一、结构体系与结构布置
1 .1结构体系
1.1.1高层住宅结构设计应优先选用钢筋混凝土剪力墙结构体系。
1.1.2短肢剪力墙受力性能不好,且内力调整、轴压比限值及构造要求均高于普通剪力墙,经济性较差,应尽量减少或避免使用。
1.1.3局部因建筑功能及结构受力需要时,可采用设少量框架柱的剪力墙结构,其受力性能和经济性能均优于短肢剪力墙。
1.1.4住宅组合平面长度超过50m时,应优先在中部设置变形缝,尽量形成长度较小、平面规则的结构单元,否则应采取有效措施加强薄弱部位及解决平面超长带来的不利影响,带来的造价增加往往大于设缝费用。
1.1.5当裙楼连接多个主楼时,宜在主楼之间裙楼部分设置抗震缝,避免形成超长大底盘多塔结构。
1.1.6高层住宅的结构体系及布置应使结构具有适宜的侧向刚度,宜使计算的最大楼层层间位移角接近国家规范的限值。
1.1.7地下面积较大时,应根据地下平面的形状、尺寸及工程所在地的经验确定是否需要设置伸缩缝。当地下室平面不存在特别不规则及狭长的薄弱部位时,地下室可不设缝,但应有可靠措施控制楼板及侧墙的裂缝,减小温度作用对混凝土构件的不利影响。
1.2结构布置
1.2.1建筑方案配合。建筑方案是所有设计工作的基础,此阶段的不合理需要在后期用大量的复杂处理来解决,对于结构经济性往往具有绝定性因素。在方案设计阶段,即应配合建筑师,尽量减少因建筑体形与功能对结构带来的不利影响。建筑方案中的以下几方面对经济性影响较大,应尽量避免,当不可避免时,应视其程度和数量适当调高经济指标:
(1)高宽比过大、无缝单元平面长度超45m。
(2)楼层平面凹凸过大、出现细腰型、开大洞口、出现大于梁高的错层。
(2)主楼在裙楼范围内严重偏置、部分楼层大尺度收进。
(4)跃层剪力墙、下层层高远大于上层层高、局部夹层、剪力墙不落地。
(5)转角窗等不利因素过多、外纵墙数量过少、内横墙不对齐。
1.2.2住宅建筑的结构布置应充分结合建筑平面布置,结构布置除满足结构承载力要求外,应尽量使建筑室内空间达到无梁无柱的效果,提高空间及平面的利用效率,降低使用及装修成本。
1.2.3剪力墙平面布置
(1)剪力墙布置应尽量使两个方向刚度接近,两个主轴方向第一平动周期差异不宜超过20%。当位移为风荷载控制时,应使受风面较大的方向刚度偏大,以降低结构造价,避免浪费。
(2)优先采用长墙,减少墙肢数量。尽量避免采用短肢剪力墙及一字型剪力墙。20层以下剪力墙可采用较短墙体分散布置,以减小结构刚度;20层及以上剪力墙尽量采用长墙大开间集中布置,避免分散布置,以提高剪力墙抗侧效率,增大结构刚度、减小墙体轴压比。
(3)墙地比和柱墙比是前期控制用钢量的重要的两个量化参数。建议常规户型18-22层住宅6、7度区墙地比控制在4.6%以下,柱墙比控制在55%以下;28-33层住宅6度区墙地比控制在6.0%以下,柱墙比控制在55%以下;28-33层住宅7度区墙地比控制在6.5%以下,柱墙比控制在50%以下。
(4)剪力墙布置在满足结构刚度的前提下,以尽量减少边缘构件数量为原则。
(5)纵横双向墙体布置均衡。不应采用无内纵墙的方案,外纵墙窗间可不全部做成剪力墙,但不应使外墙全部为框架梁。
(6)剪力墙的竖向受荷应以平面内为主,较大跨度的主梁(跨度超4m)不宜垂直搭在剪力墙平面外,不应垂直搭设于一字型剪力墙端头。
(7)尽量不要在墙端做较大的端柱。
(8)剪力墙上开大洞口或者不开洞,避免采用小洞口。根据测算,当洞口尺寸1.2m时,洞口附件钢筋用量要高于相同范围内剪力墙的配筋量,因此开洞尺寸不宜少于1.5m左右。
1.2.4剪力墙厚度取值
根据《高规》7.2.1在满足墙体稳定的前提下,一、二级剪力墙:底部加强部位不应小于200mm,其他部位不应小于160mm;一字形独立剪力墙底部加强部位不应小于220mm,其他部位不应小于180mm;三、四级剪力墙:不应小于160mm,一字形独立剪力墙的底部加强部位尚不应小于180mm。
建议做法:
