结合工程实例对住宅工程结构设计的论述 桥梁结构设计大赛作品

结合工程实例对住宅工程结构设计的论述桥

梁结构设计大赛作品摘要：本文结合笔者在实际工作中的经验，详细论述了某住宅区工程的结构体系特点、结构概念设计、计算分析及新材料的选取，分析和讨论部分框支剪力墙结构体系的设计，包括其转换层的设计要点及薄弱部位的处理措施等问题。关键词：部分框支剪力墙结构；梁式转换;5级人防地下室；HRB400级钢筋Abstract：theauthordiscussestheexperienceinthepracticalwork,discussesthestructureofaresidentialengineeringsysteincharacteristics,structureconceptdesign,calculationandanalysisandnewmaterialselection,analysisandthediscussionofaframeshearwallstructureofthesystemdesign,includingtheconversionlayersofmaindesignandweakpartsofthetreatmentmeasures.Keywords：apartoftheframeshearwalIstructure；Beamtypeconversion；Level5civilairdefencethebasement；HRB400reinforcedlevel中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：一、前言框支剪力墙结构是指底层为框架柱，上层为剪力墙的结构。底层的框架结构可使建筑平面灵活布置,适用于商场、餐厅、会议室、活动中心等大开间的公共建筑设计；上部的剪力墙结构整体性好，侧向刚度大，水平位移小，多用于住宅、旅馆等建筑设计。两者之间的楼板为转换层楼板，需采取措施增强该层的整体性及刚性，以减小整个结构的上下刚度差异。现代化高层建筑设计趋向功能多元化,要求居住、办公、饮食、商业一体化，因此这种结构得到越来越广泛的应用。二、工程概况该住宅区建筑面积约28.6万m2,本工程地下2层，地面以上6栋32层的塔楼，呈弧形分布，塔楼地面以上高99.90mo首层架空，二层为结构转换层，以上为住宅标准层，地下室连成一体，其中A1〜A4塔楼地下二层为5级人防地下室。本工程为部分框支剪力墙结构,A级高度的钢筋混凝土高层建筑，属复杂的高层建筑。三、主体结构设计3.1结构体系特点⑴平面不规则：本工程整体平面布置呈圆弧形，地面以上由6栋32层的塔楼组成。各塔楼平面均呈“十”字型，中部圆形的钢筋混凝土筒体为主要的抗侧力体系，伸出的各翼由几种不同的单元组合而成，与筒体连接部分较窄，向外逐渐变宽,属于平面不规则类型，详见图1、图2。⑵竖向不规则：地下室及首层为框架结构，由混凝土柱承受竖向荷载，以上各层为剪力墙结构，由剪力墙承受竖向荷载,2层平面为结构转换层，采用梁式转换，属于竖向不规则类型。图1首层结构平面图2A6栋标准层结构平面⑶人防地下室:A1〜A4塔楼地下二层为5级人防地下室，其顶板（即地下一层楼板）的等效静荷载标准值为lOOkPa。地下室底板则需承受地下水反压力，根据场地的地下水位及地下室的埋深,地下水位设防标高为-2.50m,底板的浮力达70kPa,需采取有效的抗浮措施。⑷超长混凝土结构：弧形地下室整体相连，长度超过400m,必须采取有效措施防止温度应力使混凝土产生开裂。⑸结构转换层及塔楼中筒与各翼之间的连接均为该工程的薄弱部位，其计算分析和处理措施是设计的关键和重点。3.2结构概念设计本工程框支框架的抗震等级为一级，剪力墙的抗震等级为二级。⑴为了加强整体结构刚度，本工程采用部分剪力墙框支、部分剪力墙落地的形式，形成底层大空间框架-剪力墙结构。因框支剪力墙承受的剪力大部分要通过楼板传到落地剪力墙上，故把落地剪力墙布置在各塔楼的中部，围成圆形的筒体，在转换层以下筒体外墙加厚为500,内墙为300,混凝土强度等级提高为C60,有效地加大底层剪力墙的刚度和承载力，使整个结构上下刚度差别减小，也增强了整体抗扭能力。