错层剪力墙结构

错层剪力墙结构（精选7篇）

错层剪力墙结构 篇1

0 引言

剪力墙是一种工程常见结构体系, 由于建筑功能要求, 剪力墙常有不规则的门窗洞口, 这样布置洞口就把一个单肢分成了不规则单 (多) 肢错层剪力墙, 这些不规则错层对剪力墙构件的有效刚度存在较大影响。剪力墙的性能取决于两个方面, 一是组成剪力墙的墙肢的强弱, 其二是各墙肢之间联系的强弱。若墙肢本身是弱的, 那么即使它们之间的联系很强, 即连梁的线刚度很大, 整个结构的性能是弱的, 体现出强梁弱墙式的性能, 整体性不好;相反若墙肢是强的, 但是它们之间的联系很弱, 结构相当于用若干根杆件联系几片悬臂墙, 整体性仍然不好。随着人民生活水平的提高, 民众对居住环境的要求也越来越高。错层式住宅有着空间高低错落有致, 使用合理, 居住舒适等优点, 被越来越多的采用。这种错层式住宅多采用剪力墙结构。错层剪力墙结构使剪力墙形成错洞墙, 导致结构刚度不规则, 对结构抗震有不利影响, 尤其对平面不规则和扭转效应显著的错层结构破坏特别严重。JGJ3-2002《高层建筑混凝土结构技术规程》建议在抗震设计时高层建筑宜避免错层, 同时也对错层结构的概念设计, 建模计算以及抗震构造措施等设计方法。

1 剪力墙设计的基本概念

1.1 剪力墙高和截面高度尺寸较大但截面厚度较小, 几何特征

像板, 受力形态接近于柱, 而与柱的区别主要是其截面高度与厚度的比值。

1.2 剪力墙结构中, 墙是平面构件, 除承受水平剪力和弯矩外,

还承担竖向压力;在轴力, 弯矩, 剪力的复合状态下工作, 其受水平力作用下似底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外, 还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求;墙肢必须能防比墙体发生脆性剪切破坏, 因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。

1.3 剪力墙分整体墙和联肢墙:整体墙如一般房屋端的山墙、鱼

骨式结构片墙及小开洞墙、整体墙受力如同竖向悬臂, 当剪力墙墙肢较反时, 在力作用下法向应力呈线性分布, 破坏形态似偏心受压柱, 配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端;为防止剪切破坏, 提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率;为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长, 以防止截面应力相差过大。

1.4 墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分

析, 求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。

1.5 为了保证墙体的稳定性及便于施工, 使墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力。

2 高层结构的设计影响因素分析

2.1 水平荷载成为决定因素一方面, 因为楼房自重和楼面使用

荷载在竖向构件中所引起的轴力合弯矩的数值, 仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖向构件中引起的轴力, 是与楼房高度的二次方成正比;另一方面, 对某一定高度的楼房来讲, 竖向荷载大体上是定值, 而作为水平荷载的风荷载和地震作用, 其数值则随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

2.2 轴向变形不容忽视与低层或多层建筑不同, 结构侧移已成

为高层建筑结构设计的关键因素, 随着建筑高度增加, 水平荷载作用下结构侧向变形迅速增大, 结构侧移与高度呈现四次方关系上升。

2.3 抗震设计要求更好在高层建筑结构的抗震设防设计时, 要

考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载, 还必须使建筑结构具有良好的抗震性能, 做到小震不坏、中震可修、大震不倒。

