史 飛 侯威鋒

(鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

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高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施優(yōu)化分析

史 飛 侯威鋒

(鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

從材料、荷載、抗震等級(jí)、計(jì)算參數(shù)、上部結(jié)構(gòu)模型等方面，闡述了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)，并探討了施工圖繪制中的關(guān)鍵事項(xiàng)，有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，滿足建筑舒適性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性的要求。

建筑結(jié)構(gòu)，施工圖，鋼筋，抗震等級(jí)

隨著國家建立節(jié)約型社會(huì)的理念不斷深入，房地產(chǎn)商和建筑的需求者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求，人們?cè)谧非蠼Y(jié)構(gòu)安全、質(zhì)量可靠的基礎(chǔ)上，更加注重建筑的功能性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性。輕質(zhì)高強(qiáng)材料、有限元設(shè)計(jì)理論的快速發(fā)展和現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷應(yīng)用，為建筑結(jié)構(gòu)的改善提供了更強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化就是建立在先假定材料的強(qiáng)度等級(jí)、各個(gè)構(gòu)件的截面尺寸及構(gòu)件的布置方式，然后建立工程結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移分析，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度和變形，通過不斷試算，使各項(xiàng)指標(biāo)都能滿足規(guī)范最低要求。我們可以從以下幾個(gè)方面入手，來控制結(jié)構(gòu)出圖的含鋼量，以此實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

1 制定統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)措施

1.1 材料選取的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

混凝土強(qiáng)度等級(jí)選用，基礎(chǔ)采用C30，梁、板、樓梯采用C30，柱子采用C30～C35，剪力墻采用C30～C45，壓頂、構(gòu)造柱、圈梁等采用C20。梁、墻柱主筋，約束邊緣構(gòu)件箍筋，板受力筋，地下室頂板梁箍筋，節(jié)點(diǎn)大樣中受力鋼筋可選用HRB400的熱軋鋼筋，樓板分布筋，梁柱箍筋,構(gòu)造邊緣箍筋，墻拉筋，節(jié)點(diǎn)大樣中分布鋼筋等可選用HRB300的熱軋鋼筋。

1.2 荷載選取的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

樓板荷載包括面層和抹灰，根據(jù)建筑做法實(shí)際計(jì)算，取1.3 kN/m2～1.5 kN/m2，如有地?zé)崛?.2 kN/m2。板上隔墻荷載部分，應(yīng)盡量減少短小次梁，墻體直接放置樓板上，以充分發(fā)揮樓板承載力；當(dāng)板上隔墻為非固定隔墻時(shí)，取隔墻每延米自重的1/3作為樓面活荷載的附加值計(jì)入，且不小于1 kN/m2。墻體材料容重不大于8.0 kN/m3，計(jì)算梁上部分線荷載時(shí)必須扣除結(jié)構(gòu)梁高，有洞口門窗時(shí)應(yīng)對(duì)門窗荷載進(jìn)行折減處理?；詈奢d的取值見表1。

表1 活荷載選用表

消防車道及撲救場(chǎng)地荷載：本工程地下室頂板有覆土，建議消防車荷載經(jīng)跨度插值后再按附錄B進(jìn)行折減。當(dāng)單向板樓蓋板跨介于2 m～4 m之間時(shí)，消防車活荷載可按跨度在35 kN/m2～25 kN/m2范圍內(nèi)線性插值確定，當(dāng)雙向板樓蓋板跨介于3 m～6 m之間時(shí)，消防車活荷載可按跨度在35 kN/m2～20 kN/m2范圍內(nèi)線性插值確定，頂板板塊僅部分有消防車道時(shí)，建議按面積比例進(jìn)行適當(dāng)折減。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)，可不考慮消防車荷載，進(jìn)行梁柱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按荷載規(guī)范5.1.2，根據(jù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行相應(yīng)的消防車活荷載折減。

1.3 結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

1.4 計(jì)算參數(shù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

1)混凝土容重：Gc=25 kN/m3(框架),Gc=26 kN/m3(剪力墻)。

2)周期折減系數(shù)：TC=0.95(剪力墻),TC=0.7(框架)。

3)土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)(MN/m4)：根據(jù)實(shí)際情況MI取2.5～300。

4)計(jì)算地震內(nèi)力時(shí)，剪力墻連梁剛度可折減；計(jì)算位移時(shí)，連梁剛度可不折減。

5)連梁減壓比不滿足要求時(shí)，可采用雙連梁、多連梁形式，或配置交叉斜筋，優(yōu)選交叉斜筋。

6)梁端在梁柱重疊部分簡化：作為剛域。

7)抗震設(shè)計(jì)的框架梁端配筋是否考慮受壓鋼筋：是。

8)是否考慮雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)：優(yōu)先考慮調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使位移比均不大于1.2，當(dāng)同一工況下較多位移比超過1.2時(shí)，應(yīng)考慮該項(xiàng)。

