本文作者:呼和浩特钢结构设计公司

剪力墙住宅设计(剪力墙住宅设计效果图)

呼和浩特钢结构设计公司 2周前 ( 11-15 21:08 ) 356 抢沙发
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小高层住宅结构剪力墙配筋以及构造设计?

对于小高层住宅来说,剪力墙是面广量大的,因此合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。

一、剪力墙墙体配筋(以200厚墙体为例)一般要求水平钢筋放在外侧,竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。笔者建议加强区Φ10@200,非加强区Φ8@200双层双向即可,双排钢筋之间采用Φ6@600x600拉筋。但地下部分墙体配筋则另当别论。因为地下部分墙体配筋大多由水压力,土压力产生的侧压力控制,而由于简化计算经常由竖向筋控制,此种情况下为增大计算墙体有效高度,可将地下部分墙体的水平筋放在内侧,竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4.1.6条规定:迎水面保护层应大于50mm,且在保护层内按《混凝土结构设计规范》第9.2.4条规定增设双向钢筋网片。在这种情况下,很多设计人员在进行外墙裂缝验算时有效截面高度仍按保护层50mm计算,笔者认为是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后,计算保护层厚度至少可按30mm来取值,这对节省墙体配筋效果相当明显。

二、剪力墙按规范应设置边缘构件,一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件;其余剪力墙应按《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.17条设置构造边缘构件。本节仅就构造边缘构件的配筋作一点讨论。笔者认为首先要区分剪力墙的受力特性及类别,即:普通剪力墙(长墙),短肢剪力墙,小墙肢和一个方向长肢墙而另一方向属短肢墙来区别对待配筋。对于普通剪力墙,其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率,建议加强区0.7﹪,一般部位0.5﹪。对于短肢剪力墙,应按高规第7.1.2条控制配筋率加强区1.2﹪,一般部位1.0﹪;对于小墙肢其受力性能较差,应严格按高规控制其轴压比,宜按框架柱进行截面设计,并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2﹪,一般部位1.0﹪;而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体,设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋,建议有两种方法:其一,计算中另一方向短肢不进人刚度,则配筋可不考虑该方向短肢影响;其二,计算中短肢进人刚度,则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率加强区1.0﹪,一般部位0.8﹪。

三、剪力墙中的连梁跨度小,截面高度大,在地震作用下弯矩、剪力很大,有时很难进行设计,如果加大连梁高度,配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞,上述所示情况梁的高度是一样的;但对于窗洞,连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底,有时则高度太高,这样高跨比太大,并且与计算图形不符,相应配筋亦较大,不合理。连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面,对于窗洞楼面至窗台部分可用砖或其他轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时,可再增加一根梁,两根梁之间用砖填充。连梁配筋应对称配置,腰筋同墙体水平筋。

四、目前,各设计院在剪力墙的楼层处均设置暗梁,而对暗梁的作用及配筋亦各有理解。笔者认为对于框架-剪力墙结构,如剪力墙周边仅有柱而无梁时,则设置暗梁,并且要求剪力墙两端是明柱,这是因为周边有梁柱的剪力墙,抗震性能要比一般剪力墙要好。剪力墙结构则没有这方面的要求,在墙板交接处设置暗梁对加强墙体整体性作用还是有的,但究竟有多大则无从确定。因此笔者认为,就目前而言,在楼层位置设置暗梁是可行的,但没有必要设置太大断面及配筋,建议底部加强区断面可取墙厚x300,配筋上下各2Φ16,一般部位断面可取墙厚x250,配筋上下各2Φ14即可。

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剪力墙有哪几种类型?在房屋设计中应如何布置

一、剪力墙根据有无洞口、洞口剪力墙住宅设计的大小和位置以及形状等可分为四类剪力墙住宅设计,即整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。