3 错层剪力墙结构在高层中的应用的相关研究

研究表明, 对于错层结构, 一般认为其不利的因素主要源于两个方面:一是由于楼板被分成数块, 且相互错置, 在错层构件中产生很大的变形和内力, 削弱了楼板协调结构整体受力的能力;二是由于楼板错层, 使得错层交接部位形成竖向短构件, 可能在同向受力中因错层构件刚度大而产生内力几种, 不利于抗震。短构件问题主要是针对多层框架结构, 其不利于抗震的震害表现也多出现在多层框架中。对于以剪力墙为主要受力构件的高层住宅, 规则的错层对结构受力的影响有限, 影响主要在于两侧有错层连梁相连的墙体。结构的错层会增大结构的抗侧刚度, 错层构件在结构整体中所占的比例越大, 则整体侧向刚度增加幅度越大, 但剪力墙结构抗侧刚度增加的幅度相比于框架结构要小。相互错层的相邻楼板仅由中间的错层柱或墙相联系, 相比较平面刚度极大的楼板, 错层柱或墙的弯剪刚度是个极小值, 当结构受力时, 结构两部分将产生不协调变形, 可能会在错层柱或墙中形成较大的内力, 错层柱或墙的受力与两部分的均与性有关。错层剪力墙结构的试验研究表明, 由于错层剪力墙结构整体成弯曲破坏, 根据振动台试验和静力试验破坏结果, 错层剪力墙结构与一般剪力墙结构无大的区别。由此可知, 错层对剪力墙结构体系的影响有限, 错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施的加强, 可以满足抗震设计的要求。

4 结束语

4.1 错层结构造成平面楼板不连续, 竖向结构应力集中, 是一种

对抗震不利的结构形式, 但错层对剪力墙结构体系的影响有限, 错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施加强, 可以满足抗震设计的要求。

4.2 错层剪力墙结构的设计中, 考虑结构概念设计, 合理的布置

平面, 采用相应的抗震构造措施, 可以很好的保证结构的安全性, 确保收到良好的经济效果。

4.3 错层剪力墙结构属于复杂高层, 竖向抗侧力构件受力复杂,

楼板受到较大削弱, 抗震性能较差, 故抗震设计时, 高层建筑应避免使用。当工程确需时, 宜采用平面布置规则的结构体系, 以减少扭转效应。

摘要：错层剪力墙结构近些年来得到广泛的应用, 但因其结构对抗震有着不利的影响而使用范围受限。本文对错层剪力墙的设计计算进行了分析, 提出了错层剪力墙在高层结构设计中的使用方法。

关键词：错层剪力墙,高层结构,设计

参考文献

[1]李新.马俊凯.任少华, 高层住宅中错层剪力墙结构的设计[J].陕西建筑.2008. (5) .

[2]李亚娥.李志斌.袁陵.刘莹, 不规则错层剪力墙刚度的研究分析[J].甘肃科学学报.2009. (6) .

[3]陈晓丰, 赵声瑜.一种剪力墙结构设计[J].中国高新技术企业[J].2009. (15) .

错层剪力墙结构 篇2

(1)根据规范精神，错层结构中，错开的楼层应各自参加结构整体计算，不应归并为一层计算，但各自独立计算的错层楼板不宜简单地按“刚性楼板”假定计算，特别是楼板被洞口切分成狭长板带时，应考虑楼板面内刚度消弱的影响。建议将这些楼板设定为“弹性膜” ，用 SATWE 计算时选择“总刚分析方法” ，将按两种模型定义的楼板的计算结果进行分析对比。

(2) 在没有楼板的区域可能存在大量的跃层向构件和不受梁板约束的自由节点，因此“计算振型个数”需要增多，以保证有效质量系数大于 0.9。

(3) 错层结构属于复杂多高层结构， 抗震计算时应选择“考虑双向地震作用” ;如是高层错层结构，还应选择“考虑偶然偏心” 。新版 SATWE 程序允许同时选择以上两项，程序分别计算，取不利情况，

(4) 错层结构层高不一致， 使有关楼层间的控制参数，如层间位移比、层间刚度比、层间受剪承载力比等计算失真，因此不宜机械地直接采用这些数值，而应加以分析判断和手工校核调整， 确定其是否合理。

