错层剪力墙结构

错层剪力墙结构（精选四篇）

错层剪力墙结构 篇1

钢筋混凝土剪力墙错层构件包括由楼板错开引起的构件(错洞墙、不规则联肢墙、一般联肢墙)及错层处墙体。

1.1 由楼板错开引起的构件(错洞墙、不规则联肢墙、一般联肢墙)

错层结构中,楼板错开布置,由于建筑使用功能的需要,通常会使窗洞口交错布置,从而在结构上形成错洞墙、不规则联肢墙、一般联肢墙,见图1a),1b),1c)。

错洞墙、不规则联肢墙与一般联肢墙相比,受力性能有了较大变化。在错层结构中,由于楼板错开,墙体在平面内的水平受力沿墙体高度发生不均匀变化。错洞墙与不规则联肢墙在墙体平面内洞口错开布置、不规律,未能形成明确的连梁,其平面内受力应力状态较为复杂,设计时需进行墙体的平面有限元补充计算。对于错洞墙与不规则联肢墙的设计,重点在于洞口错开处墙肢的应力状态、应力集中区域的大小,由此确定洞口边的钢筋配置大小及范围。对墙体进行平面有限元计算时,应采用双质点加载模式。即,每层楼板均作为一个水平力加载点。

1.2 错层处墙体

错层结构中在楼层错开处所设立的抗侧力构件,用以连接两部分错开楼层。通常为整体墙或整体小开口墙,见图2。

错层处墙体为连接两部分错开楼层的重要构件。错层结构在水平荷载作用下,由于整体楼板的刚性假定已不再适用,两部分楼层会产生相对运动,会对错层处墙体的平面外产生影响。因此,错层处墙体需设置与其墙肢相垂直的翼缘。近些年来,由于对错层处墙体的认识不足,不少设计中均采用对错层处墙体进行中震不屈服设计。但笔者在分析中发现,错层结构中,错层楼板两侧局部振动引起的错层处墙体的附加内力多发现于高阶振型下,然而高阶振型下的地震作用引起的结构反应力较小,对墙体的影响有限。因此可认为,处理错层处剪力墙平面外问题而采取的中震不屈服设计没有必要。墙体的平面外刚度很小,水平荷载主要还是靠与其垂直的墙体承担。因此无论错层与否,墙体的主要问题还是平面内问题。盲目进行中震不屈服设计,反而造成工程造价的大幅度上升。

1.3 计算方法比较

错层处墙体并不等同于错洞墙、不规则联肢墙。对于错层处的整体墙、规则联肢墙,仍可将其简化为薄壁杆系,采用结构力学的方法做近似计算;错洞墙和不规则联肢墙只能采用平面有限元方法。根据计算假定,剪力墙可以按纵、横两方向分别计算,每个方向都是由若干片剪力墙组成,协同抵抗外荷载。

错层处墙体由于其通常为整体墙或小开口墙,可以采用简化方法计算,也可以采用平面有限元计算。目前通用的设计软件均可达到精度要求,不需做补充计算。

2 钢筋混凝土剪力墙错层结构的整体性能

2.1 错开的方式对比

1)错平交替。在目前大多钢筋混凝土剪力墙错层结构设计中,通常采取设置平层的做法。即楼板错开几层后设置一个贯通层,用以协调变形,加强结构整体性(见图3)。但这种做法会带来刚度楼层突变的影响。笔者在分析中发现,在贯通层层高较大时,上下层刚度比甚至会超过2,形成明显的薄弱层。

2)层层错。当楼板错开高度相同,可以考虑选择层层错的方式作为结构方案。楼板层层错开,且错开高度相同,结构层刚度变化较为均匀,结构动力特性与相同情况下不设错层的结构相比,并未发生明显的变化(见图4)。

