一、結構體系與結構布置
1 .1結構體系
1.1.1高層住宅結構設計應優(yōu)先選用鋼筋混凝土剪力墻結構體系。
1.1.2短肢剪力墻受力性能不好,且內力調整、軸壓比限值及構造要求均高于普通剪力墻,經濟性較差,應盡量減少或避免使用。
1.1.3局部因建筑功能及結構受力需要時,可采用設少量框架柱的剪力墻結構,其受力性能和經濟性能均優(yōu)于短肢剪力墻。
1.1.4住宅組合平面長度超過50m時,應優(yōu)先在中部設置變形縫,盡量形成長度較小、平面規(guī)則的結構單元,否則應采取有效措施加強薄弱部位及解決平面超長帶來的不利影響,帶來的造價增加往往大于設縫費用。
1.1.5當裙樓連接多個主樓時,宜在主樓之間裙樓部分設置抗震縫,避免形成超長大底盤多塔結構。
1.1.6高層住宅的結構體系及布置應使結構具有適宜的側向剛度,宜使計算的最大樓層層間位移角接近國家規(guī)范的限值。
1.1.7地下面積較大時,應根據地下平面的形狀、尺寸及工程所在地的經驗確定是否需要設置伸縮縫。當地下室平面不存在特別不規(guī)則及狹長的薄弱部位時,地下室可不設縫,但應有可靠措施控制樓板及側墻的裂縫,減小溫度作用對混凝土構件的不利影響。
1.2結構布置
1.2.1建筑方案配合。建筑方案是所有設計工作的基礎,此階段的不合理需要在后期用大量的復雜處理來解決,對于結構經濟性往往具有絕定性因素。在方案設計階段,即應配合建筑師,盡量減少因建筑體形與功能對結構帶來的不利影響。建筑方案中的以下幾方面對經濟性影響較大,應盡量避免,當不可避免時,應視其程度和數量適當調高經濟指標:
(1)高寬比過大、無縫單元平面長度超45m。
(2)樓層平面凹凸過大、出現細腰型、開大洞口、出現大于梁高的錯層。
(2)主樓在裙樓范圍內嚴重偏置、部分樓層大尺度收進。
(4)躍層剪力墻、下層層高遠大于上層層高、局部夾層、剪力墻不落地。
(5)轉角窗等不利因素過多、外縱墻數量過少、內橫墻不對齊。
1.2.2住宅建筑的結構布置應充分結合建筑平面布置,結構布置除滿足結構承載力要求外,應盡量使建筑室內空間達到“無梁無柱”的效果,提高空間及平面的利用效率,降低使用及裝修成本。
1.2.3剪力墻平面布置
(1)剪力墻布置應盡量使兩個方向剛度接近,兩個主軸方向第一平動周期差異不宜超過20%。當位移為風荷載控制時,應使受風面較大的方向剛度偏大,以降低結構造價,避免浪費。
(2)優(yōu)先采用長墻,減少墻肢數量。盡量避免采用短肢剪力墻及“一字型”剪力墻。20層以下剪力墻可采用較短墻體分散布置,以減小結構剛度;20層及以上剪力墻盡量采用長墻大開間集中布置,避免分散布置,以提高剪力墻抗側效率,增大結構剛度、減小墻體軸壓比。
(3)墻地比和柱墻比是前期控制用鋼量的重要的兩個量化參數。建議常規(guī)戶型18-22層住宅6、7度區(qū)墻地比控制在4.6%以下,柱墻比控制在55%以下;28-33層住宅6度區(qū)墻地比控制在6.0%以下,柱墻比控制在55%以下;28-33層住宅7度區(qū)墻地比控制在6.5%以下,柱墻比控制在50%以下。
(4)剪力墻布置在滿足結構剛度的前提下,以盡量減少邊緣構件數量為原則。
(5)縱橫雙向墻體布置均衡。不應采用無內縱墻的方案,外縱墻窗間可不全部做成剪力墻,但不應使外墻全部為框架梁。