(5)SATWE 可自动搜索错层结构中的跃层柱及正确设定其计算长度系数，但内力和配筋只能按楼层分段描述，设计人员可取各段配筋中的最大值出图。

(6) 目前 SATWE 没有自动搜索分析短柱和矮墙的功能，需要设计人员手工对这些容易发生脆性破坏的构件采取特别的加强措施。

(7) 考虑到错层结构计算分析的复杂性和不确定性，除了用 SATWE 等软件进行常遇地震下的弹性计算以外，必要时还应采用 EPDA 程序进行弹塑性动力时程分析和 Pushover 弹塑性静力分析，以便对比验算

及找出需要加强的薄弱部位。

(8)带转换层、加强层、连体、多塔等情况，或建筑各部分层数、结构布置或刚度等有较大不同的错

高层剪力墙局部错层结构抗震设计 篇3

目前,在大量的住宅小区工程设计项目中,经常会遇到带商业商业裙房的住宅建筑。由于建筑功能的需要,要把住宅的一部分划为商业用房,而商业用房与住宅的层高要求差异较大,从而造成住宅主体建筑内部,在底部3层形成错层结构。这给抗震设计的结构分析带来了一定复杂性。为保证结构物的安全使用,结构工程师务必采取更严格的技术措施,满足建筑的要求。

1 结构分析

1.1 计算模型

错层结构示例简图见图1。其住宅部分、商业部分、错层部分抗震分析简图分别见图2、图3、图4。

1.2 概念分析

楼盖在竖向分析时,起着层间隔板的作用;在水平分析时,应保证抗侧力构件的协同工作。

但由于有错层结构的存在,使得楼板局部不连续,造成水平传力的不连续,形成高墙和矮墙混合的抗侧力体系,错层处的剪力墙应力集中。

1.3 计算分析

鉴于错层结构的平面不规则而导致的竖向不规则的复杂性,在整体分析时,应采取有效的技术措施。由于楼板的局部连续,为更真实考虑错层结构的楼板面内变形对抗侧力构件的影响,在整体计算时,采用局部弹性楼板模型,用弹性膜单元模拟弹性楼板。弹性膜可真实反映楼板的平面内刚度,同时又忽略了楼板的平面外刚度。在进行抗震分析时,应采用“总刚计算方法”。“总刚计算方法”直接采用结构的总刚和与之对应的质量矩阵进行地震反应分析,它可准确分析出每层每根构件的空间反应,通过计算分析计算结构,可发现结构的刚度突变的部位,连接薄弱的构件。[3]

中国建筑科学研究院抗震所等单位,做了两个错层剪力墙住宅结构模型,进行了振动台的试验。其中一个模型模拟32层98m高的住宅,该工程除错层外,平面布置也不规则;另一个模型35层98m高的错层剪力墙住宅,其平面布置规则,此模型的破坏程度比平面不规则模型要轻。[4]试验说明,错层结构对扭转效应较敏感,破坏比较严重。因此,为充分考虑地震作用下的扭转影响,笔者建议,错层结构按双向地震作用考虑扭转影响。

错层结构属竖向布置不规则结构,错层附近的竖向抗侧力构件受力复杂,难免应力集中。

虑到错层结构是局部的,仅限于底部3层,其上部为标准层高的住宅,造成竖向刚度的不均匀变化,笔者建议,对错层结构的底部3层人为指定为薄弱层,按照现行规范要求进行内力调整。

2 构造措施

2.1 剪力墙厚度

根据目前的工程经验,笔者建议,住宅部分的墙厚可同住宅的底部加强部位的墙厚,250mm或200mm;商业部分的墙厚可采用300mm;错层处的剪力墙厚不应小于250mm。需要特别指出的是,在模型输入时,是以楼板为界划分结构层的。由于SATWE计算程序本身的局部缺陷,墙身的稳定性验算,程序只以输入的结构层高进行计算,无法按真实的住宅部分或商业用房部分的层高进行稳定性验算,容易造成设计疏漏。这对普通层高住宅影响不大,但对层高较高的商业用房的剪力墙墙厚的确定带来了隐患。这时,务必要手算或上机复核商业用房部分墙体稳定性。否则,易造成商业用房的剪力墙厚度偏薄,从而使薄弱部位更薄弱。