1.5 上部結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化

27號(hào)原模型結(jié)構(gòu)布置圖見圖1，27號(hào)建議修改后模型結(jié)構(gòu)布置圖見圖2。

調(diào)整結(jié)果：

位置一：此位置剪力墻縮短900 mm；

位置二：取消該位置處梁(該梁位于客廳廚房間，業(yè)主應(yīng)許的情況下可做)；

位置三：改變此處墻體洞口輸入方式，側(cè)向剛度增強(qiáng);

位置四：取消該處次梁，采用墻下加強(qiáng)筋做法；

位置五：去掉該處Y向墻垛；

位置六：原模型輸入計(jì)算縱筋過大，故改為向核心筒方向偏置；

位置七、位置八：取消該處過長的Y向墻垛；增設(shè)位置八處墻垛(可減少豎向邊緣構(gòu)件，且減少墻體)；

位置九：縮短該處Y向剪力墻長度1 000 mm。

2 施工圖繪制中的統(tǒng)一技術(shù)措施

2.1 地下室部分(采用梁板結(jié)構(gòu)時(shí))

3)若頂板作為嵌固端時(shí)，通長鋼筋配筋率0.25%即可，支座不足時(shí)另加。

4)底板通長鋼筋配筋率按規(guī)范0.15%即可，支座不足時(shí)另加。

5)地下室外墻不設(shè)置暗梁，外墻水平鋼筋配筋率全截面(兩側(cè)之和)按0.3%。

6)地下室頂板梁底部鋼筋可允許第二排鋼筋不伸入支座，參照11G101-1-P87。

7)外墻配筋方式建議取11G101-1-P77頁采用通長鋼筋+附加短筋的形式。

2.2 主樓部分

1)主梁縱筋盡量用小直徑鋼筋拉通,如按以下原則配筋:保證通長鋼筋比較節(jié)?。?/p>

2)當(dāng)加密區(qū)配筋較大時(shí)，加密區(qū)與非加密區(qū)箍筋直徑可不同，如加密區(qū)8，非加密區(qū)6,如圖3所示。

4)如存在部分框架梁一端為梁的情況，建議說明中注明框架梁如有一端為梁的，此端箍筋不設(shè)加密區(qū)。

2.3 樓板配筋的選用

樓板配筋按(0.15和45ft/fy)%的較大值，可按表3進(jìn)行選擇。

表3 樓板配筋取值表

2.4 墻體鋼筋選用

剪力墻分布鋼筋最小配筋率0.25%(一、二、三級(jí)抗震)(見表4)。

表4 墻體鋼筋選用表

2.5 邊緣構(gòu)件的設(shè)置

底層墻身軸壓比不大于0.3時(shí)，可不設(shè)約束邊緣構(gòu)件。轉(zhuǎn)角墻較短邊軸壓比不足時(shí)，可按組合墻軸壓比進(jìn)行復(fù)核。計(jì)算約束邊緣構(gòu)件體積配箍率時(shí)，可計(jì)入墻身水平分布鋼筋的體積配箍率(不大于總體積配箍率的30%)。

3 結(jié)語

通過上面統(tǒng)一技術(shù)措施的制定，可以避免在滿足計(jì)算情況下隨意放大配筋，配筋時(shí)還要注意計(jì)算結(jié)果的合理取用，遵循強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固的設(shè)計(jì)原則，所選取的鋼筋既要綜合考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件在強(qiáng)度、撓度和裂縫方面的要求，同時(shí)要兼顧方便施工和可操作性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡可能選用高質(zhì)量、高標(biāo)號(hào)的混凝土，利用高強(qiáng)鋼筋，減少鋼筋用量，減少截面尺寸，降低結(jié)構(gòu)自重，減少地震作用力，節(jié)約成本；采用節(jié)能和環(huán)保的輕質(zhì)隔墻材料，也可降低結(jié)構(gòu)自重，減少地震作用力，進(jìn)而減少結(jié)構(gòu)鋼筋和混凝土的用量。在模型計(jì)算中，要建立多個(gè)模型進(jìn)行多方案對(duì)比，在分析、比較判斷的基礎(chǔ)上對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理的調(diào)整和選用，計(jì)算和分析清晰，在繪制施工圖的時(shí)候就會(huì)心中有數(shù)，做到有的放矢，控制關(guān)鍵部位的鋼筋含量，減少不必要的配筋；不靠盲目加大鋼筋含量來保證結(jié)構(gòu)安全，而是靠計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度和自己積累的工作經(jīng)驗(yàn)來保證結(jié)構(gòu)安全實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的含鋼量，從而達(dá)到優(yōu)化成本的目的。

[1] 孫芳垂.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化及實(shí)例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

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Analysis on the design measures of high-rise shear wall residential structure

Shi Fei Hou Weifeng

(ZhengzhouUniversityIntegratedDesignInstituteLimitedCompany,Zhengzhou450000,China)

From the material, load, seismic grade, parameter calculation, superstructure model and other aspects, this paper elaborated the design technology of building structure, and discussed the key points in construction drawing, to improve the design level of architectural structure, met the building comfort, economy and environmental protection requirements.

building structure, construction drawing, steel bar, seismic grade

1009-6825(2017)06-0053-03

2016-12-15

史 飛(1983- )，男，碩士，工程師； 侯威鋒(1979- )，男，工程師

TU318

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