时间：2023-10-10 15:58:03
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关键词:住宅楼;楼盖设计;柱的设计
中图分类号:F287.8 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2009)020(c)-0121-01
一、工程概况
某工程,是一幢沿街的带底层商业网点的单元式住宅楼,建筑面积8994M2,建筑层数为9层,首层商业层高4.5m,住宅层高3m,总高度为28.5m,建筑总长度为93m,建筑占地3260m2。工程自然条件:基本风压0.85KN/M2,地基承载力特征值300Kpa,抗震七度设防。
二、结构选型
建筑物的结构设计,不仅要求具有足够的承载力,而且必须使结构具有足够抵抗侧力的刚度,使结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规定的范围内。基于上述基本原理,工程综合分析了结构的适用,安全,抗震,经济,施工方便等因素,选取了结构方案.结构为钢筋混凝土框架体系,由钢筋混凝土框架承担竖向力和侧力。钢筋混凝土框架刚度布置相对比较均匀,在满足建筑功能情况下,尽量减少平面扭转对结构的影响。由于工程体型相对简单,满载较均匀,且桩端下不在软弱下卧层,桩型为端承摩擦桩,所以工程只在±0.000以上设两处100mm宽的抗震缝,同时兼作伸缩缝。
三、楼盖设计
工程选用的是主次梁楼盖,主次梁楼盖虽然存在着结构高度较大和模板安装制作比较复杂的问题,但却具有下列优势:①楼盖混凝土折算厚度最小,自重最轻;②开间大,房间布局灵活;③承载力大;④对结构整体刚度的贡献比平板和双向密肋楼盖要大得多。
板的设计:1、板厚取值。现浇楼盖中,板的混凝土用量约占整个楼盖的50%-60%,板厚的取值对楼盖的经济性和自重的影响较大,在满足板的刚度和构造要求的前提下,应尽量采用较薄的板,双向板的最小板厚度为80mm,板的厚度与跨度的最小比值:四边简支板为1/40,连续板为1/50。工程最大板跨为5m,其余板跨均小于4m,考虑到工程为住宅楼,板内有暗埋设备管,因此小于4m的板跨板厚也取100mm,5m板跨板厚取140mm。2、支座负筋直径的取值。对于工程的设计,一般板厚都≥100mm。根据简支板现行混凝土结构设计规范给出的最小构造支座负筋为φ8@200,这与旧规范所给的φ6@200合适,因为φ6@200的筋太软,钢筋架易被踩蹋,致使负筋的有效高度很低而发挥不了构造负筋的作用,现行所规定使用的φ8钢筋虽比φ6钢筋要好些,但如不采取其它措施,也同样易产生构造负筋变位。
四、柱的设计
工程框架柱设计的一个突出问题就是钢筋混凝土柱的轴压比问题,在设计中经常出现,框架柱的断面由轴压比限值确定,这往往使柱子断面很大,一方面,这样大的柱子,很容易使柱的剪跨比大于2而形成短柱;另一方面,由于柱断面很大,占去了许多建筑空间,工程师们不易接受;同时,由于自重增大,引起地震反应增大,造成恶性循环。
(一)工程轴压比限值的实质。规范通过限制轴压比,主要是希望柱发生延性好的大偏心受压破坏,从而保证框架柱有足够的变形能力在高轴压比情况下V-滞回环骨架曲线的下降段比较陡,滞回环的丰满程度差,在循环次数不多的情况下,框架柱丧失的承载力较大,耗能的能力较差,在低轴压比情况下V-滞回环骨架曲线下降段比较平缓,框架柱承受变形能力较大,而承载力降低不明显,对轴压比加以限制,即要求在满足一定层间变形时,在反复荷载作用下滞回曲线在第三个循环抗力下降量不超过前一个循环抗力下降量,保证在大变形下,仍有稳定的承载能力,从而保证框架柱“大震不倒”。
(二)影响工程的因素:(1)选用矩形截面柱的原因。框架柱的断面形状将直接影响着柱截面界限破坏时钢筋和混凝土内应变,应力的分布和混凝土受压边缘的极限应变,从而影响到不同的截面形式的框架柱,反映出的强度变形特性是不一样的,在相同条件下,圆形柱的轴压比限值可提高10%左右。但本工程为住宅建筑,考虑房间布局的因素,只选用矩形截面的柱而不考虑选择圆柱。(2)剪跨比的确定。建立在截面界限破坏基础上的轴压比公式中,未考虑剪应力的影响,没有体现出剪跨比的影响,事实上,剪跨比能够大体反映截面上弯曲正应力与剪切应力的比例关系,因而是框架柱破坏形式的主导因素。通常认为框架柱的剪跨比越大,延性越好。在一般配筋条件下,当入>2时,框架柱在横向水平剪力作用下,一般都会发生延性好的弯曲破坏;当入≤2时,框架柱就变成了短柱,在横向水平剪力作用下,一般发生延性差的剪切破坏.这种情况在工程中出现在与楼梯休息平台相连的框架柱和墙有大开窗处的框架柱。对与短柱工程采取全长加密,取ф8@100。(3)箍筋约束的影响。在利用界限破坏条件推导框架柱的轴压比限值时,并没有考虑箍筋约束的有利影响,箍筋能改善混凝土的受力性能,特别是能提高混凝土受压边缘的最大压应变。(4)混凝土的强度等级的影响。工程不考虑采用高强混凝土,因为高强混凝土虽可以减小轴压比,但是混凝土的强度等级不一样,一般情况下,随着混凝土强度等级的提高,变形能力变差。
总之,柱子设计关键是控制轴压比,根据规范轴压比限值取0.9。另外一个关键问题就是短柱现象,千万不要忽略了。
【关键词】: 结构设计; 合理; 分析
1 工程概况
某工程, 是一幢底层商业网点的单元式住宅楼, 建筑面积8 994 m2 , 建筑层数为6.5层, 总高度23.5 m, 建筑占地1 260 m2。工程自然备件: 基本风压0.8 kN /m2 , 地基承载力特征值300 kPa。
2结构选型
建筑物的结构设计, 不仅要求具有足够的承载力, 而且必须使结构具有足够抵抗侧力的刚度, 使结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规定的范围内，基于上述基本原理, 工程综合分析了结构的适用, 安全, 抗震, 经济, 施工方便等因素, 选取结构为框架体系, 由钢筋混凝土框架承担竖向力和侧力。钢筋混凝土框架刚度布置相对比较均匀, 在满足建筑功能情况下, 尽量减少平面扭转对结构的影响。
由于工程体型相对简单, 满载较均匀, 且桩端下不在软弱下卧层, 桩型为端承摩擦桩, 所以工程只在±0.000以上19轴与20轴间设100 mm宽的防震缝, 同时兼作伸缩缝。
3楼盖设计
工程选用的是主次梁楼盖, 主次梁楼盖虽然存在着结构高度较大和模板安装制作比较复杂的问题, 但却具有下列优势:
①楼盖混凝土折算厚度最小, 自重最轻;
②开间大, 房间布局灵活;
③承载力大;
④对结构整体刚度的贡献比平板和双向密肋楼盖要大得多。
3.1板的设计
3.1.1板厚取值
现浇楼盖中, 板的混凝土用量约占整个楼盖的50% ～60% , 板厚的取值对楼盖的经济性和自重的影响较大, 在满足板的刚度和构造要求的前提下, 应尽量采用较薄的板,双向板的最小板厚度为80 mm, 板的厚度与跨度的最小比值: 四边简支板为1 /40, 连续板为1 /50。工程最大板跨为5m, 其余板跨均小于4 m, 考虑到工程为住宅楼, 板内有埋机电暗管, 因此小于4 m的板跨板厚也取100 mm, 5 m板跨板厚取140 mm。
3.1.2板的配筋
板的配筋主要对板中某些不合理的配筋进行调整, 如工程卫生间, 阳台处, 标高都为H0.05 m.PKCAD配筋时一般对负筋在板有高差情况下也通长配筋。
3.1.3支座负筋直径的取值
对于工程的设计, 一般板厚度≥100 mm。根据简支板现行混凝土结构设计规范给出的最小构造支座负筋为φ8@200, 这与旧规范所给的φ6@200合适, 因为φ6@200的筋太软, 钢筋架易被踩蹋, 致使负筋的有效高度很低而发挥不了构造负筋的作用。现行所规定使用的φ8钢筋虽比φ6钢筋要好些, 但如不采取其它措施, 也同样易产生构造负筋变位。
4梁设计
随着我国城市经济的迅速发展, 大量建筑的兴建, 建筑人员根据建筑功能和环境条件有目的的选择主次梁楼(层) 盖的设计方案也随之增多, 同时也出现在主次梁楼盖设计中应怎样合理布置柱网的综合效益最好。究竟应该选择短跨为主梁还是选择长跨为主梁, 在框架梁的弹性受力分析和承载力计算时, 是否应该考虑现浇板的共同工作效应, 如何有意识地对端跨进行调整会更有利。
4.1如何合理布局主次梁与柱网