2.2 抗震等级

由于错层处的剪力墙受力复杂,现行规范要求错层出处的剪力墙提高一个抗震等级,以免该类构件先于其它构件破坏。规范的要求是经济合理的,应严格遵守。如工程剪力墙抗震等级已为一级,则错层处的剪力墙抗震等级则提高至特一级,其相关构造措施详见现行规范,在此不再详述。

3 工程实例

3.1 工程概况

本工程位于西安市边家村,地上33层,地下1层,带2层商业用房,建筑高度96m;结构类型采用剪力墙结构,基础采用混凝土灌注桩;建筑抗震设防类别为标准设防类,结构抗震设防烈度8度(0.2g),场地类别为Ⅱ类场地,设计地震分组为第一组;除错层处的剪力墙抗震等级为特一级外,其余均为一级。

3.2 结构平面及空间模型

错层结构的平面示意图见图5,其空间型见图6。

3.3 计算结果

计算结果,结构自震周期见表1。结构侧向位移见表2。地震作用下的最大楼层剪力图见图7。

3.4 经济指标

经济指标见表3。

4 结语

现行规范已对错层剪力墙结构的适用高度有明确的规定,即7度和8度抗震设计时,剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度分别不宜大于80m和60m。对于局部错层剪力墙结构,宜另行规定,但规范并没有明文规定。笔者认为,在采取精确细致的计算,并适当提高结构构造措施后,错层结构的局部效应可有效控制。因此,局部错层剪力墙结构的适用高度应比通高的错层剪力墙结构适用高度有所放宽,可按现行规范的剪力墙适用高度取用。

参考文献

【1】JGJ 3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].

【2】GB 5011-2010建筑抗震设计规范[S].

【3】SATWE(08版)用户手册及技术条件[K].北京:中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部,2008.

错层建筑纵向结构的模板设计 篇4

一、工程概况

良乡文水家园4#楼,工程结构形式为全现浇剪力墙结构:地上11层,地下2层;标准层高2850mm和3800mm两种,设置2个电梯井,2个楼梯间。

二、模板方案设计配置

1. 设计难点

由于本工程标准层层高有两种,呈复式结构,两种层高交错处相邻墙体模板高度不同,一道墙体对面模板及角模的高度不同,必须通过电脑画出每层的施工顺序及支模形式才能确定模板的高度。模板配置必须综合考虑,既保证板块能充分流水,以降低工程成本,又要保证错层处模板角模的加固合理,确保工程质量。

2. 设计步骤

(1)流水段的划分及流水方向

根据本工程结构状况和墙、板施工流水段的划分,墙体模板设计1段,由1段模板向2段流水施工。设计模板时充分考虑到墙、板施工缝的留设位置。在流水过程中,模板不能通用时,予以增加,确保主体结构顺利施工。

(2)墙体模板高度的确定

本工程主体部分标准层层高为2850mm,AB轴~AC轴交1轴~3轴之间,AB轴~AD轴交10轴~16轴之间,AB轴~AC轴交21轴~26轴之间的三个客厅部位标准层层高为3800mm,模板设计考虑3-10层,错层和主体部位的模板在标高5.7m处即三层底板处下口位于同一标高处,再向上施工,若按常规模板设计,模板下口都落在各层的顶板上,内模板高度设计为板底+30mm,即模板高度应为2770mm(2720+50)mm和3720mm(2720+1000)mm两种,若按常规设计施工,模板配板量大,模板周转使用时,为了满足模板的加固,模板打的穿墙孔太多,由于本工程是租赁模板,这样既增加了工地在模板项目上的投资,也大大降低了模板公司租赁模板的重复利用率。