A、20层以下住宅:
地上部分:
无特殊情况采用180厚,带转角窗住宅的转角窗处墙厚,采用200厚。
地下部分:
内墙,在满足轴压比及稳定的前提下,上部墙体直接落下来,延续上部墙厚,筏板或桩筏基础时,接基础那一层内墙改为200厚; 外墙,均采用250厚。外墙为挡土墙时根据计算确定,一般层高不超过3米时,采用250厚即可。
B、28-34层住宅:
地上部分:
无特殊情况采用200厚,带转角窗住宅的转角窗处墙厚,采用250厚, 6度区时上面约1/3楼层可以根据计算将墙厚减为180。
地下部分:
内墙,在满足轴压比及稳定的前提下,上部墙体直接落下来,延续上部墙厚; 外墙,均采用250厚。外墙为挡土墙时根据计算确定,一般层高不超过3米时,采用250厚即可。
1.2.5剪力墙配筋率。剪力墙、边缘构件配筋率应严格执行《高层建筑混凝土结构技术规程》中的规定,计算不需要时,不得随意放大配筋。
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%左右为宜。一般住宅类剪力墙结构中,板跨的划分多由建筑房间布置决定,结构专业可调整的余地不大。但应尽量根据建筑房间布置合理控制板的跨度,减少次梁布置,充分发挥楼板钢筋强度作用,使板的配筋由内力控制而非按构造配筋,或使板计算配筋接近构造配筋。跨度较小的梁可取消,采用大板块方案。例如主卧室套间内的卫生间,卫生间小梁可取消,做折板。
二、材料与荷载统计
2.1材料
2.1.1钢筋。优先选用高强钢筋,剪力墙、梁、板等构件受力筋可采用HRB400钢筋,分布筋可采用HPB300钢筋。
2.1.2混凝土。由于计算软件中未扣除混凝土构件交叉重叠区域的混凝土体积,计算时混凝土容重可取25~26KN/m3。在满足结构承载力及刚度要求的前提下,应提高竖向构件混凝土强度等级以减小截面厚度。高度100m的建筑,竖向构件混凝土强度等级可取C40~C30;高度100m的建筑,竖向构件混凝土强度等级可取C50~C30。梁板混凝土强度等级采用C30。
2.2荷载统计
除特殊情况外,荷载应按现行《建筑结构荷载规范》取值,特殊荷载参照《全国民用建筑工程设计技术措施》(结构篇)取值。
2.2.1风荷载。风荷载应根据《建筑结构荷载规范》按结构设计使用年限要求及工程所在地的具体情况选用。对风荷载比较敏感(高度超过60m)的高层建筑,承载力计算时应按基本风压的1.1倍采用。
2.2.2楼面荷载统计。楼面附加恒荷载计算应根据建筑楼面做法厚度分层计算,活荷载应根据房间功能准确选取《建筑结构荷载规范》中的规定取值。
2.2.3隔墙荷载。梁上线荷载计算时,应取隔墙净高计算,并应扣除门窗洞口荷载。直接砌筑于板上的隔墙应采用100mm厚轻质材料隔墙,隔墙荷载按等效荷载原则考虑为楼面活荷载。
三、结构计算与参数选取
3.1 结构计算程序
结构计算应采用通过国家认定或获得国际广泛认可的计算软件,包括PKPM系列软件、盈建科系列软件、广厦系列软件、MIDAS、ETABS、SAP等。
3.2计算简图
3.2.1结构计算简图应基本符合原结构的受力特征、传力关系和边界条件。
3.2.2梁柱节点应考虑刚域作用,考虑刚域的计算模型会提高结构的整体刚度。
3.2.3垂直搭与剪力墙上的梁,梁端宜按铰接输入;当墙厚不小于梁高的0.8倍时,可按刚接输入。
3.2.4当楼板存在凹凸不规则、不连续或平面内变形较明显,应按弹性楼板补充计算。
3.2.5带斜屋面的结构,应按实际情况输入斜屋面布置,支撑斜屋面的柱墙构件应考虑斜梁水平推力对其产生的附加弯矩。
3.2.6剪力墙较小墙垛的输入问题。小墙垛的抗震性能较差,且宜应力集中,不能保证其性能的发挥,可不考虑其对结构整体抗震性能的贡献。因此,自墙边算起净长度不大于250的墙垛计算时可不输入。但其对垂直梁的锚固非常重要,应进行设计,可按构造配筋,满足梁支座锚固的要求。净长度大于250的墙垛,不宜忽视其实际作用,可按实际长度输入。