⑵在转换层以下的框架结构中，塔楼部分的柱子作为上部剪力墙的支承也相应被加强，采用C60、截面为800X3000.4）1400等的钢筋混凝土柱，加大底层刚度。上部的剪力墙结构，整体性较好，有较强的抗侧力和抗扭能力，但为了避免墙体自重过大，部分剪力墙向上收窄，厚度从300减小为250和200,从而减少给底层框架结构的负担，有利于整体结构的稳定性。⑶底板承受着较大的浮力，厚度取500,塔楼部分，待主体结构完成6层后，建筑物的自重可抵消地下水反力，裙楼部分，则在柱下用抗拔桩（入岩深度23000）抵抗浮力。人防地下室顶板的等效静荷载标准值达lOOkPa,板厚取250,在人防设计中，在核爆动荷载和静荷载同时作用或核爆动荷载单独作用下，材料取动力强度设计值,如钢筋动力强度设计值为静荷载作用下设计值的1.2〜1.5倍，混凝土为1.4倍。⑷本工程结构长度较大，故几处设置了防震缝和后浇带。6栋住宅塔楼在二层楼面每隔2个塔楼用防震缝分隔，每两个形成双塔结构。地下室整体相连，沿地下室弧线方向每隔约501n设置一条后浇带，将地下室分为8块段施工。控制混凝土的配合比，减少水泥用量和用水量，掺粉煤灰和合适的外加剂，降低混凝土水化热，适当增加配筋率，防止温度应力使混凝土产生开裂。⑸塔楼中筒与各翼之间的连接是整个结构的薄弱部位之一,各标准层均为不规则平面，结构计算采用分块刚性楼板假定。为了克服塔楼的扭转反应，标准层采用剪力墙结构，适当增加剪力墙数量，增加结构的抗扭刚度；尽量加大中筒与各翼连接楼板的宽度，连接部分楼板加厚到150,并在平面外围适当部位设置拉梁将各翼连成整体。（6）转换层的设计是该结构设计的重点和难点。2层平面是本结构的转换层，是底层大空间与上部剪力墙之间的过渡层，采用梁式转换,部分落地剪力墙在该处都予以加强，使转换层、下的侧向刚度比减小而满足规范的要求。该层楼板厚度取200,框支梁最大截面为1400X1800,因支承上部墙体，框支梁承受很大的剪力，需在梁支座处加腋，并增加梁箍筋数量，提高抗剪和抗图3转换梁水平加腋大量图4转换梁节点大样扭能力（图3）；纵向钢筋也需加强,提高承载力；当梁宽大于框支墙柱宽度时,在节点区域内另加竖向拉结筋勾住梁底、面筋，增强转换梁刚度（图4）。对受力较复杂的转换梁，则进行有限元分析，并按应力进行配筋设计校核。3.2结构计算分析本工程结构分别采用中国建筑科学研究院编制《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》及《多层及高层建筑结构三维分析与设计软件TAT》进行计算。SATWE采用空间杆件一墙元模型,TAT采用空间杆件一空间薄壁杆模型，分别按单塔和双塔楼考虑计算（单塔计算周期比、位移比、刚度比;双塔计算内力及配筋）。SATWE程序计算时，塔楼各翼采用分块刚性楼板假定，用振型分解反应谱法取两个主轴方向和45度方向计算地震作用。考虑平扭耦连计算。计算参数的确定：（D抗震设防烈度为7度，场地土类别为H类，考虑偶然偏心,取18个振型。⑵基本风压值3o=0.60kPa,地面粗糙度为C类，风结构位移及内力计算结果表载体型系数取us=1.4o⑶结构周期折减系数取0.85,阻尼比为0.05。结构稳定验算满足高规要求，并且可不考虑重力二阶效应的影响。上表为A5、A6栋双塔结构的SATWE位移及内力计算结果。从SATWE计算结果分析可知，主体结构对地震作用及风荷载作用的反应是正常的，结构自振周期、位移、地震力均控制在规范允许值范围内，振型曲线正常，说明本工程的结构体系是合理的，采取的抗震措施是有效的。四、新材料本工程除了沿用传统的HPB235级和HRB335级钢筋外，考虑结构的复杂性、材料性能、施工技术及经济性等各种因素，增加（采用）了新型钢材一HRB400级钢筋，应用于梁柱纵筋、剪力墙主筋及地下室底板钢筋。此钢筋强度为HRB335级钢筋的1.2倍，减少钢筋配置数量，却可提高结构承载力，施工方便，既经济也实用，现在很多复杂的高层建筑都拟用此种新型钢材。五、结束语该地区住宅临江耸立，外观豪华，宫廷