(6)剪力墻的豎向受荷應以平面內為主,較大跨度的主梁(跨度超4m)不宜垂直搭在剪力墻平面外,不應垂直搭設于一字型剪力墻端頭。
(7)盡量不要在墻端做較大的端柱。
(8)剪力墻上開大洞口或者不開洞,避免采用小洞口。根據測算,當洞口尺寸≤1.2m時,洞口附件鋼筋用量要高于相同范圍內剪力墻的配筋量,因此開洞尺寸不宜少于1.5m左右。
1.2.4剪力墻厚度取值
根據《高規(guī)》7.2.1在滿足墻體穩(wěn)定的前提下,一、二級剪力墻:底部加強部位不應小于200mm,其他部位不應小于160mm;一字形獨立剪力墻底部加強部位不應小于220mm,其他部位不應小于180mm;三、四級剪力墻:不應小于160mm,一字形獨立剪力墻的底部加強部位尚不應小于180mm。
建議做法:
a、20層以下住宅:
地上部分:
無特殊情況采用180厚,帶轉角窗住宅的轉角窗處墻厚,采用200厚。
地下部分:
內墻,在滿足軸壓比及穩(wěn)定的前提下,上部墻體直接落下來,延續(xù)上部墻厚,筏板或樁筏基礎時,接基礎那一層內墻改為200厚; 外墻,均采用250厚。外墻為擋土墻時根據計算確定,一般層高不超過3米時,采用250厚即可。
b、28-34層住宅:
地上部分:
無特殊情況采用200厚,帶轉角窗住宅的轉角窗處墻厚,采用250厚, 6度區(qū)時上面約1/3樓層可以根據計算將墻厚減為180。
地下部分:
內墻,在滿足軸壓比及穩(wěn)定的前提下,上部墻體直接落下來,延續(xù)上部墻厚; 外墻,均采用250厚。外墻為擋土墻時根據計算確定,一般層高不超過3米時,采用250厚即可。
1.2.5剪力墻配筋率。剪力墻、邊緣構件配筋率應嚴格執(zhí)行《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中的規(guī)定,計算不需要時,不得隨意放大配筋。
1.2.6梁板布置。合理控制梁截面高度,一般控制梁(框架梁)配筋率在1.0%左右為宜。一般住宅類剪力墻結構中,板跨的劃分多由建筑房間布置決定,結構專業(yè)可調整的余地不大。但應盡量根據建筑房間布置合理控制板的跨度,減少次梁布置,充分發(fā)揮樓板鋼筋強度作用,使板的配筋由內力控制而非按構造配筋,或使板計算配筋接近構造配筋??缍容^小的梁可取消,采用大板塊方案。例如主臥室套間內的衛(wèi)生間,衛(wèi)生間小梁可取消,做折板。
二、材料與荷載統(tǒng)計
2.1材料
2.1.1鋼筋。優(yōu)先選用高強鋼筋,剪力墻、梁、板等構件受力筋可采用hrb400鋼筋,分布筋可采用hpb300鋼筋。
2.1.2混凝土。由于計算軟件中未扣除混凝土構件交叉重疊區(qū)域的混凝土體積,計算時混凝土容重可取25~26kn/m3。在滿足結構承載力及剛度要求的前提下,應提高豎向構件混凝土強度等級以減小截面厚度。高度<100m的建筑,豎向構件混凝土強度等級可取c40~c30;高度>100m的建筑,豎向構件混凝土強度等級可取c50~c30。梁板混凝土強度等級采用c30。
2.2荷載統(tǒng)計
除特殊情況外,荷載應按現行《建筑結構荷載規(guī)范》取值,特殊荷載參照《全國民用建筑工程設計技術措施》(結構篇)取值。
2.2.1風荷載。風荷載應根據《建筑結構荷載規(guī)范》按結構設計使用年限要求及工程所在地的具體情況選用。對風荷載比較敏感(高度超過60m)的高層建筑,承載力計算時應按基本風壓的1.1倍采用。