主次梁体系的传力途径从广义讲是楼面荷载通过板传给次梁, 再由次梁通过受弯传给主梁, 最后由主梁传给柱子。在支承和传递荷载的过程中, 主次梁的变曲变形, I均与它们各自承担的弯矩Mi及其自身跨度的平方成正比,而与弹性模量E和弯曲平面内截面惯性矩Ii成正比, 另一方面, 从设计要求来分析, 建筑功能要求主次梁所占的结构空间高度越小越好。
因此, 工程做主次梁楼盖的柱网布置时考虑上述影响优先选择的柱网是矩形以短跨为主梁, 长跨为次梁, 而且短跨与长跨的比例应小于0.75比较经济, 工程一般比较常取0.65～0.7, 这样设计出来的主次梁截面高度能协调一致, 从而保证楼盖的结构高度最小1另一方面, 从工程的使用功能和建筑美学方面考虑, 主梁的布置是依据房间布局而定的。
以短跨主梁截面尺寸为300 mm ×600 mm, 次梁截面尺寸为200 mm×300 mm现浇板厚为90 mm, 在正常使用荷载作用下。
4.2现浇板的考虑
在水平荷载作用下, 通过框架梁和现浇板的共同受弯来约束柱顶的转动, 使柱子产生自上而下的反弯曲, 从而形成楼架作用，由于梁板的共同作用, 不仅提高了框架梁的截面刚度, 还提高了梁端负弯矩承载能力。因此设计工程时特别注意了下列问题:
(1) 框架弹性受力分析时框架梁的合理截面形式在进行整体现浇梁板分析时, 本人为计算方便, 把框架梁简化为矩形截面(与无楼板或预制楼板的空框架一样计算, 很显然这与现浇梁板框架结构的实际性能不符。若在进行整体现浇梁板的框架分析时, 框架梁的线刚度仅取矩形截面IR值, 计算得出的自振周期明显偏大, 而实际上框架位移值要比计算值小, 则该框架结构实际承受的地震作用及其效应都将比计算值大。在垂直荷载作用下的梁端负弯矩计算值偏大, 而跨中正弯矩值却偏小等。所以, 设计时根据整体现浇梁板共同工作的特性和原理, 按规范规定的有效翼缘宽度, 将现浇板作为框梁架的翼缘, 共同参与弹性受力分析。
(2) 梁端负弯矩钢筋的合理分布范围对作为框架梁翼缘的现浇板内与架肋平行的钢筋参与梁端正截面抗弯承载力工作的问题, 在《混凝土结构设计规范》( GB50010 -2002) 和《建筑抗震规范》(GB50011 - 2001) 中都未很明确的规定。所以, 设计时按矩形截面进行极限承载力计算所需的梁端负弯矩钢筋与无现浇板的空框架梁一样布置在梁筋顶部的宽度范围之内, 而翼缘板内平行于梁肋的钢筋则按现浇板的受力或构造要求设计布置, 这无形之中增加了梁支座处负弯矩钢筋的配筋量, 导致负屈服弯矩的相应提高, 由于作为梁翼缘板内平行梁肋的钢筋参与梁端抗弯承载力的工作, 支座处的负屈服弯矩明显要比无翼缘矩形梁的负屈服弯矩提高1这时裂缝可能不会出现在框架梁上,而先在柱上出现塑性铰, 形成强梁弱柱现象。
为实现“强柱弱梁”的设计目的, 保证在罕遇地震时,能很快地在梁端附近出现塑性铰线, 形成具有延性的结构体系。应将按设计荷载, 地震作用计算所需的梁端弯矩钢筋合理地分布在梁肋及其有效的翼缘宽度范围之内。
至于多少有效翼缘宽度内的钢筋可以被考虑, 共同参加梁支座正截面的抗弯工作也暂时没有定论。根据经验取每一梁侧的6倍的板厚范围内的板上, 下钢筋参与共同抗弯。
在工程设计时为保证以上( 1) , ( 2) 两点的共同作用, 梁端弯矩在SATWE程序的调整信息下进行调整, 梁端弯矩的调幅系数取0.8～1.0。
(3) 梁跨中弯矩的取值
在工程的设计过程中未考虑活荷载的不利分布, 而仅按满布计算, 考虑该工程层数只有6.5层, 可通过调整跨中弯矩增大系数来加大梁的跨中弯矩, 以达到考虑活荷载不利分布影响的目的, 弯矩增大系数的取值范围为1.0～1.3对于考虑活荷载不利分布的各层, 此系数不起作用。
(4) 梁扭矩折减
工程的现浇楼板采用刚性楼板假定。这时宜考虑楼板对梁抗扭的作用而对梁的扭矩进行折减, 折减系数一般为0.4～1.0对于工程折减系数取0.4。若考虑楼板的弹性变形, 梁的扭矩不应折减。
(5) 梁刚度增大
主要考虑现浇楼板对数值的作用, 楼板和梁连成一体按照“T”形截面梁工作, 而计算时梁截面取矩形, 因此可将现浇楼面中梁的刚度放大, 通常现浇楼面的边框梁取1.5, 中间框架梁取2.0。
4.3关于次梁受力
工程所用的设计软件PK引入了构件的内力大小与其刚度成正比, 并由变形协调条件确定。根据空间三维分析,次梁不再像平面框架分析方法中那样作为荷载加到主梁上,而是与主梁共同作用。
其次从结构中可以看出, 局布结构布置较复杂, 主次梁有时很难确定, 梁的支座和跨长也就很难确定, 只能根据刚度条件来计算其实际受力状况, 不过, 大多数情况下,对于框架梁, 一般以柱间距为一跨这与平面框架分析是一致的, 但对于非框架梁, 应该一榀框架梁到另一榀框架梁之间为一跨。
4.4主次梁相交导致后果
主次梁相交时, 当主梁两侧的次梁跨度相差过大而在主梁中引起的扭矩以及次梁边跨与主梁相交在主梁中引起的扭矩往往容易被忽视, 其后果将导致建筑结构的可靠程度降低, 留下事故隐患, 甚至诱发安全事故。
因此结构设计中慎重考虑主次梁相交在主梁中引起扭矩的作用。根据扭矩的大小采取构造抗扭措施, 或通过计算来进行梁的抗扭设计, 而不要随意把次梁两端假定为铰支来考虑忽视扭矩的作用。这样做提高了建筑结构的可靠度, 消除了事故隐患, 尤其要尽量避免主次梁相交时次梁靠近主梁支座这种情况, 以免在主梁中产生过大的扭矩而使梁的抗扭截面尺寸不够, 产生抗扭超筋现象。
4.5箍筋加密
工程抗震设计, 框架梁的梁端1.5 h～2h ( h为梁高)范围内箍筋需要加密, 这是为了使梁端可能产生塑性铰的区域有较好的延性, 这是抗震设计的构造要求。显然, 构件除了要满足抗震构造要求外, 还需保证在受力状态下的安全, 如梁还应满足竖向荷载作用(或与水平荷载组合作用) 下抗剪承载力的要求, 以此确定抗剪箍筋的数量。但工程所用的PK软件只输出框架梁端(节点) 处的剪力和箍筋面积, 梁其余部分的剪力和箍筋面积的变化情况不得而知, 导致用程序计算时在加密区1.5 h～2h长度内满足梁端部受力和构造要求(如箍筋间距为100) , 而在非加密区(1.5 h～2 h以外) 范围内的箍筋数量则按加密区数量50% (如间距200) 配置, 本人认为这是不安全的, 框架梁的剪力, 在竖向均布荷载作用下, 剪力反对称, 若中间的箍筋数量按加密区数量的50%配置, 则加密区的长度至少需要L /4 (L为梁长) 。
因此, 做设计时应重视这一现象, 最好由端部剪力和梁上荷载计算出中间部分的剪力进行配置箍筋, 如果设计时间不允许, 为安全起见, 结合有经验工程师的经验, 在梁全长范围内都按端部最大剪力配置箍筋, 最大间距为100mm或150mm, 这在水平荷载较大时也不会浪费多少钢筋。
5柱设计
工程框架柱设计的一个突出问题就是钢筋混凝土柱的轴压比问题。在设计中经常出现, 框架柱的断面由轴压比限值确定1这往往使柱子断面很大, 一方面, 这样大的柱子, 很容易使柱的剪跨比大于2 而形成短柱; 另一方面,由于柱断面很大, 占去了许多建筑空间, 工程师们不易接受, 同时, 由于自重增大, 引起地震反应增大, 造成恶性循环。
5.1工程轴压比限值的实质
规范通过限制轴压比, 主要是希望柱发生延性好的大偏心受压破坏, 从而保证框架柱有足够的变形能力在高轴压比情况下V - 滞回环骨架曲线的下降段比较陡, 滞回环的丰满程度差, 在循环次数不多的情况下, 框架柱丧失的承载力较大, 耗能的能力较差, 在低轴压比情况下V -滞回环骨架曲线下降段比较平缓, 框架柱承受变形能力较大, 而承载力降低不明显, 对轴压比加以限制, 即要求在满足一定层间变形时, 在反复荷载作用下滞回曲线在第三个循环抗力下降量不超过前一个循环抗力下降量, 保证在大变形下, 仍有稳定的承载能力, 从而保证框架柱“大震不倒”。
5.2影响工程的因素
(1) 选用矩形截面柱的原因
框架柱的断面形状将直接影响着柱截面界限破坏时钢筋和混凝土内应变, 应力的分布和混凝土受压边缘的极限应变, 从而影响到不同的截面形式的框架柱, 反映出的强度变形特性是不一样的, 在相同条件下, 圆形柱的轴压比限值可提高10%左右。但本工程为住宅建筑, 考虑房间布局的因素, 只选用矩形截面的柱而不考虑选择圆柱。
(2) 剪跨比的确定
建立在截面界限破坏基础上的轴压比公式中, 未考虑剪应力的影响, 也没有体现出剪跨比的影响, 事实上, 剪跨比能够大体反映截面上弯曲正应力与剪切应力的比例关系, 因而是框架柱破坏形式的主导因素。通常认为框架柱的剪跨比越大, 延性越好。在一般配筋条件下, 当λ> 2时, 框架柱在横向水平剪力作用下, 一般都会发生延性好的弯曲破坏; 当λ≤2时, 框架柱就变成了短柱, 在横向水平剪力作用下, 一般发生延性差的剪切破坏,这种情况在工程中出现在与楼梯休息平台相连的框架柱和墙有大开窗处的框架柱。对与短柱工程采取全长加密, 取ф8@100。
