高層公寓框支剪力墻結(jié)構(gòu)設計的幾項措施

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由于框支－剪力墻結(jié)構(gòu)上、下剛度突變，構(gòu)件不連續(xù)，傳力復雜，在地震作用下框支層將產(chǎn)生很大的內(nèi)力和塑性變形，抗震性能差，易造成震害；轉(zhuǎn)換層應力復雜，材料耗用量大，自重大，施工復雜，造價高，但框支－剪力墻結(jié)構(gòu)可滿足建筑物上、下不同功能的組合。

  建筑方案確定后，為改善抗震性能，減輕自重并節(jié)省投資，本工程結(jié)構(gòu)設計時考慮以下問題。   1、上部剪力墻體系   1.1　減輕結(jié)構(gòu)自重   減輕結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)力，改善經(jīng)濟指標，特別是基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)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100mm，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(zhì)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100mm得以實現(xiàn)，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200mm及250mm兩種，沿高度分兩次變化，即墻厚250mm減到200mm，墻厚200mm減到160mm.   1.2　減小剛度   框支－剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)洞   較長的墻體留設結(jié)構(gòu)洞，洞用輕質(zhì)墻體填充，可有效地減小剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度。   1.2.3增高轉(zhuǎn)換層上一層的樓層的高度   框支－剪力墻結(jié)構(gòu)應控制轉(zhuǎn)換層上、下層的剪切剛度比。增高轉(zhuǎn)換層以上樓層高度，能直接改善剪切剛度比。往往轉(zhuǎn)換層下部為大空間，層高較高；轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)層，層高4.55m，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(xiàn)為一個結(jié)構(gòu)層，可減小上、下層剪切剛度比的差距。   2、轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的內(nèi)力只能通過轉(zhuǎn)換層傳給框支結(jié)構(gòu)。   2.1　減輕轉(zhuǎn)換層自重   香港地區(qū)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(jié)構(gòu)經(jīng)濟指標控制不很嚴格，因此一般均采用厚板為轉(zhuǎn)換層。厚板材料耗用量大，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟指標差，因其自身重量大，又帶來地震作用大，使框支內(nèi)力增大。本工程設計時從減輕自重出發(fā)，盡管上部剪力墻方向復雜，仍優(yōu)先考慮梁系轉(zhuǎn)換。梁高2m，梁寬一般為1.2m、1.5m及1.8m.   2.2　加強梁的抗扭剛度   計算結(jié)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(zhuǎn)換層上、下板厚均為200mm.   2.3　加強轉(zhuǎn)換梁與中筒的連接   轉(zhuǎn)換梁與中筒連接處負彎矩大，鋼筋錨固構(gòu)造也存在問題，且轉(zhuǎn)換梁斷面與筒體壁厚500mm顯得不很協(xié)調(diào)，故采用在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換層挖空率約為27％，對節(jié)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(jié)構(gòu)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(nèi)已有工程采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)及配有構(gòu)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(gòu)件包括墻和柱，采用鋼纖維混凝土，1m3混凝土內(nèi)鋼纖維摻量為80kg，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(gòu)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(zhuǎn)換層頂面的豎向構(gòu)件。施工時注意鋼纖維應攪拌均勻，避免結(jié)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(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)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(jié)構(gòu)抗震性能差，造價高，應盡量避免采用。但它能滿足現(xiàn)代建筑不同功能組合的需要，有時結(jié)構(gòu)設計又不可避免此種結(jié)構(gòu)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。