(1)整截面墙,指没有洞口的实体墙或洞口很小的剪力墙,其受力状态如同竖向悬臂构件。当剪力墙高宽比较大时,受弯变形后截面仍保持平面,法向应力呈线性分布,

(2)整体小开口墙,指洞口稍大且成列分布的剪力墙,截面上法向应力稍偏离直线分布,相当于整体弯矩直线分布和墙肢局部弯矩应力的叠加。墙肢的局部弯矩一般不超过总弯矩的15%,且墙肢在大部分楼层没有反弯点。

(3)联肢墙,指洞口更大且成列布置,使连梁刚度比墙肢刚度小得多,连梁中部有反弯点,各墙肢单独作用较显著,可看成若干个单肢剪力墙由连梁联结起来的剪力墙。当开有一列洞口时为双肢墙,当开有多列洞口时为多肢墙。

(4)壁式框架,当洞口宽而大,墙肢宽度相对较小,墙肢刚度与连梁刚度相差不太远时,剪力墙的受力性能与框架结构相类似剪力墙住宅设计;其特点是墙肢截面的法向应力分布明显出现局部弯矩,在许多楼层内墙肢有反弯点。

二、剪力墙的布置应符合以下要求:

(1)剪力墙应双向或多向布置,宜拉通对齐,不同方向的剪力墙宜分别联结在一起,避免仅单向有墙的结构布置形式。当剪力墙双向布置且互相联结时,纵墙(横墙)可以作为横墙(纵墙)的翼缘,从而提高其承载力和刚度。

(2)地震区,宣将剪力墙设计成高宽比H/B较大的墙,因为低矮的墙。(H/B1.5)的破坏属剪切脆性破坏,抗震性能差。因此,当剪力墙较长时,可用楼板(无连梁)或跨高比不小于6的连梁将其分为若干个独立的墙段,每个独立墙段可以是实体墙、整体小开口墙、联肢墙或壁式框架,每个独立的墙段的H/B不宜小于2,且墙肢长度不宜大于8m.当房屋高度不是很大,为使整个剪力墙结构的房屋刚度适当,除抗震等级为一级的结构外,也可采用大部分由短肢剪力墙组成的剪力墙结构,短肢剪力墙是指墙肢截面高度与截面厚度之比为5—8且墙厚不小于200mm的剪力墙,这种剪力墙因高宽比较大,其延性和耗能能力均比普通墙好,因而近年来得到广泛的应用。

(3)错洞墙及洞口布置不合理的剪力墙,受力和抗震性能较差,因此剪力墙的门窗洞口宜上下对齐,成列布置,形成明确的墙肢和连梁。抗震设计时,一、二、三级抗震等级的剪力墙不宜采用错洞墙,当必须采用错洞墙时,洞口错开距离沿横向及竖向都不宜小于2m.为避免剪力墙墙肢刚度不均匀及墙肢过弱,要求墙肢截面高度与厚度之比不宜小于4.

(4)剪力墙宜自上到下连续布置,不宜突然中断,避免刚度突变。

(5)控制剪力墙平面外的弯矩,当剪力墙与墙平面外方向的楼面梁相连接,且梁高大于墙厚时,可至少采取下列的一个措施:

1)沿梁方向设置与粱相连的剪力墙,以抵抗平面外弯矩。

2)宜在墙与梁相交处设置扶壁柱。扶壁柱宜按计算确定截面及配筋。

3)应在墙与粱相交处设置暗柱,并宜按计算确定配筋。

4)当与剪力墙相连的楼面梁为钢梁时,剪力墙内宜设置型钢。

剪力墙住宅设计(剪力墙住宅设计效果图) 结构工业钢结构设计

短肢剪力墙住宅设计?