为了施工方和模板公司的双方的经济利益,满足本工程墙体质量长城杯的要求,我们模拟现场施工的情况,利用标准模板,经过电脑放样画出了每次施工错层处模板的支模示意图与错层处模板纵向穿墙孔之间的对应关系,经过与施工方的协商,最后定出内板高度为2770mm和2970mm两种高度。即2770mm模板用标准高度模板2720mm上接高50mm满足本工程主体部分内墙模板施工的需要,2970mm高度的模板用2720mm上接高150mm,下口活接100mm满足了3800mm层高在第3次、第4次支模时错层部位支模高度及加固的需要。外墙周圈错层部位的墙体模板高度开始与施工方协商定为内、外板等高均为3720mm,一次浇筑到3800mm层高的板底,后来由于考虑到长城杯质量的要求,为了满足墙体的受力和外观成形效果,设计院要求墙体的水平钢筋应为通筋,这样高层的墙体无法完成一次浇筑,只能浇到低板的板底处,为了节约成本,错层950mm处由施工自配木模板进行二次浇筑,原3720mm高的模板高度改为2770mm。阳角模和异型角模高度视其位置随相应处大模板,角模高度为2900mm。导墙模板由施工方自配。楼梯间、电梯井处的模板高度设计为2820mm,(50+2720+50)采用了下跨顶板50mm。利于提高墙体混凝土表面观感质量。既节约了工程成本,满足了2850mm和3800mm两种层高墙体模板支模的需要。

(3)错层部位墙体模板的配置及加固

本工程的错层在纵向进深和横向进深处均有错层,错层处模板配置时,由于高、低错层处标准模板的边框无法正常连接,我们在3轴和21轴的高、低错层处配置了700的小过渡板,在10轴和16轴处配置了170的小过渡板,这两块小过渡板均做成企口形式,与小过渡板相连的模板及角模上托角,高、低层处用常规的加固方法已无法满足工程质量的要求,加发270mm长小横肋,由施工方现场焊接至角模或模板上,并用老式背楞加固。这种配板方案减少了异型开豁模板的面积,既方便了施工,降低施工方的成本,保证了工程的质量,又提高了模板公司模板的重复利用率。

(4)楼梯模的设计

楼梯按标准层采用钢制定型踏步模板,按照建筑标高和尺寸设计,一次成活,减少湿作业量而且整体支模、拆模和起吊,也提高工效。

三、模板使用效果

错层结构在设计中的应用 篇5

为满足建筑功能的需要, 在结构设计中错层情况是很普遍的。但是错层在结构设计中有不利的方面:首先由于楼板被分成很多块, 且相互错置, 楼板的相对变位, 使得在错层结构中产生很大的变形和内力, 楼层水平力不能在各构件中有效传递;其次, 由于楼板错层, 在错层交接处形成竖向的低矮构件, 这些构件刚度相对较大, 从而受力集中, 不利于抗震[1]。在结构设计中应予以注意, 并采取相应的措施。在设计中, 对错层的定义普遍认为:楼板标高大于600 mm以上, 且超过梁高, 错层的面积大于等于本层楼板面积的30%, 如图1。

一般而言, 错层结构是指具有两个或两个以上与结构标准层下端相连的错层计算层的结构。错层结构在工程中的应用情况, 大体可将其归纳为以下三类[2]:

1) 包含型。建筑错层部位相邻两层的竖向构件呈包含关系, 即常说的错层柱结构形式, 如图2a所示。

2) 交叉型。建筑错层部位相邻两层的竖向构件呈交叉关系, 即错层梁共用柱结构形式, 如图2b所示。

3) 混合型。即同时含有包含型错层和交叉型错层的结构, 如图2c所示。

2 设计中应注意的事项

2.1 模型的建立

错层结构的模型有两种处理思路[3]。一种是建模时按同一层输入, 可采用升降节点和改变梁顶标高的方式处理, 通过构造处理使错置的两部分楼板之间具有可靠的连接, 形成无错层的整体楼盖, 这样自然不会出现短柱, 也就不会出现柱超筋现象;另一种思路是, 采用两个结构层建立模型, 错层楼板交界处容易出现短柱, 当错层柱两侧梁的跨度相差较大时, 柱端的负弯矩会较大, 这时如果处理不得当, 往往会出现纵筋超筋问题, 且解决起来较难。在建模时错开的楼层应各自参加结构整体建模, 不应归并为一个楼层计算。这样的模型和实际情况才比较相符, 保证结构分析的可靠性。抗震设计时, 高层建筑宜避免错层。

