高层住宅中剪力墙的作用效果对比

高层住宅结构方案布置摘要:通过一个高层住宅楼的工程实例，介绍了如何解决剪力墙布置问题，同时进行了结构计算分析，得出了一些有指导意义的结论。关键词:高层住宅，框架剪力墙，短肢剪力墙1.工程概况本工程长度45.84米，宽度13.64米，从室外地坪到主要屋面高度为33.2m，建筑面积6932m2。主要由11层建筑组成，其中地上1层为车库和商网，地上10层为住宅。该工程所处地理位置情况概述：地震烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组是第一组，Ⅱ类场地。基本风压为0.65kN/m2，地面粗糙度B类;基本雪压0.4kN/m2;一层商网要求大通透玻璃，住宅要求大飘窗，给剪力墙布置增加了困难。上部结构为框架剪力墙结构，下部基础形式为独立承台－灌注桩基础。2.结构布置框架－剪力墙结构布置形式分为四种，一种为框架与剪力墙（单片墙、联肢墙或较小井筒）分开布置；二种为在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙（带边框剪力墙）；三种在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙；四种上述两种或三种形式的混合。具体应用到在本方案，假定框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的10％但不大于50％。，所以剪力墙是抗震的第一道防线，剪力墙的合理布置就尤为重要。首先，剪力墙布置宜简单、规则，宜沿两个主轴方向双向布置，并且两个方向的侧向刚度不宜相差过大。其次，剪力墙宜自下而上连续布置，避免刚度过大。最后，剪力墙开洞宜上下对齐、成列布置。据此原则，首先在三处电梯井筒布置了剪力墙，墙厚根据构造要求初步定为250mm厚，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。计算结果显示，框架部分承担的倾覆力矩为53％，剪力墙承担的倾覆力矩为47％，T周期比1.7。根据计算结果，与原来预想结果不一样。按照《高规》8.1.3条，方案进行第二次调整，于是就逐步在四周增加了短肢剪力墙。第二次增加两片短肢剪力墙（具体位置见图示），第三次增加四片短肢剪力墙（具体位置见图示），以下是两次增加量的比较结果。短肢墙体数量楼层框架柱X倾覆力力矩百分比比框架柱Ｙ倾覆力力矩百分比比短肢墙X倾覆力力矩百分比比短肢墙Y倾覆力力矩百分比比增加四片9000x2500144.35%37.74%4.84%%14.41%增加两片9000x2500147%47%4.64%13.80%通过结果可以看出，增加剪力墙效果很显著，依照经济的原则，选择第二种方案进行重点优化。计算显示，底层带端柱的短肢剪力墙轴压比超限，增加墙厚至270mm,端柱相应增加到540x540，墙截面高度为900mm，结果又出现了新的问题：墙肢截面高度与墙厚的比值小于4，所以在最后出图的时候，此段墙肢要按照柱的构造要求进行配筋。查看计算结果，位移比超限，于是又增加周边柱子和梁的截面，最终将位移比控制在1.5范围内。高规规范规定：抗震设计时，框架－剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力应符合下列规定满足Vf》0.2V0的楼层，其框架总剪力不比调整；不满足的其框架总剪力应按0.2V0和1.5Vfmax二者的较小值采用。各层框架承担的总剪力调整后，应按调整前、后总剪力的比值调整每根柱子与之相连框架梁的剪力及端部弯矩，框架柱的轴力不调整。再次检查框架－剪力墙中框架柱承担的剪力，发现剪力不足0.2V0，调整剪力，注意此调整剪力是在满足抗规5.2.5条最小剪重比的前提下进行的调整。3.结构计算分析最终该主体结构采用增加两片小墙肢方案，并用中国建筑科学研究院编制的pkpm-SATWE程序进行计算,计算结果如下。A.周期比振型号周期转角平动系数(X+Y)扭转系数11.24111.451.00(1.00+0.00)0.0021.162691.441.00(0.00+1.00)0.0031.0190102.080.00(0.00+0.00)1.0040.36271.620.98(0.98+0.00)0.0250.339691.600.99(0.00+0.99)0.0160.3148170.810.02(0.02+0.00)0.9870.2200178.850.58(0.57+0.00)0.4280.2129175.570.20(0.20+0.00)0.8090.205386.020.20(0.00+0.20)0.80100.204085.570.75(0.00+0.74)0.25110.2014148.140.08(0.05+0.02)0.92120.1802176.270.26(0.26+0.00)0.74结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比Tt/T1=1.019/1.162=0.80，小于0.9，满足《高规》3.4.5条。B.位移比C.刚度比Ratx2，Raty2:X，Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度90%、110%或者150%比值110%指当本层层高大于相邻上层层高1.5倍时，150%指嵌固层。最小值Ratx2=1.2797Raty2=1.2532，均满足《高规》3.5.1。D.位移角荷载顶点位移/mm顶点相对位移最大层间相对位移Δui/hi,X向风力12．1/4648,Y向风力12．1/1702,X向地震力12．1/1396,Y向地震力5．1/1480最大楼层层间相对位移为1/1396，满足《高规》3.7.3楼层层间最大位移与层高之比的限制1/800。Ｅ.剪重比和等效质量系数。满足《抗规》5.2.5条要求的X,Y向楼层最小剪重比=1.60%；X,Y方向的有效质量系数95%,满足满足《高规》5.1.13F.受剪承载力之比X方向最小楼层抗剪承载力之比:0.86层号:1塔号:1,Y方向最小楼层抗剪承载力之比:0.82层号:1塔号:1,Ratio_Bu满足《高规》3.5.3条。G.刚重比。X向刚重比EJd/GH＊＊2=7.83，Y向刚重比EJd/GH＊＊2=8.15。该结构刚重比EJd/GH＊＊2大于1.4，能够通过高规5.4.4的整体稳定验算。该结构刚重比EJd/GH＊＊2大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。H.0.2V0调整系数。首层框架承担的剪力值很小，所以应按《高规》8.1.4条进行调整，即框架总剪力应按0.2Q0和1.5Vf，max二者的较小值采用。5结语通过比较得出：①增加一些短墙肢对框架－剪力墙结构作用非常明显。短肢剪力墙墙厚与填充前墙厚相同，各墙相连的连梁处在同一平面内，避免梁柱可能突出墙面的情况，墙肢可长可短，可多可少，灵活布置，容易满足扭转的