近十几年来,随着人们对住宅,特别是多层、小高层住宅平面与空间设计的要求越来越高,普通框架结构的露梁露柱,普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅平面与空间的要求,于是在原有框架结构的基础上,吸收了剪力墙的优点,逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的多层和小高层住宅结构形式,即异形柱框架结构体系和短肢剪力墙结构体系。在高层住宅的设计中,短肢剪力墙结构是应用比较多的一种结构形式,与异形柱框架结构相比,它的抗侧向变形性能好,可适应更高的建筑高度,对于7度和8度抗震设防时,分别可达100m和60m。

1短肢剪力墙的力学性能

1.1短肢剪力墙的定义

短肢剪力墙是联肢剪力墙的一种,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JBJ3.2002)对短肢剪力墙的定义是:短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙;即短肢剪力墙应满足5≤/h^≤8(1)力墙结构相比,短肢剪力墙结构比较经济、且结构为墙肢截面高度,%为墙肢截面厚度。塑量垦适:奎全二三堡壅,讨论了短肢剪力以上仅从构件的几何尺寸来限定短肢剪力墙是不严格的,因为满足以上条件的各种结构形式,其力学性能差异较大,因而造成短肢剪力墙结构设计的混乱L2J。本文从经济和安全的角度出发,根据短肢剪力墙的力学特性,引入肢强系数‘和整体性系数c【对短肢剪力墙进行限定【4J。

(1)短肢剪力墙应满足k[]≤《;,≤[](2)其中,k为系数,0kl,经对结构的分析,一般取k=-0.9,II为大多数楼层不出现反弯点时的肢强系数。肢强系数的表达式为=(3)。J,为所有墙肢截面对组合截面形心的二次面积矩之和;,-一组合截面的惯性矩;(2)、短肢剪力墙应满足10,的表达式为十其中,为肢距系数;D为连梁的刚度系数,为各墙肢的总刚度。当剪力墙的墙肢截面形式确定后,值的大小反映了剪力墙矩形洞口宽度的大小,小,洞口的宽度小,大,洞口的宽度大;当墙肢的截面形状和大小确定的情况下,的大小反映了剪力墙矩形洞口的高度,a大,洞口高度小,小,洞151高度大。

1.2整体性系数a对短肢剪力墙的影响

1.2.1整体性系数对侧移曲线的影响

在水平荷载作用下,短肢剪力墙侧移曲线呈明显的弯剪型,即底部数层为弯曲型,受力性能较好;顶部数层为剪切型,受力性能较差。水平均布荷载作用下短肢剪力墙的侧移方程为:=警1吩1]+11I2(1(一去1一+_1]一而1面1+s]]一。0sh(~sinh(ko~H(卜jj,=11+A=+4声一z’’一’为考虑剪切变形的连梁截面等效惯性矩,、厶分别为两墙肢截面惯性矩,4、分别为两墙肢截面面积,H为墙体总高度,h为层高,1为两墙肢形心之间的距离,为连梁的净跨,g为尸t均布荷载的分布集度,=告,k=71。

1.2.2整体性系数对墙肢应力的影响

外荷载产生的倾覆力矩可分解为两部分:两墙肢整体弯曲所抵抗部分和两墙肢局部弯曲所抵抗部分。此时,由两墙肢整体弯曲所抵抗的外荷载倾覆力矩为M=kM(6)由两墙肢局部弯曲所抵抗的外荷载倾覆力矩为M,=(1一k)M(7)为外荷载产生的倾覆力矩,k为两墙肢整体弯曲所抵抗的外荷载倾覆力矩的比例,其表达式为去I竽-cha~+(sha-tz)l(8)为剪力墙相对高度,0为剪力墙的顶部,1为剪力墙的底部。综上所述,在水平均布荷载作用下,双肢对称短肢剪力墙,在肢强系数较大时,侧移曲线反弯点相对高度随整体性系数oc的增大而减小;在肢强系数较小时,侧移曲线反弯点相对高度随整体性系数的增大而增大。整体性系数仅不宜过小。