2.2错层结构计算要点

错层结构由于楼板不连续,板的平面内刚性假定已不再适用,可以看作分块无限刚。1)弹性计算。目前的通用设计软件都可以较好的对错层结构进行弹性计算。对于错层结构的弹性时程分析,需要根据时程分析的结果采用三条地震波的最大值对结构进行配筋调整。即:时程分析与反应谱分析结果对比后,根据层剪力大小的比值对配筋进行调整,调整系数为时程分析的各层剪力与CQC计算的各层剪力比值。不大于1时取1;大于1时取调整系数。2)弹塑性计算。目前的设计软件进行弹塑性动力时程分析采用的振动模型均为层模型或改进的层模型,其假定条件已不适于错层结构,且无法反映错层构件在罕遇地震下的内力变化。而采用杆模型,则耗时太多,不适于工程设计。因此对于错层结构抗震设防第二阶段要求的验算还有待解决。

摘要：对钢筋混凝土剪力墙错层构件——由楼板错开引起的构件和错层处墙体作了论述,将其计算方法作了比较,并就钢筋混凝土剪力墙错层结构的整体性能进行了分析,以完善错层结构设计。

关键词：钢筋混凝土,剪力墙,错层构件,错层结构,性能

参考文献

[1]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]方鄂华,钱稼茹,叶列平.高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[3]刘鹏,许开成.错层对结构受力性能的影响及设计要点分析[J].科技情报开发与经济,2004,14(12):209-210.

[4]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):25-37,41.

错层剪力墙结构 篇2

1 错层结构的相关研究

分析表明, 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集中, 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。如图1所示, 相互错层的相邻楼板A和B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匀性有关。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。

2 工程实例

2.1 工程概况

某小区其中4号楼为错层剪力墙结构。该工程建筑平面布置为一字型 (如图2) , 建筑物长度约为69m, 宽度约为12.6m, 建筑主体高度52.1m, 共18层, 加上屋顶以上塔楼的高度后, 建筑的总高度为55.8m, 高宽比为4.43。规范要求, 钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝最大间距为45m, 综合考虑变形缝设置要求, 该建筑变形缝宽度取200mm, 将建筑物分成A、B、C三个单元, 如图2所示 (阴影处为错层区域) 。建筑剖面图见图3, 住宅层高为2.9m, 上部结构各标高之间相差1.45m。该工程为丙类建筑, 建筑场地类别为Ⅱ类, 抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度为0.15g, 设计地震分组为第一组, 场地特征周期为Tg=0.35S, 罕遇地震作用的水平地震影响系数最大值为0.72。计算时基本风压按50年重现期取0.40KN/m2。

2.2 计算模型的建立

由图2可以看出, 该工程被变形缝分成A、B、C三个单元, 其中A和C单元对称, 因此我们只需建立A和B两个计算模型进行计算。《高规》指出, 错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系。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。本工程采用全现浇剪力墙结构体系, 计算软件以STAWE为主进行结构计算, 以PMSAP进行校核。建模时图3所示各标高处均按独立的计算标准层输入, 错层处剪力墙厚度取250mm, 与之相连的墙体厚度也取250mm。文献[3]指出, 错层剪力墙结构设计时墙体应尽量带有较大的翼缘, 一是可以增加墙体的稳定性, 二是增加了墙体的抗震承载力和延性, 对抗震有利。所建模型中几乎所有墙体都带有较大的翼缘, 以增强墙体的稳定性和抗震能力。文献[4]指出, 在进行结构的动力特性分析时, 分别采用弹性楼板和刚性楼板模拟结构的错层楼板, 发现两种计算方法的结果差异不大。振型分解反应谱分析结果表明, 结构在常遇地震作用下错层位置楼板会产生局部应力集中现象, 而位移、基底剪力等指标满足规范抗震要求。设计中用SATWE和PMSAP计算时, 分别考虑错层楼板为刚性楼板和弹性楼板, 发现计算结果确实差异不大。

2.3 计算结果

A单元模型的计算结果见表1, B单元的计算结果见表2。

从表中可看出计算结果均在规范允许的范围内, 且两种程序的计算结果相差不大, 为结构设计提供了保障。

2.4 抗震构造措施

对于错层剪力墙结构, 《高规》中指出, 错层处平面外受力的剪力墙截面厚度抗震设计时不应小于250mm, 并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强度等级不应低于C30, 水平和竖向分布钢筋的配筋率抗震设计时不应小于05%。本例参考了大量的相关文献及其规范的要求, 在建筑专业允许的前提下, 设置变形缝, 将建筑分为三个部分进行设计, 减小结构的扭转效应。在错层处的剪力墙加厚, 厚度取250mm, 并让墙体带有较大的翼缘, 增强墙体的延性和稳定性。错层处剪力墙抗震等级提高一级, 按二级考虑。混凝土强度等级在底部加强区为C35, 上部为C30。

3 结论

1) 错层结构造成平面楼板不连续, 竖向构件应力集中, 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的加强, 可以满足抗震设计的要求。

2) 错层剪力墙结构的设计中, 考虑结构概念设计, 合理的布置结构平面, 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。

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.