2.2.2樓面荷載統(tǒng)計。樓面附加恒荷載計算應根據建筑樓面做法厚度分層計算,活荷載應根據房間功能準確選取《建筑結構荷載規(guī)范》中的規(guī)定取值。
2.2.3隔墻荷載。梁上線荷載計算時,應取隔墻凈高計算,并應扣除門窗洞口荷載。直接砌筑于板上的隔墻應采用100mm厚輕質材料隔墻,隔墻荷載按等效荷載原則考慮為樓面活荷載。
三、結構計算與參數選取
3.1 結構計算程序
結構計算應采用通過國家認定或獲得國際廣泛認可的計算軟件,包括pkpm系列軟件、盈建科系列軟件、廣廈系列軟件、midas、etabs、sap等。
3.2計算簡圖
3.2.1結構計算簡圖應基本符合原結構的受力特征、傳力關系和邊界條件。
3.2.2梁柱節(jié)點應考慮剛域作用,考慮剛域的計算模型會提高結構的整體剛度。
3.2.3垂直搭與剪力墻上的梁,梁端宜按鉸接輸入;當墻厚不小于梁高的0.8倍時,可按剛接輸入。
3.2.4當樓板存在凹凸不規(guī)則、不連續(xù)或平面內變形較明顯,應按彈性樓板補充計算。
3.2.5帶斜屋面的結構,應按實際情況輸入斜屋面布置,支撐斜屋面的柱墻構件應考慮斜梁水平推力對其產生的附加彎矩。
3.2.6剪力墻較小墻垛的輸入問題。小墻垛的抗震性能較差,且宜應力集中,不能保證其性能的發(fā)揮,可不考慮其對結構整體抗震性能的貢獻。因此,自墻邊算起凈長度不大于250的墻垛計算時可不輸入。但其對垂直梁的錨固非常重要,應進行設計,可按構造配筋,滿足梁支座錨固的要求。凈長度大于250的墻垛,不宜忽視其實際作用,可按實際長度輸入。
3.2.7連梁跨高比小于2.5的按洞口輸入,跨高比介于2.5-5.0按梁輸入。
3.2.8當位移比均小于1.2時,不考慮雙向水平地震作用;
3.2.9連梁剛度折減系數:計算地震內力時,連梁剛度可折減,計算位移時,可不折減。折減系數一般取0.6,不得小于0.5。
3.2.10梁墻及梁梁垂直相交的鉸接處理
(1)梁與剪力墻垂直相交時,梁端按鉸接處理,減小對墻的影響,滿足鋼筋錨固;
(2)次梁與外墻主梁垂直相交時,次梁端按鉸接處理,滿足次梁鋼筋錨固;
(3)次梁與內部主梁垂直相交時,次梁端一般可按剛接處理,主梁受力計算清楚,且可節(jié)省鋼筋,但支座節(jié)點應采用滿足錨固的構造;
3.3結構整體計算參數
3.3.1總信息
(1)水平力與整體坐標夾角:僅需改變風荷載作用方向時采用,一般填0。
(2)混凝土容重:25~26kn/m3,鋼材容重:78 kn/m3。
(3)嵌固端所在層號:取底部嵌固部位之上一層的自然層號。程序將底部加強區(qū)延伸至嵌固端下一層。
(4)地下室層數:埋入土中超過半層高度的所有層數。
(5)對所有樓層采用強制剛性樓板假定:僅較規(guī)則結構計算位移比和周期比時勾選。較規(guī)則結構計算內力和配筋時,以及特別不規(guī)則結構計算所有指標時均不勾選。
(6)地下室采用強制樓板假定:一般應勾選。但對于地下室頂板開大洞及在此處有躍層柱的結構不能勾選。
(7)強制剛性樓板假定時保留彈性板面外剛度:僅對設置彈性板3和6的結構適用。當地下室采用板柱結構時必須勾選。
(8)墻梁跨中結點作為剛性樓板從節(jié)點:一般應勾選。不勾選時墻梁剪力一般會減小,但相應整體結構剛度變小,周期加長,側移加大。