2高层住宅短肢剪力墙结构设计

2.1工程概况

该工程为鞍山市“都市阳光”住宅小区高层住宅建筑,本文讨论一个伸缩缝区段。建筑面积为3876m,标准层建筑面积为338m。纵向总长度为24.97m,横向总长度为14.3m。开问为3.3m~5.1m,进深为4.5m~6m。层数为十一层,局部跃十二层。其中一至十一层层高为2.9m,十二层层高为2.7m。建筑总高度为36.95m。外墙采用300mm空心砖,内夹70厚水泥聚苯板,内墙采用200厚空心砖。结构形式采用短肢剪力墙。楼盖采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖,墙、柱、梁均为现浇,抗震设防烈度为七度。

2.2短肢剪力墙结构设计应注意的问题

(1)严格控制短肢墙的轴压比,尤其是无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙。目前,根据国内外研究结果,在承受压弯作用的剪力墙中,当处于小偏压状态时,墙的延性较差。不仅如此,即使在大偏压状态下,若轴压比较大,混凝土受压区的边缘应力很高,如果混凝土没有约束或约束不够,可能混凝:E先达到极限压应变,出现竖向裂缝,甚至压碎,使构件丧失变形能力和承载能力。因此,在设计时,应严格控制短肢墙的轴压比,以保证短肢墙的延性。

(2)应采取三维计算方法进行结构的动力特性分析和杆件内力计算。这时对于竖向构件又有薄壁杆模型与墙元模型,前者是一种简化模型,但精确度较低:后者是板元与膜元的组合,是一种高精度力学模型。

(3))由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小,设计时宣布置适当数量的长墙,或利用电梯,楼梯间形成刚度较大的内筒,以避免设防烈度下结构产生大的变形,同时也形成两道抗震设防。

(4)各墙肢分布要尽量均匀,使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近;抗震设计中,简体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构底部地震倾覆力矩的50%,必要时也可以通过增加长肢墙的方法调整刚度中心位置。

(5)短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢,特别是“一字形”短肢剪力墙,可出现先于与其相连的梁破坏的情况。如当高层短肢剪力墙结构有扭转效应时,会加剧已有的翘曲变形,使其墙肢首先开裂。因此,设计时应采取必要的措施,如对位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙应减小轴压比,增大纵筋和箍筋的配筋率,加强小墙肢的延性抗震性能,避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙,以保证结构的安全性、实用性。

(6)要正确判定短肢剪力墙结构墙肢平面内梁的属性。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ5—2002)规定:剪力墙开洞形成的跨高比小于5的连梁应按连梁进行设计;当跨高比大于5时宜按框架梁进行设计。连梁的刚度变化,直接影响了结构的总体抗侧移刚度,合理地选择梁的截面和配筋,有利于提高结构的抗震性能。因此’/J、高层住宅短肢剪力墙结构在实际设计时,墙肢刚度可相对减小;连接各墙肢间的梁刚度不应折减。只有这样,才能使梁截面设计易于满足规范的要求,偏于安全。

2.3主体结构设计

(1)结构选型根据开发商的要求,房间内不允许露出柱或梁等结构构件。本工程可供选择的结构方案有异形柱框架剪力墙结构和短肢剪力墙结构。由于异形柱框架结构要求肢高与肢厚之比不应大于4,且柱的净高与柱截面长边尺寸之比不宜小于4、不应小于3J,由此对截面尺寸产生了限制。经初步估算,采用异形柱框架时柱的轴压比超出限值,异形柱框架结构的高度限值为35m,本工程的建筑高度为36.95m[6】。且本市对异形柱框架结构的高度限值更为严格,故决定不采用异形柱框架结构。对于短肢剪力墙结构,经初步估算,其轴压比、侧移、扭转及总高度限值等方面均能满足要求,故最终决定采用短肢剪力墙结构。

(2)结构布置

结合本工程的特点,在结构布置时,以满足结构承载力、控制结构变形、减少扭转、控制轴压比等多方面指标综合确定剪力墙的布置。结构布置主要采取以下措施[9-10]:①根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002。高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构,本工程沿楼梯间布置长剪力墙,并结合电梯间形成短肢剪力墙.筒体结构。在其余部位,采用小开间布置剪力墙的方式,沿内外墙交接处布置短肢剪力墙。为增加短肢剪力墙的侧向刚度,尽量将短肢剪力墙布置成T形、L形或H形。