2.2 位移比的确定

现有的计算程序, 一般不能确定真实楼层和计算楼层的关系, 因此错层结构的位移比最好进行手工复核。

2.3 构造措施

错层结构属于平面不规则、立面不规则的结构, 在抗震设计时应该重点把握结构的不规则程度和错层的处理上, 采用概念设计, 通过采用较严格的抗震措施。

有关错层结构的构造, 在《建筑抗震设计规范》[4] (以下简称《抗规》) 中并没有单独说明, 但是《高层建筑混凝土结构技术规程》[5] (以下简称《高规》) 中第十章中做了详细规定。错层结构的抗震性能较差, 在构造上要特别加强, 总的设计原则应该是从严的。

《高规》中10.4.4条规定:错层处框架柱的截面高度不应小于600 mm, 混凝土强度等级不应低于C30, 抗震等级应提高一级, 错层处柱箍筋应全柱段加密配置, 以提高其抗震承载力和延性。

错层处的框架柱受力复杂, 容易发生短柱受剪破坏, 因此, 《高规》中10.4.5条要求其满足设防烈度地震 (中震) 作用下性能水准2的设计要求。

《高规》中10.4.5条规定:错层处平面外受力的剪力墙, 其截面厚度, 非抗震设计时不应小于200 mm, 抗震设计时不应小于250 mm, 并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用, 错层处剪力墙的混凝土等级不应低于C30, 水平和竖向分布钢筋的配筋率, 非抗震设计时不应小于0.3%, 抗震设计时不应小于0.5%。

对错层及局部错层应优先考虑通过采用恰当的综合措施, 消除或减轻错层结构带来的不利影响。当房屋不同部位因功能不同而使楼层错层时, 宜采用防震缝划分为独立的结构单元。当结构按一个结构层建模时, 采用错层布置时, 最好每隔几个错层设置一个贯通层, 抗侧力构件尽量对称均匀布置, 减小结构的扭转。当错层变标高处合用同一根梁时, 可采用梁侧加腋法, 以改善水平力的传力途径, 如图3所示。

3 结语

错层结构的抗震性能较差, 在设计中, 尤其是高层结构设计中, 应尽量避免。当无法避免时, 在计算和构造中均应采取有效的加强措施, 从概念设计的角度出发, 保证结构的安全。

摘要：错层结构是一种平面和竖向均不规则的复杂结构, 抗震性能差。在结构设计时应结合其特点从软件建模和构造上采取有效的加强措施, 提高结构的抗震能力。

关键词：错层结构,错层建模,构造措施

参考文献

[1]谢靖中, 李国强, 屠成松.错层结构的几点分析[J].建筑科学, 2001, 17 (1) :35-37.

[2]陈二雷, 富小蔓.错层结构设计简析[J].低温建筑技术, 2005, 29 (3) :94-95.

[3]苏原, 李黎, 陈传尧.结构计算模型与结构设计[J].建筑科学, 2005, 21 (1) :70-74.

[4]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].

错层结构刚度及楼层位移角的计算 篇6

高层建筑是社会需求与经济繁荣、科技进步的产物。随着对高层建筑使用功能要求的日趋复杂, 高层建筑在数量日渐增多、高度不断提升的同时, 结构形式也日趋多样性。为了有效地利用建筑空间, 部分楼盘会在沿街塔楼设置商业裙楼。由于商业层高与住宅层高不同, 相邻楼层结构高差超过了梁高范围, 因此在结构上宜安错层考虑。《高层建筑混凝土结构技术规程》要求, 当采用错层结构时, 为保证结构分析的可靠性, 相邻错开的楼层不应归并为一个刚性楼层计算。但目前现有的结构计算程序无法真实的模拟楼层关系, 在计算结果中会出现异常, 因此在错层处的计算往往采用人工手算复核。本文结合某工程框架剪力墙底部商业错层结构算例, 探讨错层结构侧向刚度及位移角的计算。