3.2.7连梁跨高比小于2.5的按洞口输入,跨高比介于2.5-5.0按梁输入。
3.2.8当位移比均小于1.2时,不考虑双向水平地震作用;
3.2.9连梁刚度折减系数:计算地震内力时,连梁刚度可折减,计算位移时,可不折减。折减系数一般取0.6,不得小于0.5。
3.2.10梁墙及梁梁垂直相交的铰接处理
(1)梁与剪力墙垂直相交时,梁端按铰接处理,减小对墙的影响,满足钢筋锚固;
(2)次梁与外墙主梁垂直相交时,次梁端按铰接处理,满足次梁钢筋锚固;
(3)次梁与内部主梁垂直相交时,次梁端一般可按刚接处理,主梁受力计算清楚,且可节省钢筋,但支座节点应采用满足锚固的构造;
3.3结构整体计算参数
3.3.1总信息
(1)水平力与整体坐标夹角:仅需改变风荷载作用方向时采用,一般填0。
(2)混凝土容重:25~26KN/m3,钢材容重:78 KN/m3。
(3)嵌固端所在层号:取底部嵌固部位之上一层的自然层号。程序将底部加强区延伸至嵌固端下一层。
(4)地下室层数:埋入土中超过半层高度的所有层数。
(5)对所有楼层采用强制刚性楼板假定:仅较规则结构计算位移比和周期比时勾选。较规则结构计算内力和配筋时,以及特别不规则结构计算所有指标时均不勾选。
(6)地下室采用强制楼板假定:一般应勾选。但对于地下室顶板开大洞及在此处有跃层柱的结构不能勾选。
(7)强制刚性楼板假定时保留弹性板面外刚度:仅对设置弹性板3和6的结构适用。当地下室采用板柱结构时必须勾选。
(8)墙梁跨中结点作为刚性楼板从节点:一般应勾选。不勾选时墙梁剪力一般会减小,但相应整体结构刚度变小,周期加长,侧移加大。
(9)计算墙倾覆力矩时只考虑腹板和有效翼缘:勾选。使结构中框架、短肢墙、普通墙的倾覆力矩统计结果更为合理。具体见《混规》9.4.3条及《抗规》6.2.13条条文说明。
(10)弹性板与梁变形协调:勾选。实现梁板变形协调,计算结果更为合理。
(11)恒活荷载计算信息:一般选用模拟施工3,对于钢结构或没有标准层概念的大型体育场馆应选择一次性加载。对于转换、悬吊等复杂传力的结构,应指定施工次序。
(12)规定水平力确定方式:一般情况选择规范算法,楼层概念不清晰的不规则结构选择CQC算法。倾覆力矩的输出结果中,一般情况首选抗规方法,当结构为框支转换或上部短肢墙,下部普通墙时,应按轴力方法计算结果。
3.2.2风荷载信息
(1)地面粗糙度类别:根据规范选择,D类慎用。
(2)修正后的基本风压:一般为50年一遇的基本风压。
(3)x、y向结构基本周期:为不考虑周期折减的结构第一平动周期。
(4)风荷载作用下结构的阻尼比:砼结构一般5%。
(5)承载力设计时风荷载效应放大系数:高度不大于60米的结构取1.0,高度大于60米的结构取1.1。
(6)考虑顺向风振影响:勾选。
(7)考虑横向风振影响:高度超过150m或高宽比大于5的高层建筑,以及高度超过30m且高宽比大于4的构筑物,应勾选。
(8)考虑扭转风振影响:根据《荷规》8.5.4条条文说明勾选。
(9)水平风体形系数:体型分段数可只考虑上部结构,程序自动扣除地下室部分风载。
3.2.3地震信息
(1)结构规则性信息:不规则。
(2)设计地震分组、设防烈度:根据《抗规》附录A选用。
(3)场地类别:根据地勘报告确定。(强条)
(4)抗震等级:根据《抗规》表6.1.2或《高规》表3.9.3、3.9.4选择。1.3.5钢框架抗震等级:根据《抗规》8.1.3条确定。
(5)抗震构造措施的抗震等级:根据《抗规》3.3.2条、3.3.3条、6.1.3~4条及《高规》3.9.1条、3.9.7条确定抗震构造措施的提高或降低。
(6)中震(或大震)设计:用于结构性能设计。弹性和不屈服设计均不考虑风荷载组合,不屈服设计增加柱、墙抗剪截面验算。
(7)斜交抗侧力构件方向附加地震数及相应角度:有斜交抗侧力构件或最大地震作用方向大于15度时在此输入,不改变风荷载方向。
(8)考虑偶然偏心:勾选。计算位移比时,必须考虑偶然偏心,计算层间位移角时,可不考虑偶然偏心。