(3) 箍筋约束的影响
在利用界限破坏条件推导框架柱的轴压比限值时, 并没有考虑箍筋约束的有利影响, 箍筋能改善混凝土的受力性能, 特别是能提高混凝土受压边缘的最大压应变。
(4) 混凝土的强度等级的影响
工程不考虑采用高强混凝土, 因为高强混凝土虽可以减小轴压比, 但是混凝土的强度等级不一样, fc和不一样,一般情况下, 随着混凝土强度等级的提高, 变形能力变差。
总之, 柱子设计关键是控制轴压比。根据规范轴压比限值取0.9。另外一个关键问题就是短柱现象, 千万不要忽略了。
6结语
关键词：短肢剪力墙；结构设计；结构刚度；概念设计
中图分类号：TU746 文献标识码：A 文章编号：1009－2374(2009)12－0149－03
近年来，随着经济发展和生活水平的提高，人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求也越来越高。若采用框架结构，往往因柱楞突出隔墙，妨碍美观，影响使用效果。若采用一般剪力墙结构，虽无柱体外凸的缺点，但对于底部有停车场等公共设施的情况则矛盾很大，满足不了建筑的使用功能。而且，对于房屋高度不太大的小高层建筑，采用剪力墙结构会造成刚度过大，重量增加，导致地震反应过强，使得上部结构和基础造价提高。所以说，对于小高层建筑，一般剪力墙结构体系也不是一种理想的设计方案。为了避免上述缺陷，以一般剪力墙结构为基础，吸取框架结构的优点，使结构刚度调整到适宜，由此形成了一种结构体系――“短肢”剪力墙结构体系。短肢剪力墙结构是指墙肢截面高度为厚度5～8倍的剪力墙结构，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型及少量的“一”字型。和一般剪力墙相比，这种结构型式的优点在于：
1 墙肢较短，布置灵活，可调整性大，容易满足建筑平面的要求。
2 减少了剪力墙而代之以轻质砌体，结构自重相应减轻，从而减小结构整体刚度，增大振动周期，降低地震作用力。
3 墙肢高宽比较大，延性较好，对抗震有利。
4 连梁跨高比较大，以受弯破坏为主，地震作用下首先在弱连梁两端出现塑性铰，能起到很好的耗能作用。
5 墙肢的承载力得到了较充分的发挥。
目前，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002已对短肢剪力墙结构的设计作出了规定。现以某小区一栋小高层住宅为例，介绍一下短肢剪力墙结构的设计情况。
一、工程概况
某工程3#楼，是1栋小高层带电梯的住宅楼，总建筑面积约1.02万m2，房屋总高度31.8m。主楼共10层，平面尺寸为45.6m×22m，其中架空层一层，层高4.8m，作车库使用；地上9层为住宅标准层，层高3m；局部突出屋面部分为电梯机房。裙楼为外扩地下室，也作车库使用，平面尺寸为45.6m×18m，层高3.3m，顶板面比主楼1层楼面低1.5m。
本工程建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，地面粗糙度为B类，基本风压值取0.35kN/m2，场地土类别为Ⅱ类，属抗震有利地段。
二、上部结构体系
本工程的平面体型较为复杂，住宅层结构平面Y向一侧凹进的尺寸为10.8m，为Y向总尺寸的49.1％，大于30％，按《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第3.4.2条，属平面不规则类型。加上主、裙楼高差较大，地下室外扩部分面积也较大，故本工程设置了两道防震缝，将上部结构划分为三个较规则的抗侧力结构单元，即主楼为两个结构单元(完全相同)，裙楼为1个结构单元。其中，主楼结构单元局部高差较大部分采用后浇带处理。
由于业主要求承重构件不能突出墙面，且架空层要尽量满足停车位的需要，根据房屋高度，决定主楼采用短肢剪力墙结构。主楼10层，属于高层建筑，剪力墙抗震等级按JG]3-2002第4.8.2条应定为四级，但由于是短肢剪力墙，根据JGJ3-2002第7.1.2条，决定按三级进行设计。裙楼采用框架结构，框架抗震等级为四级。
三、主楼上部结构抗震计算结果分析
(一)主要结构构件
剪力墙截面厚度同相邻砌体填充墙厚度：四周外墙肢肢厚240mm，内墙肢肢厚200mm；但无端柱的一字形短墙肢除外：底层肢厚300mm，其余肢厚240mm。剪力墙砼强度等级2层以下为C35，3层以上为C25梁、板的砼强度等级均为C25。主要连梁的尺寸多为240×500mm，核心筒处楼板的厚度为200mm，顶层楼板厚度为120mm。
有别于肢长肢厚比不大于4.0的异形柱，短肢剪力墙的肢长肢厚比按规范要求控制在5～8范围内，一般剪力墙的肢长肢厚比均大于8。值得注意的是，对肢长肢厚比为4～5范围内的墙肢，目前规范尚无明确条文规定其构件类型，故设计时建议不要采用。
(二)计算结果分析
从构件力学特性上来说，短肢剪力墙的肢长与肢厚比≥5.0，更接近于剪力墙，故计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑应更合理。因此，结构整体计算采用中国建筑科学研究院开发的SATWE程序(2003年版)进行。SATWE采用的是在每个节点有六个自由度的壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙，墙元不仅具有平面内刚度也具有平面外刚度，可以较好地模拟工程中剪力墙的真实受力状态，计算结果较精确；同时，对楼板SATWE可以考虑其弹性变形。
虽然主楼结构平面较规则，立面也无刚度突变现象，但由于刚度较大的电梯井处筒体有点偏置，会产生扭转的影响，为了计算准确，地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和5％偶然偏心的影响，取了9个振型计算。
1 自振周期的控制。考虑扭转耦联时的自振周期(计算时自振周期折减系数取0.8)如表1所示。从表1可得，结构扭转为主的第一自振周期T3=0.7233s，平动为主的第一自振周期Tl=1.0532s，T3／T1=0.687
2 结构位移的控制。最大层间位移角(应≤1／1000)、最大水平位移与层平均位移的比值(不宜大于1.2，不应大于1.5)及最大层间位移与平均层间位移的比值(不宜大于1.2，不应大于1.5)见表2，从中可以看出结构在风荷载和地震作用下的位移均能很好地满足规范限值。
3 楼层最小地震剪力的控制。GB50011-2001及JGJ3-2002规范中，均没有对6度设防烈度区的楼层最小地震剪力系数值作限制，故本工程不予考虑。
4 短肢剪力墙与一般剪力墙刚度比的控制。短肢剪力墙及一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩见表3。由表中数据可见，本工程一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的50％，满足JGJ3-2002规范第7.1.2条的规定。
四、结构设计的主要技术措施
(一)短肢剪力墙设计
为了保证结构有足够的抗侧刚度，设计中将电梯井道与楼梯间的剪力墙形成本结构的核心筒，其余剪力墙采用短肢剪力墙通过连梁连接，形成了具有一定抗侧力的短肢剪力墙 结构体系。根据短肢剪力墙结构的特点：地震作用下的抗扭能力较弱，因此，本工程设计中将一般剪力墙布置在建筑四角处，短墙肢尽量均匀对称布置，以减小水平力作用下的扭转效应，且短墙肢绝大多数在两个方向有连接，即截面型式多采用L、T型。少量短墙肢由于建筑需要采用了一字型，为了减少剪力墙平面外弯矩，设计时尽量不布置与之垂直相交的大跨度单侧楼面梁，避免不了的墙肢，尽量设端柱。短肢剪力墙的肢长肢厚比按规范要求控制在5～8范围内，并且保证每一段墙肢长度不小于1.2m。另外，对短肢剪力墙的轴压比均控制在0.6以内，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率均大于1.2％。由于短肢剪力墙的肢长较短，故截面配筋型式参照异形柱(如图1所示)，纵向钢筋间距不大于200mm，箍筋肢距不大于300mm，箍筋间距100mm。
