結(jié)合工程實(shí)例談剪力墻的布置方案與確定

盧家海

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原　030024)

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結(jié)合工程實(shí)例談剪力墻的布置方案與確定

盧家海

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原030024)

摘要:簡(jiǎn)述了建筑物中合理布置剪力墻的重要性，采用簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，引入結(jié)構(gòu)最佳剛度特征值，確定了結(jié)構(gòu)的橫向最佳抗彎剛度，并結(jié)合實(shí)例，對(duì)剪力墻的布置方案進(jìn)行了分析驗(yàn)證，從而保證建筑的整體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:剪力墻，抗彎剛度，剛度特征值，荷載

高層剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和扭轉(zhuǎn)控制起著至關(guān)重要的作用。因此，設(shè)計(jì)中，在滿足抗側(cè)剛度的前提下，應(yīng)合理控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在規(guī)范中明確規(guī)定了剪力墻的基本布置原則，對(duì)于熟悉剪力墻的布置，合理的布置剪力墻起著指導(dǎo)性的作用。但依據(jù)規(guī)范中的規(guī)定，在實(shí)際工程當(dāng)中，建筑平面很難達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)構(gòu)造價(jià)成本的問題凸顯，剪力墻布置過多，結(jié)構(gòu)剛度過大，造成不必要的浪費(fèi)，剪力墻布置過少，結(jié)構(gòu)不安全，影響結(jié)構(gòu)的整體安全。應(yīng)當(dāng)在規(guī)范的基礎(chǔ)上，合理的根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻進(jìn)行布置。

1　確定剪力墻合理布置的簡(jiǎn)化計(jì)算

在實(shí)際工程中，剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻起著至關(guān)重要的作用，能夠承受來自于水平方向的大部分剪力的作用，合理的布置剪力墻，影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力特征，對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震穩(wěn)定性方面都起著至關(guān)重要的作用。應(yīng)當(dāng)合理的對(duì)剪力墻進(jìn)行布置，剪力墻布置過少，結(jié)構(gòu)的剛度不夠，使得框架承受更多的水平方向的內(nèi)力，使建筑物的側(cè)向位移增大，從而影響整個(gè)建筑的整體穩(wěn)定性;剪力墻布置過多，使得結(jié)構(gòu)的剛度過大，從而加劇了結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)，從經(jīng)濟(jì)因素上考慮也不合理。應(yīng)當(dāng)通過合理的方法對(duì)剪力墻的布置數(shù)目進(jìn)行合理的控制，從而更好地布置剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻。

通常在計(jì)算有一定抗震設(shè)防能力的高層建筑的設(shè)計(jì)過程中，采用簡(jiǎn)化手算的計(jì)算方法，對(duì)剪力墻的布置部位與尺寸進(jìn)行初步的確定，并結(jié)合電算法進(jìn)一步驗(yàn)證剪力墻布置的合理性，將數(shù)據(jù)有效地應(yīng)用于初步設(shè)計(jì)以及后期的施工過程中。通常在簡(jiǎn)化計(jì)算剪力墻布置數(shù)目時(shí)，根據(jù)高層建筑基本規(guī)范及工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，假定剪力墻結(jié)構(gòu)中框架與剪力墻為鉸接連接，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度沿建筑物層高分布均勻，未有明顯的變化。考慮非承重砌體墻影響的結(jié)構(gòu)的基本周期的折減系數(shù)，且滿足彈性階段層間位移比限制的要求，框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%。

由于在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻對(duì)于結(jié)構(gòu)橫向剛度的影響更大，在簡(jiǎn)化計(jì)算的過程中，引入結(jié)構(gòu)最佳剛度特征值λ，以確定結(jié)構(gòu)的橫向最佳抗彎剛度。為了確定最佳剛度特征值λ，通過計(jì)算公式求出影響最佳剛度特征值的影響系數(shù)β:

其中，GE為重力荷載代表值;H為建筑物總高度;Cf為框架平均側(cè)移總剛度;ψ為剛度特征值折減系數(shù)。根據(jù)地震設(shè)防烈度與設(shè)計(jì)地震分組等因素確定(見表1)。

表1　剛度特征值折減系數(shù)

通過表2的結(jié)構(gòu)最佳剛度特征值(通過驗(yàn)證)與最佳剛度特征值的影響系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定出結(jié)構(gòu)最佳剛度特征值，通過簡(jiǎn)化計(jì)算公式得出結(jié)構(gòu)的橫向最佳抗彎剛度。