(9)考虑双向地震作用:不考虑偶然偏心时,楼层最大位移与平均位移之比超过1.2,则勾选,否则不勾选。以免引起竖向构件内力的不必要放大。
(10)计算振型个数:取3的倍数,偶联时不小于9个。应注意有效质量参与系数不能小于90%。
(11)重力荷载代表值的活荷载组合值系数:一般结构取0.5,根据楼层使用功能而不同。
(12)周期折减系数:按《高规》4.3.17条取值。填充墙为砌块时,周期折减系数取大值:剪力墙结构0.9。周期折减系数不改变自振特性,仅改变地震影响系数。
3.2.4活荷信息
(1)柱、墙设计时活荷载折减:折减。但应注意此折减不能与PMCAD中楼面荷载传导计算中的荷载折减项同时选择,否则会造成折减系数累加,使结构不安全。
(2)传给基础的活荷载:折减。但应注意,此折减并不传给JCCAD,设计基础时,还应在JCCAD的荷载参数中输入相应的折减系数。
(3)梁活荷载不利布置最高层号:取全部楼层高。活荷载不利布置仅对梁起作用,墙、柱等竖向构件程序仅考虑一次性满布活载。
(4)柱、墙、基础活荷载折减系数:按《荷规》表4.1.2填写。新版程序对每个柱墙计算截面上方的楼层数自动分析计算,从而使带裙楼的高层结构取得正确的折减系数。
3.2.5调整信息
(1)梁端负弯矩调幅系数:一般取0.85。
(2)梁活荷载内力放大系数:取1.0,但应在前面考虑活荷载不利布置。
(3)梁扭矩折减系数:一般取默认值0.4。本参数对于弧形梁、不与楼板相连的独立梁均不起作用。在特殊构建补充定义中的特殊梁菜单下,可交互修改各梁的扭矩折减系数,用于需特殊验算抗扭的梁。
(4)薄弱层地震内力放大系数:无特殊情况时,多层取1.15,高层取1.25。
(5)连梁刚度折减系数:计算地震内力时,连梁刚度可折减,计算位移时,可不折减。折减系数一般取0.7,不得小于0.5。
(6)梁刚度放大系数按2010规范取值:勾选。
(7)砼矩形梁转T型:勾选。
(8)按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力:勾选。(强条)
(9)指定的薄弱层个数及层号:除程序自动判断放大的楼层外,对于转换层,层高差异较大的下部楼层,及转换桁架的上下层,应指定为薄弱层。高层薄弱层地震力放大系数1.25,多层薄弱层地震力放大系数1.15。
(10)全楼地震力放大系数:一般取1.0。但对于需用小震弹性时程补充计算的结构,当多条地震波的平均楼层响应大于振型分解反应谱法的楼层响应时,则可对全楼地震力进行放大,或仅对地震作用偏小的楼层进行放大。(可利用指定薄弱层进行放大)。
3.2.6设计信息:
(1)梁柱重叠部分简化为刚域:勾选,但在梁平法施工图中考虑支座宽度对裂缝的影响。
(2)框架梁端配筋考虑受压钢筋:勾选。
(3)柱配筋计算原则:一般采用单偏压计算,采用双偏压验算,如果用户在<特殊构件补充定义>中特殊柱菜单下指定了角柱,程序对其自动按照{双偏压}计算。
(4)剪力墙构造边缘构件的设计执行高规7.2.16-4:对于连体、错层、及B级高度的结构中的剪力墙,勾选此条。
(5)指定的过渡层数和层号:B级高度的剪力墙执行。(高规7.2.14-3)
3.2.7配筋信息:
(1)墙竖向分布筋配筋率(%):墙竖向分布筋配筋率取值可根据《砼规》11.7.14条和《高规》3.10.5-2条、7.2.17条、10.2.19条的相关规定:特一级一般部位取0.35%,底部加强部位取0.4%;一、二、三级取为0.25%;四级取为0.2%,非抗震要求取为0.2%;部分框支剪力墙结构的剪力墙底部加强部位抗震设计时取0.3%;非抗震设计时取0.25%。
(2)地下室信息:
土层水平抗力系数的比例系数(M值):2.5~100。m 值的大小随土类及土状态而不同;一般可按《JGJ94-2008》表5.7.5的灌注桩项来取值。用m 值求出的地下室侧向刚度约束呈三角形分布,在地下室顶层处为0,并随深度增加而增加。