(二)连梁设计
本工程中，由于剪力墙数量较多，且比较分散，布置均匀，墙肢较短，各片剪力墙之间抗侧刚度相差不大，在水平力作用下，每片剪力墙受力较均匀因此，构成剪力墙壁的主要构件连梁无超筋现象。跨高比≥5的连梁按框架梁进行设计(顶层处按连梁的构造要求配筋)，其余连梁按JGJ3-2002中第7.2.26条的规定设计。为保证楼层处的梁连成一个整体，框架粱、连梁及暗梁设有一定数量的纵向钢筋拉通。
(三)楼板设计
由于核心筒处的楼板受到电梯井及楼梯开洞的削弱，使得核心筒上下两部分平面的连接较为薄弱，故与建筑专业协商，要求该部分楼板的连接宽度不小于5m，并在设计时加厚为200mm，配双层双向通长筋φ12@200。为加强建筑物的顶部约束，提高抗风、抗震能力，顶层楼板加厚为120mm。
五、短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计
短肢剪力墙结构是介于框架一剪力墙结构和一般剪力墙结构之间的一种结构形式，其抗震薄弱环节是建筑平面外边缘及角点处的墙肢、“一字形”短肢剪力墙及连梁。当有扭转效应时，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，短肢剪力墙因截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一字形”小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，连接短肢剪力墙间的连梁已类似普通框架梁，其受剪破坏的可能性增加。因此，在短肢剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，应加强概念设计和抗震构造措施。例如，短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀，必要时可用一般剪力墙来调整刚度中心，使刚度中心尽量接近建筑物质心，以减小扭转效应；由于短肢剪力墙的抗侧移刚度相对较小，故设计时应尽量利用电梯、楼梯间来形成一个核心筒，确保结构有足够的刚度，共同抵抗水平力；核心筒作为主要抗侧力构件时，设计中应保证核心筒与其结构的连接区域可靠；短肢剪力墙的最小截面厚度要满足规范要求的200mm。适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度及长度，严格控制短肢剪力墙截面的轴压比不超过规范要求，并加强短肢剪力墙(尤其是底部)的配筋，以提高墙肢的抗扭刚度、承载力和延性；短肢剪力墙截面小，壁薄，平面外稳定性差，故宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一字形”墙肢，否则应采取加大配筋、减小轴压比、设置端柱等加强措施；高层结构中连梁是―个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，故连梁设计中应按“强剪弱弯”的原则进行，如对跨高比≥15的连梁应按框架梁进行设计，以保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏。
六、结语
作为剪力墙结构体系的分支，短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和可调整性，使其各项技术经济指标均较一般剪力墙结构理想，因而，在小高层住宅楼结构设计中已被广泛采用。设计短肢剪力墙结构时，应区别于一般剪力墙结构，多结合住宅特点，使结构刚柔适中，并运用抗震概念设计的原则，采取有效的抗震措施，注重细部设计，从而做到结构设计安全、经济、适用。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)[S]
[2]建筑抗震设计规范(GBS0011-2001)[s]
关键词：结构体系，框架剪力墙，结构计算
Abstract: This paper briefly introduces the design and calculation process of 28 # building project of No.13 land in Lvshun navy camp by Dalian Ruixin real estate Co. Ltd., and explains the foundation design, structure system, calculation analysis of this project.Keywords: structure system; the frame shear wall; structure calculation
中图分类号:TU973+.19文献标识码：A 文章编号：
一、工程概述
大连瑞鑫房地产旅顺水师营十三号地块28#楼位于大连市旅顺口区水师营街道，建筑面积4640.06 m2,，地下车库和半地下车库各一层，地上八层，该住宅楼总高度26.90m，地下车库层高3.0m，半地下车库2.6m，地上各层层高均为3.0m。标准层建筑平面图见图一：图一
二、结构体系及截面设计
根据建筑功能要求和平面布置特点，本工程结构采用框架-剪力墙结构，建筑结构安全等级二级，设计使用年限50年。抗震等级:框架:三级;剪力墙：二级。 抗震设防烈度为7度,设计基本加速度值为0.1g，所属地震分组为第二组。电梯井道，水暖井为剪力墙，建筑物东西两侧在A~C轴之间布置剪力墙。本工程计算软件为PKPM CAD结构计算软件2010版。
1.荷载的取值：基本雪压： 0.4KN/ m2；
基本风压：0.65KN/ m2；
屋面均布活荷载标准值: 机房：7.0 KN/ m2；楼面：2.0 KN/ m2；楼梯：3.5 KN/ m2；悬挑阳台：2.5KN/ m2；屋面：0.5 KN/ m2。
2.材料选用：
（1）混凝土：C30;基础垫层: C15。:圈梁、过梁及构造柱采用C25混凝土。
（2）钢筋：热轧钢筋HPB300（）,HRB400()。
（3）填充墙：非承重填充墙采用轻集料混凝土空心砌块；其强度等级不低于MU3.5(外墙不
低于MU5.0)，砂浆强度等级不低于Mb5。
3.主要受力构件截面尺寸:
(1) 挡土墙墙厚250mm，剪力墙墙厚200mm。通过PKPM软件中SATWE的计算，底层墙肢底截面的轴压比满足《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中6.4.5条的规定，轴压比不大于0.3，墙肢两端设置构造边缘构件。根据6.1.10规定，抗震墙底部加强部位为地下一层至地上一层的范围。
（2）柱截面尺寸：初步按400X400mm设计。
（3）标准层梁布置见图二：
图二
（4）板：根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第3.6.3条，地下室顶板厚度为160mm。半地下室板厚120mm，地下及半地下室采用双层双向配筋。一~七层板厚100mm，其中图三中标注的楼板①板厚为110mm。八层及机房层板厚均为120mm，双层双向配筋。
三、结构计算
1建立模型：根据建筑图及初步设计的主要构件截面尺寸在PKPM结构软件的PMCAD中建立模型。注意：填充墙上荷载加到梁上时，计算墙荷载应是层高减去梁高。在设计参数的地震信息中，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.17规定，框架-剪力墙结构周期折减系数取0.7~0.8。.
2模型计算
在PKPM结构软件板施工图中，计算参数的选取：楼板负弯矩调幅系数取0.8，裂缝按0.3mm控制，地下室顶板按0.20mm控制。（混凝土结构设计规范GB 50010-2010中表3.4.5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限制）。在楼板计算中，裂缝和挠度均满足规范要求。
在SATWE分析与设计参数补充定义中：
在计算结构的位移比时，要选“对所有楼层采用刚性板假定”，在计算结构的内力和配筋时，则宜不选。
恒活荷载计算信息：选模拟施工加载3。
地震信息中：考虑偶然偏心，结构位移比大于1.2时，需要考虑双向地震作用。如果偶然偏心和双向地震作用同时选取时，PKPM软件程序两者取大值。
活荷信息：柱 墙设计时活荷载折减。