1 错层部位侧向刚度、位移角计算方法

目前国内主流结构设计软件, 如PKPM、盈建科, 在错层部位的建模可分为两种思路。

第一种, 整体平面建模, 以其中一个板面标高作为基准层高, 错层的部分通过输入梁、板标高形成。这种建模方法比较直观, 与实际情况相符, 计算结果也无异常。但错层部分的竖向构件计算高度均为基准层高, 反映不出错层部位的受力情况。因此这种建模方式存在一定的安全隐患。

第二种, 分层建模, 错层的楼层分为两个标准层建模。这种建模方法比较复杂, 且在第二个标准层由于层高很小, 在计算上会形成刚度的突变, 从而在计算结果中反应出侧向刚度、位移角不满足规范要求的情况。本文是基于这种建模方式, 通过人工手算得到真实的侧向刚度和位移角。

1.1 楼层侧向刚度计算

本文通过某框架剪力墙结构算例, 探讨错层结构的计算方法。工程位于广西柳州, 为18 层框架剪力墙结构, 一层地下室, 底部一半为三层住宅, 另一半为两层商业。工程使用PKPM软件建模计算, 平面简图及计算简图如图1 所示。

由计算简图看, 在9.000 标高以下左半部分为住宅, 右半部分为商业, 错层高度为1.5m。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.2 条第2 款, 对框架剪力墙结构, 楼层与其相邻上层的侧向刚度比计算公式如下, 且本层与相邻上层的比值不宜小于0.9;当本层层高大于相邻上层层高的1.5 倍时, 该比值不宜小于1.1;对底部嵌固层, 该比值不宜小于1.5。

在错层部位, 如住宅部分三层的刚度应为本层地震剪力标准值与二至三层的层间位移的比值。二至三层的层间位移为△3+△4, 于是可以将上述公式变形为RJ3左=V4/ (△3+△4) 。同理对于商业部分二层的刚度为RJ2右=V3/ (△2+△3) 。

1.2 楼层位移角计算

位移角验算也应勾选刚性楼板假定, 但是对于错层结构, 错层部位墙、柱不在同一标高, 或者本层没有楼板, 此时如果采用“强制刚性楼板假定”, 越层墙、柱将受到楼层的约束, 结构分析可能失真, 位移角也不一定有意义。楼层位移角的计算与侧向刚度类似, 根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.7.3 条, 位移角为按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比, 公式为:

这里可以将上述公式变形为, 在错层部位, 同样以第三层为例θ3左= (△max3+△max4) /H3 左。同理对于商业部分二层的位移角为θ2 右= (△max2+△max3) /H2右。

2 错层结构在计算上须注意的其他问题

错层结构除了侧向刚度及位移角外, 墙身稳定性也需要特别注意。在建模中, 由于墙身计算高度是取层间高度。由计算简图看, 商业部分一层层高为5.2m, 二层层高为4.5m, 但实际模型中, 墙肢计算高度由下往上依次为3.7m、1.5m、1.5m、3.0m。在计算墙身稳定性时, 计算高度不符合实际, 计算结果偏于危险。因此在计算墙身稳定性时, 可以将模型分为左右两个, 分别计算, 这样出来的结果较为真实。

3 结束语

通过以上方法能够较好的处理层间位移比、层间位移角、侧向刚度等结构的计算参数。但错层结构属于复杂高层结构, 竖向抗侧力构件受力复杂, 抗震性能较差, 高层建筑宜避免采用。但如果因建筑的需要, 局部有错层, 也可以通过一些措施进行加强, 消除或减轻错层给结构带来的不利影响。例如, 当楼面板变标高处合用同一根梁时, 可考虑设置梁侧加腋以改善水平力的传力途径。错层处框架柱的截面也可按“中震”进行复核, 柱截面高度不应小于600mm, 墙截面厚度不小于250mm。对于错层的设计, 要合理布置结构, 补充计算, 增加必要的构造措施, 在保证满足安全的前提下, 做到经济合理。

参考文献

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.