(9)計算墻傾覆力矩時只考慮腹板和有效翼緣:勾選。使結構中框架、短肢墻、普通墻的傾覆力矩統(tǒng)計結果更為合理。具體見《混規(guī)》9.4.3條及《抗規(guī)》6.2.13條條文說明。
(10)彈性板與梁變形協調:勾選。實現梁板變形協調,計算結果更為合理。
(11)恒活荷載計算信息:一般選用“模擬施工3”,對于鋼結構或沒有標準層概念的大型體育場館應選擇“一次性加載”。對于轉換、懸吊等復雜傳力的結構,應指定施工次序。
(12)規(guī)定水平力確定方式:一般情況選擇“規(guī)范算法”,樓層概念不清晰的不規(guī)則結構選擇“cqc算法”。傾覆力矩的輸出結果中,一般情況首選“抗規(guī)方法”,當結構為框支轉換或上部短肢墻,下部普通墻時,應按“軸力方法”計算結果。
3.2.2風荷載信息
(1)地面粗糙度類別:根據規(guī)范選擇,d類慎用。
(2)修正后的基本風壓:一般為50年一遇的基本風壓。
(3)x、y向結構基本周期:為不考慮周期折減的結構第一平動周期。
(4)風荷載作用下結構的阻尼比:砼結構一般5%。
(5)承載力設計時風荷載效應放大系數:高度不大于60米的結構取1.0,高度大于60米的結構取1.1。
(6)考慮順向風振影響:勾選。
(7)考慮橫向風振影響:高度超過150m或高寬比大于5的高層建筑,以及高度超過30m且高寬比大于4的構筑物,應勾選。
(8)考慮扭轉風振影響:根據《荷規(guī)》8.5.4條條文說明勾選。
(9)水平風體形系數:體型分段數可只考慮上部結構,程序自動扣除地下室部分風載。
3.2.3地震信息
(1)結構規(guī)則性信息:不規(guī)則。
(2)設計地震分組、設防烈度:根據《抗規(guī)》附錄a選用。
(3)場地類別:根據地勘報告確定。(強條)
(4)抗震等級:根據《抗規(guī)》表6.1.2或《高規(guī)》表3.9.3、3.9.4選擇。1.3.5鋼框架抗震等級:根據《抗規(guī)》8.1.3條確定。
(5)抗震構造措施的抗震等級:根據《抗規(guī)》3.3.2條、3.3.3條、6.1.3~4條及《高規(guī)》3.9.1條、3.9.7條確定抗震構造措施的提高或降低。
(6)中震(或大震)設計:用于結構性能設計。彈性和不屈服設計均不考慮風荷載組合,不屈服設計增加柱、墻抗剪截面驗算。
(7)斜交抗側力構件方向附加地震數及相應角度:有斜交抗側力構件或最大地震作用方向大于15度時在此輸入,不改變風荷載方向。
(8)考慮偶然偏心:勾選。計算位移比時,必須考慮偶然偏心,計算層間位移角時,可不考慮偶然偏心。
(9)考慮雙向地震作用:不考慮偶然偏心時,樓層最大位移與平均位移之比超過1.2,則勾選,否則不勾選。以免引起豎向構件內力的不必要放大。
(10)計算振型個數:取3的倍數,偶聯時不小于9個。應注意有效質量參與系數不能小于90%。
(11)重力荷載代表值的活荷載組合值系數:一般結構取0.5,根據樓層使用功能而不同。
(12)周期折減系數:按《高規(guī)》4.3.17條取值。填充墻為砌塊時,周期折減系數取大值:剪力墻結構0.9。周期折減系數不改變自振特性,僅改變地震影響系數。
3.2.4活荷信息
(1)柱、墻設計時活荷載折減:折減。但應注意此折減不能與pmcad中“樓面荷載傳導計算”中的荷載折減項同時選擇,否則會造成折減系數累加,使結構不安全。