调整信息：连梁刚度折减系数取0.7。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》8.1.4规定，经软件计算，Vf
在分析结果图形和文本显示中：在边缘构件信息修改中，将边缘构件设置成构造边缘构件。
3.对计算结果的分析及调整
(1)轴压比：柱(墙)轴压比N/(fcA)指柱(墙)轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。它是影响墙柱抗震性能的主要因素之一，为了使柱墙具有很好的延性和耗能能力，规范采取的措施之一就是限制轴压比。 查看: 混凝土构件配筋，《建筑抗震设计规范》6.3.6和6.4.2，《高层建筑混凝土结构技术规程》6.4.2和7.2.13对墙肢和柱均有相应限值要求。轴压比不满足时需增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
经SATWE计算，地下室及半地下室部分框架柱轴压比大于0.85，不满足《建筑抗震设计规范》6.3.6的规定，需要加大柱的截面尺寸。
当墙肢的轴压比虽未超过上表中限值，但又数值较大时，可在墙肢边缘应力较大的部位设置边缘构件，以提高墙肢端部混凝土极限压应变，改善剪力墙的延性，见《建筑抗震设计规范》6.4.5和《高层建筑混凝土结构技术规程》7.2.14的规定。PKPM程序对底部加强部位及其上一层所有墙肢端部均按约束边缘构件考虑。
(2)周期比：周期比即结构扭转为主的第一自振周期（也称第一扭振周期）Tt与平动为主的第一自振周期（也称第一侧振周期）T1的比值。周期比主要控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，使结构的抗扭刚度不能太弱。
查看:WZQ.OUT 。
周期、地震力与振型输出文件
(VSS求解器)
======================================================================
考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数
振型号周 期转 角平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 0.9482179.920.99 ( 0.99+0.00 )0.01
2 0.7631 90.041.00 ( 0.00+1.00 )0.00
3 0.5888 26.210.01 ( 0.01+0.01 )0.99
4 0.26220.100.99 ( 0.99+0.00 )0.01
5 0.1935 90.210.96 ( 0.00+0.96 )0.04
调整标准：《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.5。周期比不满足要求时，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，结构扭转效应过大。调整原则是加强结构墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。 本工程在建筑物东西两侧A~C轴之间布置剪力墙，经计算周期比为0.62，小于0.9，满足规范要求。
结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及以后。见《建筑抗震设计规范》3.5.3条3款及条文说明“结构在两个主轴方向的动力特性(周期和振型)宜相近”。
剪重比：剪重比即最小地震剪力系数λ，主要是控制各楼层最小地震剪力。《建筑抗震设计规范》5.2.5和《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.12规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力不应小于最小地震剪力系数λ。查看:WZQ.OUT，满足规范要求。
刚度比：刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值（也称层刚度比），该值主要为了控制高层结构的竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。
查看:WMASS.OUT，刚度比满足《建筑抗震设计规范》3.4.3-2和《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.2的要求。
刚重比：结构的侧向刚度与重力荷载设计值之比称为刚重比。查看:WMASS.OUT：结构整体稳定验算结果
X向刚重比 EJd/GH**2=8.67
Y向刚重比 EJd/GH**2= 12.68
该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算
该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应
（6）位移比：即楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。查看:WDISP.OUT调整标准:抗规3.4.4，5.5.1，高规 3.4.5,，3.7.3.
对于计算结果的判读，应注意以下几点：a.若位移比（层间位移比）超过1.2，则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用;b.验算位移比需要考虑偶然偏心作用，验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心c.验算位移比应选择强制刚性楼板假定，但当凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响d.最大层间位移、位移比是在刚性楼板假设下的控制参数。构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析。
四、基础设计
根据地质部门提供的地质报告，工程场地土层依次为耕土，含碎石粉质粘土，全风化板岩，强风化板岩，中风化板岩，本工程基础采用人工挖孔灌注桩，桩端持力层为强风化板岩，桩端极限端阻力标准值为6000Kpa(不考虑桩侧摩阻)。根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中8.5.5计算，采用桩径为0.8m，扩大头为1.2m，桩长为6~7米，桩端嵌入岩层均不少于0.5m，桩身混凝土强度等级C30。
以上主要介绍了大连瑞鑫房地产旅顺水师营十三号地块28#楼工程的设计与计算过程，本文不足之处还望批评指正。
参考文献
1.《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001(2006年版) 中国建筑工业出版社，2006
2.《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中国建筑工业出版社，2011
3.《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中国建筑工业出版社，2010
4.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中国建筑工业出版社，2002
关键词：住宅建筑；结构设计；；抗震设计
Abstract: This article mainly through engineering examples, aiming at a high-rise residential building shear wall structure design process to analyzed and discussed key points, mainly described from the structural design and layout, building structure calculation and result analysis as well as structural components such as design elements in detail.
