墻框支、部分剪力墻落地的形式，形成底層大空間框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。因框支剪力墻承受的剪力大部分要通過樓板傳到落地剪力墻上，故把落地剪力墻布置在各塔樓的中部，圍成圓形的筒體，在轉(zhuǎn)換層以下筒體外墻加厚為500,內(nèi)墻為300,混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高為C60,有效地加大底層剪力墻的剛度和承載力，使整個(gè)結(jié)構(gòu)上下剛度差別減小，也增強(qiáng)了整體抗扭能力。⑵在轉(zhuǎn)換層以下的框架結(jié)構(gòu)中，塔樓部分的柱子作為上部剪力墻的支承也相應(yīng)被加強(qiáng)，采用C60、截面為800X3000.4）1400等的鋼筋混凝土柱，加大底層剛度。上部的剪力墻結(jié)構(gòu)，整體性較好，有較強(qiáng)的抗側(cè)力和抗扭能力，但為了避免墻體自重過大，部分剪力墻向上收窄，厚度從300減小為250和200,從而減少給底層框架結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，有利于整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。⑶底板承受著較大的浮力，厚度取500,塔樓部分，待主體結(jié)構(gòu)完成6層后，建筑物的自重可抵消地下水反力，裙樓部分，則在柱下用抗拔樁（入巖深度23000）抵抗浮力。人防地下室頂板的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)lOOkPa,板厚取250,在人防設(shè)計(jì)中，在核爆動(dòng)荷載和靜荷載同時(shí)作用或核爆動(dòng)荷載單獨(dú)作用下，材料取動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,如鋼筋動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為靜荷載作用下設(shè)計(jì)值的1.2?1.5倍，混凝土為1.4倍。⑷本工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度較大，故幾處設(shè)置了防震縫和后澆帶。6棟住宅塔樓在二層樓面每隔2個(gè)塔樓用防震縫分隔，每?jī)蓚€(gè)形成雙塔結(jié)構(gòu)。地下室整體相連，沿地下室弧線方向每隔約501n設(shè)置一條后澆帶，將地下室分為8塊段施工?？刂苹炷恋呐浜媳?，減少水泥用量和用水量，摻粉煤灰和合適的外加劑，降低混凝土水化熱，適當(dāng)增加配筋率，防止溫度應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生開裂。⑸塔樓中筒與各翼之間的連接是整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱部位之一,各標(biāo)準(zhǔn)層均為不規(guī)則平面，結(jié)構(gòu)計(jì)算采用分塊剛性樓板假定。為了克服塔樓的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)層采用剪力墻結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增加剪力墻數(shù)量，增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度；盡量加大中筒與各翼連接樓板的寬度，連接部分樓板加厚到150,并在平面外圍適當(dāng)部位設(shè)置拉梁將各翼連成整體。（6）轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)是該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2層平面是本結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層，是底層大空間與上部剪力墻之間的過渡層，采用梁式轉(zhuǎn)換,部分落地剪力墻在該處都予以加強(qiáng)，使轉(zhuǎn)換層、下的側(cè)向剛度比減小而滿足規(guī)范的要求。該層樓板厚度取200,框支梁最大截面為1400X1800,因支承上部墻體，框支梁承受很大的剪力，需在梁支座處加腋，并增加梁箍筋數(shù)量，提高抗剪和抗圖3轉(zhuǎn)換梁水平加腋大量圖4轉(zhuǎn)換梁節(jié)點(diǎn)大樣扭能力（圖3）；縱向鋼筋也需加強(qiáng),提高承載力；當(dāng)梁寬大于框支墻柱寬度時(shí),在節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)另加豎向拉結(jié)筋勾住梁底、面筋，增強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁剛度（圖4）。對(duì)受力較復(fù)雜的轉(zhuǎn)換梁，則進(jìn)行有限元分析，并按應(yīng)力進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)校核。3.2結(jié)構(gòu)計(jì)算分析本工程結(jié)構(gòu)分別采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE》及《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計(jì)軟件TAT》進(jìn)行計(jì)算。SATWE采用空間桿件一墻元模型,TAT采用空間桿件一空間薄壁桿模型，分別按單塔和雙塔樓考慮計(jì)算（單塔計(jì)算周期比、位移比、剛度比;雙塔計(jì)算內(nèi)力及配筋）。SATWE程序計(jì)算時(shí)，塔樓各翼采用分塊剛性樓板假定，用振型分解反應(yīng)譜法取兩個(gè)主軸方向和45度方向計(jì)算地震作用?？紤]平扭耦連計(jì)算。計(jì)算參數(shù)的確定：（D抗震設(shè)防烈度為7度，場(chǎng)地土類別為H類，考慮偶然偏心,取18個(gè)振型。⑵基本風(fēng)壓值3o=0.60kPa,地面粗糙度為C類，風(fēng)結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表載體型系數(shù)取us=1.4o⑶結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)取0.85,阻尼比為0.05。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算滿足高規(guī)要求，并且可不考慮重力二階效應(yīng)的影響。上表為A5、A6棟雙塔結(jié)構(gòu)的SATWE位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果。從SATWE計(jì)算結(jié)果分析可知，主體結(jié)構(gòu)對(duì)地震作用及風(fēng)荷載作用的反應(yīng)是正常的，結(jié)構(gòu)自振周期、位移、地震力均控制在規(guī)范允許值范圍內(nèi)，振型曲線正常，說明本工程的結(jié)構(gòu)體系是合理的，采取的抗震措施是有效的。四、新材料本工程除了沿用傳統(tǒng)的HPB235級(jí)和HRB335級(jí)鋼筋外，考慮結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、材料性能、施工技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性等各種因素，增加（采用）了新型鋼材一HRB400級(jí)鋼筋，應(yīng)用于梁柱縱筋、剪力墻主筋及地下室底板鋼筋。此鋼筋強(qiáng)度為HRB335級(jí)鋼筋的1.2倍，減少鋼筋配置數(shù)量，卻可提高結(jié)構(gòu)承載力，施工方便，既經(jīng)濟(jì)也實(shí)用，現(xiàn)在很多復(fù)雜的高層建筑都擬用此種新型鋼材。五、結(jié)束語該地區(qū)住宅臨江聳立，外觀豪華，宮廷