表2　最佳剛度特征值與其影響系數(shù)

通過簡(jiǎn)化計(jì)算的方法求得的橫向最佳抗彎剛度EIw，對(duì)比工程設(shè)計(jì)中布置的剪力墻的抗彎剛度。如果兩者的數(shù)值較為接近，則基本滿足結(jié)構(gòu)側(cè)向位移限值的基本要求，同時(shí)不致產(chǎn)生過大的地震效應(yīng)，可進(jìn)一步對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移驗(yàn)算與內(nèi)力分析，若兩者的數(shù)值相差過大，剪力墻實(shí)際抗彎剛度過大或過小，說明剪力墻的布置不合理，不能滿足建筑結(jié)構(gòu)的基本要求，應(yīng)對(duì)剪力墻的布置進(jìn)行合理有效的調(diào)整。

2　結(jié)構(gòu)初始方案與設(shè)計(jì)參數(shù)

該工程為一棟高層住宅樓，地下2層，地上20層，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0．15g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，場(chǎng)地類別Ⅱ類?？拐鹪O(shè)防類別:丙類，抗震等級(jí):剪力墻三級(jí)，地面粗糙程度為B類。高層建筑按高度分級(jí):A級(jí)。基本風(fēng)壓: 0．45 kN/m2，基本雪壓:0．30 kN/m2。

建筑物總高63．3 m，長(zhǎng)寬比1．66，高寬比3．30，地下2層3．9 m，地下1層3．1 m，標(biāo)準(zhǔn)層均為3．15 m。建筑物采用全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為:基礎(chǔ)C30，梁板標(biāo)高±0．00以下均為C30，±0．00以上均為C25，剪力墻標(biāo)高15．620以下均為C30，15．620以上均為C25，鋼筋均采用普通熱軋鋼筋，HPB235及HRB335鋼筋。

混凝土容重取25 kN/m2，鋼材容重取78 kN/m3，房間荷載取值見表3，計(jì)算振型取15個(gè)，特征周期0．35 s，周期折減系數(shù)取1．0，考慮雙向地震作用。

表3　設(shè)計(jì)采用的主要活荷載標(biāo)準(zhǔn)值　kN/m2

建筑物的結(jié)構(gòu)高度為63 m，設(shè)有電梯。

3　剪力墻布置方案分析與確定

在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)過程中，嚴(yán)格按照“均勻、對(duì)稱、周邊、分散”的原則，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)將剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為具有雙向抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)構(gòu)的主軸方向應(yīng)該合理的布置剪力墻，根據(jù)抗震要求和樓蓋形式確定橫向剪力墻的間距，同時(shí)要求不能在房屋盡頭集中布置縱向剪力墻。為了滿足結(jié)構(gòu)剛度均勻變化，通常沿建筑物全高布置剪力墻。根據(jù)前面剪力墻的簡(jiǎn)化計(jì)算，我們通過對(duì)實(shí)例中剪力墻的布置方案進(jìn)行驗(yàn)證，最終結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　剪力墻布置方案

4　結(jié)語

剪力墻的合理布置，將影響建筑物整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力特性，對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震穩(wěn)定性方面都起著至關(guān)重要的作用。應(yīng)當(dāng)合理的對(duì)剪力墻進(jìn)行布置，剪力墻布置過少，結(jié)構(gòu)的剛度不夠，使得框架承受更多的水平方向的內(nèi)力，使建筑物的側(cè)向位移增大，從而影響整個(gè)建筑的整體穩(wěn)定性;剪力墻布置過多，使得結(jié)構(gòu)的剛度過大，從而加劇了結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)，從經(jīng)濟(jì)因素上考慮也不合理。應(yīng)當(dāng)通過合理的方法對(duì)剪力墻的布置數(shù)目進(jìn)行合理的控制，從而更好地布置建筑物中的剪力墻。

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Discussion on the arrangement scheme and
determination of shear wall combining with the engineering example

Lu Jiahai
(The Institute of Architectural Design and Research of Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China)

Abstract:This paper briefly described the importance of reasonable arrangement of shear wall in the building，using the method of simplified calculation，introduced the structure best stiffness characteristic value，determined the structure lateral best bending stiffness，and combining with the examples，analyzed and verified the arrangement scheme of shear wall，so as to ensure the overall stability of building．

Key words:shear wall，bending stiffness，stiffness characteristic value，load

作者簡(jiǎn)介:盧家海(1978-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-26

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0051-02

中圖分類號(hào):TU973．16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A