Key words: Housing construction; structural design; seismic design
中图分类号：F416.9 文献标识码A 文章编号
一、工程概述
某高层住宅楼，采用框支剪力墙结构；地上32层（95.9m） ，首层二层为商业，首层层高为4.8m，二层层高4.1m，二层以上为住宅，层高为2.9m；2层地下室，为车库及设备用房，负一层层高5.6m，负二层层高3.8m。三层楼面设置了梁板式结构转换层，设计使用年限为50年，安全等级为二级，建筑物抗震设防类别为标准设防（丙） ；地震分组第一组，抗震设防烈度7度；基本加速度为0.10g，场地类别为二类。
二、结构设计与布置
1、抗震等级的确定
本工程考虑地下室顶板作为嵌固部位，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 （JGJ3 － 2010）第3.9.3条规定确定抗震等级；框支框架抗震等级为一级，剪力墙底部加强部位抗震等级为一级，非底部加强部位的剪力墙抗震等级为二级；地下一层抗震等级一级，地下二层抗震等级二级；整体结构仍按一般剪力墙结构采取抗震构造措施。
2、转换层结构布置
构件选择转换层可供选择的构件形式有梁、桁架、空腹桁架、箱形结构，斜撑、厚板等。在工程实践中，以转换梁的型式最常见，它设计和施工简单，受力明确，广泛应用于底层大空间剪力墙结构中，本工程经比较后采用了巨型梁转换层结构型式。
3、标准层结构布置
标准层墙柱布置时尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减少地震作用下的扭转效应，因此把剪力墙均匀布置在建筑物的周边。平面形状变化尤其凹凸较大时，在凸出部分的端部附近布置剪力墙，同时增强边角部位剪力墙的刚度，加大平面远端刚度结合楼梯间及电梯间布置筒形剪力墙，用来结构控制位移，提高抗震性能。并且在布置剪力墙时纵横剪力墙尽量组成L形、T形，在纵横两个主轴方向上使剪力墙刚度基本上一致。在设计过程中，与建筑专业紧密配合，尽量使上部墙体直接落在框支柱或框架转换梁上，而不随便采用次梁转换标准层结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小，混凝土强度等级由C50渐变至C30，剪力墙厚度由300mm渐变至200mm。
标准层住宅在剪力墙局部开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，针对这一不利因素，在角窗处设置了200mmX1200mm的梁（上翻600mm） ，以提高在地震作用下的结构的整体抗扭能力；除此之外标准层框架梁截面设计为200mmX550mm，内部梁根据使用净高和受荷情况而定，最高不能高于600mm。标准层的核心筒位于平面中心，电梯间开洞使楼面有较大的削弱，结构设计时将核心筒内楼板板厚加厚至150mm，并采取双层双向配筋，以加强其刚度；边角板厚120mm且不小于板计算跨度的1/35，其余板厚不小于100mm且不小于1/35。
三、结构计算及结果分析
住宅采用中国建筑科学研究院PKPM系列SATWE软件计算分析，以SATWE的计算结构为施工图的主要设计依据。
1、振型及周期
住宅计算振型数为24个，计算结果显示抗震计算时的振型参与质量与总质量之比为：X向为96.05%，Y向为96.01%；可见计算时采用的振型数是足够的计算基本周期及扭转因子，空间振型的周期：T1=2.82（Y方向平动系数1.0；T2=2.49；X向平动系数0.98） ；T3=2.18（扭转系数0.98）根据大量工程实例的统计，正常情况下框架剪力墙结构的第一自振周期大概范围为：T1=（0.08 ～ 0.12）n（n为建筑物的层数） ，本工程第一振型的周期约为0.09n属于在正常范围之内按刚性楼板假定进行结构整体计算时，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。本工程扭转周期比Tt1/T1=0.773，满足规范要求结构的水平位移在规范的允许范围之内，结构的刚度合理。
住宅存在着一定的扭转不规则，即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与楼层平均值之比超过1.2倍，但是其比值较小（＜1.31） ，特别是塔楼部分普遍都小于1.25，最大值都在裙楼。这是由于裙楼处的水平刚度较大，其平均层位移很小，但是由于裙楼质心到端部尺寸很大，尽管扭转角很小也容易造成扭转不规则指标超限考虑到裙楼的层间位移绝对值都很小，层间位移角值比规范限基本小一倍以上，因此，对于整个结构的影响是比较小的。
2、转换层刚度比
刚度比计算选用剪切刚度参数计算，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比为：X方向γ=1.198，Y方向γ=1.182，转换层上下层侧向刚度比较小；转换层上下层的层间位移角比较接近，在转换层处还是实现了侧向刚度渐变的要求的。
3、动力时程分析
住宅采用SATWE程序进行动力时程分析，对结构进行了补充设计。波形采用mmw－3、lan3－3，lan5－3以层间剪力和层间变形为主要控制指标。与振型分解法结果相比，大部分楼层墙。梁配筋基本一致，说明整个结构的刚度设计合理。设计中对薄弱楼层的配筋采取了加强措施。
四、结构构件设计
1、框支柱
框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100，全长加密，且箍筋体积配箍率不得小于1.5%。抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位（从地下室底板算起至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10） ，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。
2、转换层楼板
框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配；而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。由于转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务，且转换层楼板自身必须有足够的刚度保证，故转换层楼板采用C45混凝土，厚度200MM，￠10@150钢筋双层双向整板拉通（采用三级钢） 。
五、结束语
综上分析，在建筑结构设计时，除了满足建筑的使用功能的要求之外，还要使结构体系更加合理，应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置，从而满足建筑结构合理的使用要求。
参考文献：
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2010）修订版
关键字：超高层；剪力墙结构；弹塑性静力推覆；中震弹性
一、 工程概况：
