剪力墙结构优化方法探讨( 二 )


某 12 剪力墙结构三维计算模型如图 2 所示 , 该结构填充墙比较多 , 计算得到的周期折减系数为0. 95 。 某 32 层剪力墙结构三维计算模型如图 3 所示 , 该结构填充墙比较少 , 计算得到的周期折减系数为 1. 0 。 模型的计算结果见表 1

图2 某12层剪力墙结构 图3 某32层剪力墙结构

工程实践表明 , 周期折减系数每下降 0. 1 , 基底地震剪力增加 3% ~ 10%, 地震力的增大将会导致配筋增大 。 因此 , 周期折减系数应慎重选取 , 一般剪力墙住宅结构可取 0. 95 。 也可通过计算结构( 考虑填充墙刚度) 的基本周期来确定 。
2. 楼板计算假定
在结构整体计算中 , 一般情况下楼板可采用刚性板或弹性板假定 。 刚性板假定下可通过梁刚度放大系数考虑楼板的刚度贡献 , 而弹性板假定下 , 楼板与梁共同工作 , 较真实地考虑了楼板面外刚度的贡献 。 采用不同的楼板假定所计算得到的梁板内力分配不同 , 从而梁板的计算配筋也不同 。
某 32 层剪力墙住宅结构 , 其标准层结构平面布置图如图 4 所示 , 楼板分别采用刚性板( 中梁刚度放大系数取 1. 8) 和弹性板( 壳元) 假设进行计算 , 得到的结构第一周期分别是 2. 784s 和 3. 025s , 可见 , 基于弹性板假定的结构整体刚度比刚性板假定大 , 基于弹性板假定计算结果进行设计比基于刚性板假定要节省钢材 , 每平方米梁钢筋用量减少约 2kg

图4 标准层结构平面图
3. 次梁的抗震等级
采用常用设计软件建模时 , 与墙相连的梁的建模一般按主梁输入 , 是否按次梁设计由软件判断或工程师指定 。 次梁是非抗震构件 , 若按抗震构件设计将提高梁的最小配筋率和其他构造要求 。 当前全国各地对次梁的判断有如下 5 种选择( 按次梁数量从少到多排列) : 1) 所有与墙肢垂直相连的梁判断为框架梁; 2) 有一端与墙垂直相连的梁判断为次梁; 3) 两端与墙垂直相连的梁判断为次梁; 4) 一端与墙方向一致 , 另一端搭在梁上的梁判断为次梁;5) 一端与墙方向一致 , 另一端不论如何搭接均判断为次梁 。 目前多数采用第 3 种情况 , 即两端与墙垂直相连的梁判断为次梁 。
03不同层间位移角材料用量比较
某品字形高层住宅 , 结构总高度为 97. 5m , 地下1 层 , 地上 32 层 , 首层层高 4. 5m , 标准层层高 3m , 结构平面布置如图 5 所示 。 本工程位于 7 度区 , 基本地震加速度 0. 10g , Ⅱ类场地 , 设计地震分组为第一组 , 基本风压 0. 30kN /m2, 地面粗糙度为 B 类 。
通过修改抗侧力构件的截面尺寸和局部调整结构布置 , 使得结构在多遇地震作用下的最大层间位移 角 分 别 满 足 1 /700 , 1 /800 , 1 /1 000 , 1 /1 300 , 1 /1 600的限值要求

图5 某品字形高层住宅结构平面布置图
由表 2 可知 , 层间位移角按 1 /1 300 的限值控制的钢筋用量最少 , 层间位移角按 1 /700 的限值控制的混凝土用量最少 。 可见 , 结构刚度越大 , 剪力墙用钢量越大 , 梁用钢量越小 , 但混凝土用量越大 。 比较材料总造价 , 则层间位移角限值越大越节省材料用量; 若执行《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3—2010) ( 简称高规), 则层间位移角接近1 /1 000 限值时材料用量最节省; 若执行广东省高规, 则层间位移角接近 1 /800 限值时材料用量最节省 。

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