②合理布置水平抗侧力结构,各个轴线的水平抗侧构件尽量分布均匀、对称,以减少结构的扭转。在布置剪力墙时,随时应用SATWE程序对结构进行分析,并根据分析结果,调整各轴线上的墙肢长度,尽量减少结构的质量中心与刚度中心的偏差。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》,在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍。本工程控制在1.06倍。一层楼面的刚度中心和质量中心坐标见表1。

③控制剪力墙的轴压比不超过规定的限值。本工程为二级抗震等级,按14kN/m估算,将短肢剪力墙的轴压比限制在0.6以下,对于一字型短肢剪力墙,轴压比控制在0.5以下。墙肢长为肢厚的5~8倍,同时要兼顾建筑门窗洞口的要求。剪力墙外墙厚为250nli/1,内墙厚为200mm。±0.000以下墙肢加厚100mm。④保持竖向刚度连续,四层以下采用C40级砼,五~八层采用C35级砼,九层以上采用C30级砼,梁、楼板采用C25砼。剪力墙截面沿竖向不变化。

⑤为加强结构整体性,楼屋盖均采用现浇。⑥内墙梁截面宽度为200mm,外墙梁截面宽度为250mm。梁高初步按净跨1/10确定。剪力墙数量布置的的多少,是结构设计中至关重要的一个问题。剪力墙布置的太少,结构侧向刚度小,结构侧移大;剪力墙过多,地震力大,又不经济。在框架.剪力墙结构的设计中我们常采用一些指标来指导我们的剪力墙布置[11-14,如壁率、平均压力、参照实际工程中的剪力墙数量等等。壁率的计算有“单位建筑面积墙长”和“单位建筑面积墙面积”两种计算方法,前者比较粗略,后者反映了墙厚的因素;平均压力是楼层以上重量除以墙、柱截面积,它反映了层数、重量及结构截面积等因素。参照实际工程中的剪力墙数量时我们用“单位建筑面积墙面积”的壁率值加以比较。

(3)主要分析结果

SATWE是专门为多高层建筑结构分析而研发的空间组合结构有限元分析软件,适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土结构体系计算。SATWE是以壳元理论为基础构造一通用的超单元墙元为模拟剪力墙,它不仅具有平面内刚度,也具有平面外刚度,可以较好地模拟剪力墙的受力状态。而且墙元的每个节点都具有空间6个自由度,可方便地与任意空间梁柱单元连接,无需任何附加约束。SATWE给楼板4种简化假定,即假定楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。采用SATWE程序进行分析,短肢剪力墙按墙元模型输入,短肢剪力墙间的梁作为连梁计算。

3与异形柱框架结构的比较

将本工程与同一小区条件类似并采用异形柱框架结构的工程相比,短肢剪力墙结构具有侧移小、刚度大的优点。短肢剪力墙比异形柱框架钢筋及混凝土用量的数据见表4在墙柱钢筋用量方面,短肢剪力墙比异形柱多4.8kg/m,而梁的钢筋短肢剪力墙比异形柱:少14.87kg/m,这是由于短肢剪力墙结构梁的跨度比异形柱框架梁的跨度小;在墙柱混凝土用量方面,短肢剪力墙比异形柱混凝土用量多0.1/m,梁的混凝土用量短肢剪力墙比异形柱框架结构少0.022m/m。模板总用量短肢剪力墙结构比异形柱框架结构多0.49m2/m。

短肢剪力墙结构的设计应在限制结构位移、减少扭转、控制轴压比的原则下,合理布置剪力墙的数量和位置,同时采取合理的构造措施,加强楼屋盖的刚度并设置暗柱,提高结构的整体性。在计算剪力墙的壁率时,应考虑建筑总高度和层数的因素,不断积累经验,使其更加合理。

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