本工程位于广州市原杨箕村，位于广州大道以西，中山一路以南，建筑用地面积约9500m2，总建筑面积为12.50万m2，其中地下室面积3.71万m2。地下室4层，为停车库、设备用房。地上3栋塔楼，其中 F1栋49层，总高约162.4米，采用剪力墙结构形式；F2栋47层，总高约156.1米，采用部分框支剪力墙结构形式；F3栋45层（标准层与F2栋为镜像关系），总高约149.8米，采用部分框支剪力墙结构形式（3栋塔楼的第2层为商业、第3层为架空层，均已设缝与商业裙楼Q5断开）。抗震设防烈度为 7度、Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为 0.10g，特征周期0.35s，抗震设防分类为丙类。基本风压：W0=0.60KN/m2（n=100年）；位移计算：W0=0.50KN/m2（n=50年）； 建筑物地面粗糙度类别为D类；本文对其中F2栋进行超限设计说明。F2栋超B级高度6.1m；部分竖向构件在4层转换；属于Ⅰ类扭转不规则结构；标准层2-A到2-F轴方向塔楼平面突出尺寸为投影方向总尺寸55%>30%，属于凹凸不规则结构。抗震性能目标为C。
二、结构体系
1、抗侧力体系
本工程根据建筑平面设计及考虑结构抗侧能力，采用部分框支剪力墙结构，转换层设置在建筑4层楼面。
结构的主要抗侧力构件为剪力墙。各栋楼、电梯间均设置了较完整的剪力墙核心筒，标准层墙厚450～250mm（部分电梯间隔墙厚为200mm），1～3层为商业区域及架空层，层高较大（5.0～5.6m层高），为减少楼层刚度突变，保证楼层抗剪承载力无突变，对剪力墙做加厚处理，底部剪力墙大多数加厚为500mm。F2栋标准层剪力墙设置较均匀，但有局部竖向构件无法落地，详见转换层平面图（附件2结构平面布置图），转换层以下X向框支柱与框支柱之间加强其连接（加大梁截面）。
2、楼板结构方案
为加强平面刚度，保证抗侧力构件协同工作，本工程采用现浇混凝土梁板体系。地下室底板采用平板结构，板厚h=600mm。地下三～地下一层采用无梁楼盖，板厚h=300～400mm。首层（地下室顶板）采用梁板结构，板厚200mm，2～3层商业板厚h=120mm。转换层混凝土楼板厚度200mm，其上一层楼盖楼板厚度h=150mm。标准层楼板厚度为100～150mm（视板跨度而定），避难层梁板由于局部开大洞，整层楼板厚度加强为150mm。核心筒内及与核心筒相连的楼板厚150mm，天面层板厚120mm。
三、结构分析
1、小震下弹性静力分析：分别采用以下两款软件进行计算
SATWE―高层建筑结构空间有限元分析与设计软件。
盈建科―结构设计有限元分析软件。周期调整系数取0.90，楼层自由度为3，考虑扭转耦联振动影响。计算结果如下：
计算结果分析结果如下：
第一扭转周期与第一平动周期之比仅为0.76，小于规范限值 0.85，说明本工程整体抗扭刚度较大，能满足“高规”3.4.5条要求。
有效质量系数均大于 90%，所取振型数足够。
在风荷载或多遇地震标准值作用下层间位移角
X、Y 方向剪重比（调整后）均满足“抗规”第 5.2.5 条及“高规”4.3.12条要求。
在偶然偏心地震荷载作用下，部分楼层最大扭转位移比大于1.20，属于不扭转规则结构，但小于1.40，满足“高规”3.4.5 条的要求。
侧向刚度不规则按“高规”3.5.2条要求，该层侧向刚度小于相邻上一层的90%（楼层层高大于上层1.5倍时，该层侧向刚度小于相邻上层的1.1倍）（楼层侧向刚度取楼层剪力/层间位移角），SATWE和盈建科结构软件结果均满足该要求，侧向刚度无突变。
楼层层间抗侧力结构的受剪承载力大于其上一层受剪承载力的 75%，满足“高规”第 3.5.3 条楼层承载力均匀性要求。
刚重比小于 2.7（大于1.4），根据“高规”5.4.1 条，须考虑 P-Δ效应。
剪力墙最大轴压比均小于0.5，满足“高规”轴压比限值。
框支框架承担的地震倾覆力矩小于结构总倾覆力矩的50%，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JCJ3-2010）10.2.16第7条。
按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）附录E.0.2和E.0.3要求，转换层设置在第2层以上时，转换层下部与上部结构的等效抗侧刚度比γe不小于0.8，SATWE和盈建科结构软件结果均满足该要求。二阶效应。
2、弹性时程分析
按地震选波三要素（频谱特性，有效峰值和持续时间），选取 II 类场地上五组实际强震记录tianran1、tianran2、tianran3、TH2TG035、DS1-S，以及二组人工模拟的场地波 user4、rengong2进行弹性时程分析，并对分析结果进行调整，以确保平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的 80%，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的 65%。
时程分析结论：
时程分析结果满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的80%，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65%的条件。
由上述计算结果对比可见，弹性时程分析的各栋楼层内力和位移平均值均小于安评反应谱结果，安评反应谱分析结果在弹性阶段对结构起控制作用。
由上述计算结果对比可见，楼层位移曲线以弯曲性为主，F3栋弹性时程分析的楼层内力和位移曲线在3层转换层处有相对来说不明显的突变，3层以上楼层及F1栋F2栋的曲线平滑、无明显突变，与弹性静力分析的结果一致；曲线斜率变化最大位置接近底部，说明最大有害层间位移角位于底部楼层。根据以上分析，设计时，需特别保证底部加强区的竖向构件延性，予以构造加强。
楼层位移曲线以弯曲性为主，曲线光滑，结合弹性分析计算结果，反映结构侧向刚度较均匀。
2、转换构件中震弹性验算
承载力按不考虑抗震等级调整的设计值复核，各系数取值如下表：
根据计算结果表明，转换构件按中震弹性计算得出的组合内力稍大于小震组合的内力，但未出现超筋情况，详下图：
F2栋转换层平面图
F2栋转换构件中震弹性计算结果
3、转换构件大震不屈验算
根据计算结果表明，转换构件按大震不屈计算未出现超筋情况，配筋均在可实施的范围，pusheover的结果显示在罕遇地震下框支框架未见破坏，符合屈服承力设计要求。根据计算结果显示局部转换柱配筋率较大，在后续工作中考虑加大转换柱截面，在转换层及相邻下一层增设型钢。详下图：
（2）结构能力谱与罕遇地震需求谱存在交点（性能点），如下图所示，由图可知：在罕遇地震作用下， X向最大层间位移角1/209，Y向最大层间位移角1/191，均小于1/120，满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）中5.5.5条的规定. Y向由于建筑平面原因结构布置很难形成框架，虽布置大量剪力墙，但其刚度仍小于X向。
（3）在推覆的过程中，塑性铰首先出现在楼、电梯厅周边剪力墙的连梁上，随后东西山墙（2-4轴、2-15轴）、2-7轴、2-12轴交2-C的剪力墙开始出现塑性铰，由于结构平面的特点，随着水平推力的增大，塑性铰主要出现在平面的腰部连梁和与框架柱相连的框架梁上。从塑性铰出现的过程来看，剪力墙部分墙肢进入塑性的区域主要分布在底部加强区和顶部几层，对于较快出现塑性铰的剪力墙，特别是一字形剪力墙，以后的设计中，需要采用相应的措施予以加强，如加设端柱、适当加大配筋率等。而框支框架除开裂外，未出现混凝土受压损伤和塑性铰。下图从左至右分别为小震性能点，中震性能点，大震性能点（Y向）构件损伤特点，基底剪力及加载步数详下表所示：
F2栋小震（左）、中震（中）、大震（右）性能点构件损伤特点
F2栋Pushover X推覆，能力曲线与需求曲线图
F2栋Pushover Y向推覆，能力曲线与需求曲线图
四、结构抗震安全性技术措施及对策
1、调整措施
1）通过调整弹性阶段设计内力，使结构在多遇地震作用下，结构满足弹性阶段设计要求。