(2)傳給基礎的活荷載:折減。但應注意,此折減并不傳給jccad,設計基礎時,還應在jccad的“荷載參數”中輸入相應的折減系數。
(3)梁活荷載不利布置最高層號:取全部樓層高?;詈奢d不利布置僅對梁起作用,墻、柱等豎向構件程序僅考慮一次性滿布活載。
(4)柱、墻、基礎活荷載折減系數:按《荷規(guī)》表4.1.2填寫。新版程序對每個柱墻計算截面上方的樓層數自動分析計算,從而使帶裙樓的高層結構取得正確的折減系數。
3.2.5調整信息
(1)梁端負彎矩調幅系數:一般取0.85。
(2)梁活荷載內力放大系數:取1.0,但應在前面考慮活荷載不利布置。
(3)梁扭矩折減系數:一般取默認值0.4。本參數對于弧形梁、不與樓板相連的獨立梁均不起作用。在“特殊構建補充定義”中的“特殊梁”菜單下,可交互修改各梁的扭矩折減系數,用于需特殊驗算抗扭的梁。
(4)薄弱層地震內力放大系數:無特殊情況時,多層取1.15,高層取1.25。
(5)連梁剛度折減系數:計算地震內力時,連梁剛度可折減,計算位移時,可不折減。折減系數一般取0.7,不得小于0.5。
(6)梁剛度放大系數按2010規(guī)范取值:勾選。
(7)砼矩形梁轉t型:勾選。
(8)按抗震規(guī)范5.2.5調整各樓層地震內力:勾選。(強條)
(9)指定的薄弱層個數及層號:除程序自動判斷放大的樓層外,對于轉換層,層高差異較大的下部樓層,及轉換桁架的上下層,應指定為薄弱層。高層薄弱層地震力放大系數1.25,多層薄弱層地震力放大系數1.15。
(10)全樓地震力放大系數:一般取1.0。但對于需用小震彈性時程補充計算的結構,當多條地震波的平均樓層響應大于振型分解反應譜法的樓層響應時,則可對全樓地震力進行放大,或僅對地震作用偏小的樓層進行放大。(可利用指定薄弱層進行放大)。
3.2.6設計信息:
(1)梁柱重疊部分簡化為剛域:勾選,但在“梁平法施工圖”中考慮支座寬度對裂縫的影響。
(2)框架梁端配筋考慮受壓鋼筋:勾選。
(3)柱配筋計算原則:一般采用“單偏壓”計算,采用“雙偏壓”驗算,如果用戶在<特殊構件補充定義>中“特殊柱”菜單下指定了角柱,程序對其自動按照{雙偏壓}計算。
(4)剪力墻構造邊緣構件的設計執(zhí)行高規(guī)7.2.16-4:對于連體、錯層、及b級高度的結構中的剪力墻,勾選此條。
(5)指定的過渡層數和層號:b級高度的剪力墻執(zhí)行。(高規(guī)7.2.14-3)
3.2.7配筋信息:
(1)墻豎向分布筋配筋率(%):墻豎向分布筋配筋率取值可根據《砼規(guī)》11.7.14條和《高規(guī)》3.10.5-2條、7.2.17條、10.2.19條的相關規(guī)定:“特一級一般部位取0.35%,底部加強部位取0.4%;一、二、三級取為0.25%;四級取為0.2%,非抗震要求取為0.2%;部分框支剪力墻結構的剪力墻底部加強部位抗震設計時取0.3%;非抗震設計時取0.25%”。
(2)地下室信息:
土層水平抗力系數的比例系數(m值):2.5~100。m 值的大小隨土類及土狀態(tài)而不同;一般可按《jgj94-2008》表5.7.5的灌注樁項來取值。用m 值求出的地下室側向剛度約束呈三角形分布,在地下室頂層處為0,并隨深度增加而增加。