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    框支-剪力墻結構設計的幾項措施

    時間:2019-10-29 雅安成建工業化建筑信息部


    1.1 減輕結構自重


    減輕結構自重,可直接減少混凝土用量,同時減小垂直荷載和水平地震力,進一步減小結構內力,改善經濟指標,特別是基礎和轉換層的混凝土和鋼材耗用量。


    1.1.1 樓板


    樓板覆蓋整個建筑面積,減小樓板厚度即為每平方米建筑面積所減小的混凝土量。采用把樓板厚度控制在滿足板的厚度與計算跨度要求的比值,并滿足防火和預埋管線要求的較小值即100 mm,以取得最低的混凝土消耗。


    1.1.2 剪力墻


    在考慮樓板的同時亦考慮剪力墻混凝土的消耗最少。按開間擴大剪力墻的間距,將部分開間的墻體用輕質隔墻取代,能有效地減少混凝土用量。為不增加板的跨度,使樓板厚度100 mm得以實現,在隔墻處設置梁。由于居住建筑開間和進深一般都不大,取梁寬與隔墻等厚,以免露梁。


    為減輕自重,剪力墻厚度分200 mm及250 mm兩種,沿高度分兩次變化,即墻厚250 mm減到200 mm,墻厚200 mm減到160 mm。


    1.2 減小剛度


    框支-剪力墻結構其上部剪力墻剛度偏大,應減小其剛度,使上下剛度盡量接近,以改善結構的抗震性能。


    1.2.1 擴大剪力墻間距


    按開間擴大剪力墻間距,不但能減少混凝土用量,也有利于減小剛度。


    1.2.2 剪力墻留設結構洞


    較長的墻體留設結構洞,洞用輕質墻體填充,可有效地減小剪力墻結構的剛度。


    1.2.3 增高轉換層上一層的樓層的高度


    框支-剪力墻結構應控制轉換層上、下層的剪切剛度比。增高轉換層以上樓層高度,能直接改善剪切剛度比。往往轉換層下部為大空間,層高較高;轉換層以上是住宅,層高較低,造成剪切剛度比加大。本工程利用住宅底部的設備層,將設備層和底層住宅設計成一個結構層,層高4.55 m,采用設備層頂板即住宅底層底板與剪力墻之間留縫脫開實現為一個結構層,可減小上、下層剪切剛度比的差距。


    2 轉換層設計


    本工程除水平、垂直方向設置剪力墻外,尚有斜方向的墻體,其上下軸線無法對齊。剪力墻結構的內力只能通過轉換層傳給框支結構。


    2.1 減輕轉換層自重


    香港地區此類建筑物較多,但它們不考慮抗震設防,而注重綜合的效益,對結構經濟指標控制不很嚴格,因此一般均采用厚板為轉換層。厚板材料耗用量大,結構經濟指標差,因其自身重量大,又帶來地震作用大,使框支內力增大。本工程設計時從減輕自重出發,盡管上部剪力墻方向復雜,仍優先考慮梁系轉換。梁高2 m,梁寬一般為1.2 m、1.5 m及1.8 m。


    2.2 加強梁的抗扭剛度


    計算結果顯示梁的扭矩大,配置縱向抗扭鋼筋及橫向抗扭箍筋均難滿足要求,因此采用部分封底,形成箱形,轉換層上、下板厚均為200 mm。


    2.3 加強轉換梁與中筒的連接


    轉換梁與中筒連接處負彎矩大,鋼筋錨固構造也存在問題,且轉換梁斷面與筒體壁厚500 mm顯得不很協調,故采用在轉換層的高度范圍筒體設置鋼筋混凝土箍,以加強此處連接。與厚板相比,本工程的部分箱形轉換層挖空率約為27%,對節省混凝土用量和減小地震力均有較大意義。


    3 框支層設計


    框支-剪力墻結構的薄弱部位在框支層,故加強其延性,提高抗震性能是十分重要的。


    3.1 增加墻量及剛度


    本工程建筑功能要求大空間,不能設置更多的落地剪力墻,故在不影響功能的情況下,爭取中筒四角加設T形落地墻體,以增加框支層墻量及剛度。


    3.2 采用鋼纖維混凝土,提高抗震性能


    為提高框支層抗震性能,提高其延性,國內已有工程采用型鋼混凝土結構及配有構造縱向鋼筋及螺旋箍筋的鋼筋混凝土柱。本工程框支層豎向構件包括墻和柱,采用鋼纖維混凝土,1 m3混凝土內鋼纖維摻量為80 kg,可提高抗拉強度設計值約35%,提高抗剪強度設計值約50%。除強度提高外,鋼纖維混凝土與普通混凝土同時使用,不需要采取特殊的構造措施,因此可用于設計需要加強的部位,而不需要的部位可以不用,具有較大的靈活性。本工程地下3層,由于地下室墻多,抗震性能較好,不必采用鋼纖維混凝土,但為了有一過渡,鋼纖維混凝土用于地下1層至轉換層頂面的豎向構件。施工時注意鋼纖維應攪拌均勻,避免結團;采用商品混凝土時,也可以委托攪拌站提供鋼纖維混凝土。


    鋼纖維混凝土用于建筑結構,目前國內尚不多見,本工程設計尚處于摸索階段,由于應用的靈活性以及可提高強度改善抗震性能,其應用前景是非常廣闊的。


    框支-剪力墻結構抗震性能差,造價高,應盡量避免采用。但它能滿足現代建筑不同功能組合的需要,有時結構設計又不可避免此種結構型式,對此應采取措施積極改善其抗震性能,盡可能減少材料消耗,以降低工程造價。



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