[2]尹保江, 龚思礼, 程绍革等.高层建筑中错层剪力墙结构的试验研究[J].建筑科学, 1999.

[3]吴景松.错层结构的抗震分析[J].住宅科技, 2002.

[4]陈勤, 王兴法.钢筋混凝土剪力墙错层高层结构抗震分析[A].首届全国建筑结构技术交流会论文集[C].2006.

[5]魏雅丽.某高层建筑错层剪力墙结构设计[J].国外建材科技, 2006.

[6]行业标准.高层建筑混凝土结构技术规程[S].JGJ3-2002.

错层剪力墙结构 篇3

1.修改梁标高方式

该方式适用于仅有个别楼层的个别房间错层的情况，PMCAD 提供了【上节点高】、错层斜梁】及单击鼠标右键的快捷构件修改方式，来指定或修改梁两端的标高，使部分房间周边的梁与同楼层其他梁标高不同，

根据 PKPM 软件自动生成楼板，且楼板标高总与周边梁标高对齐的规律，使得这部分房间楼板标高也与该楼层其他楼板标高不同， 从而实现了错层设计。

2.增加标准层方式

某大跨弧形错层结构设计方案研究 篇4

关键词：弧形结构,错层,结构选型,结构设计

1 工程概况

随着人们审美标准的提高, 造型新颖、独特的弧形建筑结构构件已经不局限于平面结构体系。在满足使用功能的前提下, 由平面结构体系向空间结构体系发展, 由单一的平面弧形向空间弧形迈进[1]。这给该类工程的设计计算提出新的技术难题。

本项目位于银川滨河新区核心城区北部, 地块北部紧靠黄河, 为拓展基地宿舍楼, 地面一部分3层、另一部分2层结构, 屋面为连续斜坡, 总建筑面积为3 581.3 m2。建筑平面外弧长81.9 m, 内弧长67.3 m, 坡屋面标高最高处13.900 m, 最低处7.100 m, 中部2层3层交接处屋面10.300 m。平面示意图见图1。

2 主要设计参数的合理选取

风荷载用于承载力计算取0.65 k N/m2 (银川地区50 a一遇的基本风压) , 舒适度验算取0.40 k N/m2 (银川地区10 a一遇的基本风压) 。地面粗糙度B类。

根据GB 50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》, 本工程建筑抗震设防类别为重点设防类, 简称“乙类”。GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》 (以下简称《抗规》) 中的地震动参数:抗震设防烈度为8度, 地震加速度为0.2g;设计地震分组为第2组;场地类别为Ⅱ类;场地特征周期为0.4 s。

3 结构体系与布置

本工程采用钢筋混凝土框架结构。因结构纵向跨度较长, 中间位置2层与3层交接, 为了对比分析结构受力和布置合理性, 本文采用设缝与不设缝2个方案进行建模分析。

3.1 设缝模型

方案一为设缝模型 (见图2) 。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》8.1.1条, 现浇混凝土框架结构伸缩缝最大间距可取55 m。本建筑结构外弧长81.9 m, 将整个建筑结构在2层与3层交接处设缝断开, 分为2个单体[模型一 (L) 、 (R) ]分别计算, 设缝处为双柱, 缝宽100 mm。

3.2 不设缝模型

方案二为不设缝模型 (见图3) , 整个建筑为一个整体。2层结构中间为错层, 左侧为3层结构的第2层, 右侧为屋面层。建模时, 左侧用“降节点”布置构件, 封边梁右侧为坡屋面边梁 (见图4) 。左侧3层为第三标准层, 柱底标高降至2层楼面标高, 右侧封边梁用虚梁布置。图5为错层位置的结构布置。