[3]李宏洲.错层结构设计的分析探讨[J].江苏建筑.2015 (02) .

[4]王春伟.浅谈带错层的高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品.2014 (13) .

错层剪力墙结构 篇7

以某设计院一框架结构为例。本工程为一幼儿园, 首层层高4.100m, 二层左侧两榀框架层高5.100m, 右侧二层、三层三榀框架层高均为3.600m, 各结构平面图如图一~图4所示[3]。因为错层高差超过500mm, 需要添加标准层来建模, 其建模流程分为A和B。

A模型分为四个标准层 (见图1~图4) , 各层层高依次为4.1m、3.6m、1.5m、2.1m, 楼层组装时选择自动计算底标高, 首层的底标高定为-0.500m (satwe计算时, 首层层高需要计算至基础顶, 所以首层实际高度为4.600m) 。

B模型也分为四个标准层 (见图1~图4) , 各层层高依次为4.1m、3.6m、5.1m、3.6m, 建模时把图二和图三中孤立的柱子删除, 修改重叠柱子的底标高, 图4中KZ1、KZ2、KZ3的柱底标高改为3.6m, 图4中KZ1a、KZ2a、KZ3a的柱底标高为1.5m, 楼层组装时, 不选择自动计算底标高, 楼层组装时, 首层底标高为-0.5m, 首层层高为4.6m, 二层、三层底标高为4.1m, 四层为7.7m。

A、B模型参数完全相同, 墙元细分长度同为1m, 地震作用分析方法为总刚分析方法, 方程组采用VSS向量系数求解器进行求解。

2 有限元计算分析

通过SATWE计算, 对主要控制指标 (刚重比、位移比、周期比) 进行比较分析, 同时局部截出图中填充柱子的计算结果对比分析, 如图5所示, 其中填充的柱子为A计算的结果, 空心柱子为B计算的结果, 从结果可以看出, 按A计算的配筋量比按B计算的结果配筋要大。

通过对位移比的对比发现, X方向的楼层最大位移角为1/589、1/594, Y方向最大层间位移角分别为1/743、1/734, 位置均相同, 另外通过刚重比、周期比的对比发现, A模型结构的刚度大, 周期短。

同时提取出图四中KZ4 (柱高5.100m) 的计算结果 (图6~图8) 进行分析, A模型KZ4由两部分组成, 下段长3.6m和上段长1.5m, B模型KZ4计算高度为5.1m, 计算结果可以看出, 柱子添加节点后变作为两根柱子进行计算, 取各自的最不利工况内力组合进行配筋, 在SAT-WE程序中, 单个构件的工况组合数为35种, 当一根构件因为人为添加节点被分成两段后, 那么工况组合就变成了70种, 细化后的结果就是不利组合的计算结果变大, 就出现了A计算结果比B计算的配筋大的情况。

3 结束语

本文提供的错层结构的两种建模方式, 结果有一定出入, 但是都是合理可行的。A建模是人为的对结构进行了剖分, 增加了计算的节点数, 对一个构件 (柱子) 分为两部分进行不利荷载的计算, 计算结果会更加的安全, 而且PMcad建模型是通过复制添加标准层的方式进行的, 一个标准层的竖向构件是同一个高度, 便于检查和组装, 在模型比较大的情况下, 工作效率较高, 大多设计院在处理错层的时候都采用的这种方法;B的建模思路更符合工程实际, 因为一个构件在某一部位的配筋量应该有唯一的一种工况控制, 但是当工程量较大时, 需要一个一个修改柱子的柱底标高, 楼层组装时也需要修改标高, 这样工作量比较繁重而且繁琐, 不符合结构分析软件的对模型简化处理的宗旨。所以, 经过比较分析, 本文还是较偏重于按A的思路建模进行错层结构的计算的。

参考文献

[1]JGJ3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程。中国建筑工业出版社.

[2]《PKPM结构软件若干常见问题剖析》, 中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所.