4 分析结果

4.1 结构整体分析结果

采用PKPM系列软件计算结构在恒载、活载、风载、多遇地震作用下结构的受力和变形性能。方案一设缝将结构分为2个结构单元分别计算, 左、右的结构单元动力特性指标见表1。方案二结构不设缝进行整体计算, 结构动力特性指标见表2。

从表1中可以看出, 方案一结构第1阶振型以X向为主的平动, 第2阶振型以Y向为主的平动, 这与结构的刚度分布是一致的, 因为2个单体在Y向的刚度明显小于X向。结构第3振型有了较大扭转, 扭转系数分别为0.96、0.97, 说明结构具有较好的扭转刚度, T3/T1<0.9, 满足《抗规》中的要求。从表2中可以看出, 方案二结构第1阶振型以Y向为主的平动, 第2阶振型以X向为主的平动, 与方案一相反, 结构跨度较大和平面较大弧度一定程度上改变结构的刚度分布。第3阶振型为扭转振型, 扭转系数为0.73, T3/T1<0.9, 满足《抗规》中的要求。

方案一、方案二计算结果均满足《抗规》关于位移比、位移角的要求。方案一地震作用下结构X向最大层间位移比为1.11, 最大层间位移角为1/582, 结构Y向最大层间位移比为1.25, 最大层间位移角为1/561;最大层间位移角均<1/550, 满足《抗规》规定。方案二地震作用下结构X向最大层间位移比为1.27, 最大层间位移角为1/664, 结构Y向最大层间位移比为1.37, 最大层间位移角为1/626;最大层间位移比均<1.5, 最大层间位移角均<1/550, 满足《抗规》规定。

4.2 振型分析

由于本工程属于平面不规则结构, 结构整体纵向跨度大, 平面总弧度较大, 容易产生扭转情况, 故在结构布置中进行优化。

方案一因分为2个单体, 每个单体长度不大, 平面弧度减小, 结构刚度中心和质量中心较吻合, 结构整体性和抗震性能较好, 由振型图中可看出结构振动与刚度分布是一致的。方案二因跨度较大, 平面弧形弧度较大, 左半部分为3层, 扭转效应略明显。

4.3 错层节点处分析

方案一设缝两边设双柱, 柱截面均为600 mm×700 mm。方案二相同位置柱截面均为600 mm×600 mm。刚度分布以增大外围结构刚度, 削弱内部结构的刚度, 错层为结构的中部位置, 刚度不宜过大的分布形式。

以图1中圆形圈定的柱为例, 将2个方案的计算结果进行对比及柱配筋计算结果见表3。总体上, 错层节点处不设缝模型配筋量小于设缝模型。

mm2

4.4 超长结构温度应力分析

地上结构最长约81.9 m, 方案二不设变形缝, 因此需要对结构在温度作用下的受力情况进行分析。根据银川市气象局统计资料, 当地基本气温最高为30℃, 最低为-14℃。工程拟于9~11月结构合龙, 结合当地气象资料, 合龙温度为3~17℃, 故结构最大温升为31 K, 最大温降为-27 K。利用PMSAP软件进行温度作用分析, 计算时所有楼板设为弹性板6。根据计算结果, 在温度作用下楼板压应力均小于C30混凝土的抗压强度设计值 (14.3 MPa) , 大部分楼板拉应力低于C30混凝土的抗拉强度设计值 (1.43 MPa) 。局部拉应力较大的区域, 配置双层双向拉通钢筋即可。温度工况下各楼层变形均<16 mm, 且端部变形较大, 中段变形较小。据此, 配筋时可适当加强端部竖向构件的主筋和箍筋。设置后浇带, 以释放早期混凝土温度应力, 后浇带于90 d后封闭, 采用补偿收缩微膨胀混凝土。

5 结语

银川某拓展基地项目虽然具有大跨、平面不规则、错层等不利因素, 但通过设缝和不设缝2个方案的计算分析, 2种结构建模布置方式均达到规范要求, 在重力荷载、风荷载和地震作用下均安全可靠。其中不设置沉降缝结构方案柱截面和配筋更经济。因此, 通过采用后浇带等构造措施, 推荐类似大跨、错层、弧形平面不规则结构采用不设置沉降缝结构方案。

参考文献