2）F2栋超B级高度不多，且不规则程度较少，根据《高规》3.9.4条仍按B级高度将抗震等级设为一级（框支框架部分为特一级）。F3栋通过提高结构的抗震等级，调整弹性阶段设计内力，使结构满足设防烈度作用下结构的关键构件处于中震不屈服工作阶段（框支框架提高至中震弹性要求），而结构的耗能构件处于非弹性工作阶段（不屈服阶段），但其损坏控制仍在可修范围。根据《高规》3.9.4条，对于设防烈度为7度的丙类部分框支-剪力墙结构，B级高度时，底部加强部位剪力墙的抗震等级为一级，框支框架的抗震等级为特一级。
3）校核JGJ3-2010第8.1.4规定，各层框架柱承担的结构底部地震总剪力调整按≥0.2V0或1.5Vfmax调整。
4）根据《高规》10.2.4条规定，F1栋、F2栋F3栋所有转换构件（转换梁、转换柱）水平地震作用下的计算内力乘以1.9的放大系数。
2、震构造加强措施
1）转换层及其以下落地剪力墙约束边缘构件配筋率1.2%（抗震等级为特一级的提高至1.4%），设置芯柱，芯柱配筋率1% ；
2）底部加强部位剪力墙的竖向及水平分布筋的构造配筋率提高为0.6%（抗震等级为特一级的提高到0.8%），提高底部剪力墙在大震下的抗剪、抗拉能力；
3）将框支柱轴压比控制在较低水平，保持较好的延性，并设芯柱（配筋率1%）；有条件时可考虑设置型钢。
4）墙体连梁：跨高比 2设交叉钢筋， 1设交叉暗撑。
5）部分框支梁考虑增加型钢，适当提高其抗弯及抗剪承载力。
6）转换层楼板加强措施：选用现浇混凝土楼面，楼板厚度为200mm，双层双向拉通配筋，每层每向配筋率0.3%。转换层相邻上下层楼板也相应加强。
7）框架部分严格按“强柱弱梁”设计，充分发挥框架的延性。
8）框架柱全高采用井字复合箍，箍筋间距不大于100mm，肢距不大于200mm，直径不小于10mm。F2栋F3栋因其框架部分承担的倾覆力矩略大于规范限值10%，因此加强F2及F3框架柱的设计，纵向配筋率提高为1.3%，箍筋直径最小使用直径为12的HRB400级钢筋。
五、结论
综上所述，本工程属于超B级高度的超限高层建筑，存在平面、竖向不规则。我们在设计中充分利用概念设计方法，对关键构件设定抗震性能化目标。并在抗震设计中，采用多种程序对结构进行了弹性、静力弹塑性计算分析，除保证结构在小震下完全处于弹性阶段外，还根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010），对结构在设防地震和罕遇地震下，进行了详尽的性能分析，得出相应的性能目标。计算结果表明，各项指标均表现良好，基本满足规范的有关要求。根据计算分析结果和概念设计方法，对关键、重要构件和薄弱部位作了适当加强，以保证在地震作用下的延性。
参考文献：
【1】：JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程 2002
关键词:短肢剪力墙；结构设计; 抗震性能；判定；配筋方式
1短肢剪力墙结构的布置原则
①短肢剪力墙主要布置在房间间隔墙的交接处，墙肢的数量要根据具体的抗侧力要求进行确定，不能过多或过少，以免结构过刚或者过柔。
②短肢剪力墙应该尽量均匀布置，以保证建筑物的刚心和质心相一致，避免在地震中发生扭转。
③在结构布置上，短肢剪力墙尽量对齐拉直，使其形成成片的联肢抗侧力结构。
④当水平荷载较大时或者建筑物造型不规则时，应该在平面外各角点及边缘处布置短肢剪力墙来满足结构平面刚度的要求和加强结构的整体性。
⑤为了避免墙肢凸出各间隔墙表面。墙肢一般不宜过厚。
2短肢剪力墙与普通剪力墙和异型柱的界定
短肢剪力墙是指墙肢的高度与厚度的比值(高厚比)为5～8倍的剪力墙;一般剪力墙是指墙肢高厚比大于8的剪力墙。当墙肢高厚比≤4时则是异型柱。
3短肢剪力墙结构与剪力墙结构的界定
短肢剪力墙结构的判别标准是结构工程师比较关心的问题。目前从一些地方规定和各种资料看,采用的判别方法主要有三种:
3.1按抗倾覆力矩来判别
当结构中的短肢剪力墙第一振型底部地震倾覆力矩占底部地震总倾覆力矩的40%～50%时,则可以认为该结构属于短肢剪力墙结构。当占底部地震总倾覆力矩小于40%是可认为是一般剪力墙结构。
3.2按所承受荷载面积来判别
当短肢剪力墙所承担楼面负荷的面积占全部楼面面积的比值,对于多层建筑占60%以上,对于高层建筑占50%以上,则可以确认该结构为短肢剪力墙结构。
3.3按短肢剪力墙截面面积与全部剪力墙截面面积的比值来判别
当短肢剪力墙截面面积占全部剪力墙截面面积的比值大于50%时可确定为短肢剪力墙结构。
4短肢剪力墙的性能特点
目前关于短肢剪力墙研究的文献很多,总体认为在中、小高层建筑结构中,联肢墙的单肢高厚比在5～8之间是一个刚度急剧变化的临界点,当单肢高厚比超过这个限值时,刚度和承载力会缓慢增长；当高厚比小于这个限值时,其承载力会急剧减小。从这一点来看,高规将短肢剪力墙的高厚比定义在5～8之间是合理的。
墙肢的高厚比小于5的小墙肢,难以形成联肢剪力墙,如果连梁刚度大就形成剪切变形为主的壁式框架,连梁刚度小容易形成抗侧刚度差的独立墙,甚至异形柱框架,抗震性能都不好。另一方面,对双肢短肢剪力墙在低周期反复水平荷载作用下,其破坏属弯剪形破坏,具有一定的耗能能力。
另外通过研究也发现作为联肢的短肢剪力墙,其左右墙肢的应力分布近似满足平面假定；有翼墙的墙肢受力明显优于无疑翼墙的墙肢；短肢剪力墙结构承担的总弯矩中局部弯矩所占的比例可以远远大于整体弯矩所占的比例,且随着肢厚比的增加这种趋势更加明显；在均部水平荷载或三角形水平荷载下,短肢剪力墙的侧移曲线是弯剪形的。
总之,短肢剪力墙是介于异型柱及一般剪力墙之间的一种构件形式,在墙肢高度与厚度之比较小时(如接近4),其受力性能更接近于异型柱,反之则更接近于普通剪力墙。由于短肢剪力墙的截面特点,在一般情况下其在地震作用下的破坏形态是弯剪破坏。
5规范对短肢剪力墙的要求:
由于短肢剪力墙抗震性能相对普通剪力墙结构较差,所以《高规》对短肢剪力墙的要求比一般剪力墙要严格,总结归纳详见表1。
表1 规范对短肢剪力墙的要求
项目 规定
结构最大适用高度 比剪力墙结构的使用高度适当降低,7度和8度时分别不应大于100m和60m
筒体或一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩 不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%
抗震等级 应比一般剪力墙结构提高一级
轴压比 抗震等级1、2、3级分别不大于0.5、0.6、0.7,无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙还应减小0.1
上部楼层剪力Q增大系数 除按照一般剪力墙结构的要求调整底部加强区剪力墙的剪力设计值外,其他各层短肢剪力墙的剪力设计值,一级、二级分别乘以增大系数1.4和1.2
全部纵向钢筋最小配筋率 底部加强区不宜小于1.2%,其他部位不宜小于1.0%
最小截面厚度 不应小于200mm
7、8度抗震设计时的布置要求 宜设置翼缘。一字墙平面外不宜布置与之单侧垂直相交的楼面梁
6短肢剪力墙配筋方式分析
短肢剪力墙高厚比位于柱与一般剪力墙之间,在实际工程中,其配筋方式也由于工程设计者的个人习惯不同而有所差别。一般有两种配筋方式:第一种按柱配筋方式,纵筋基本均匀布置在剪力墙周边；第二种按剪力墙配筋方式,在墙端部设置暗柱,纵筋主要配置在暗柱内(见图1、图2)。
图1第一种按柱配筋方式
1- 暗柱；2-剪力墙
图2第二种按剪力墙配筋方式
以上两种配筋方式,无论是第一种还是第二种都有一定的不合理性,分析如下:
5.1按柱配筋方式
与柱配筋相同,纵筋基本均匀配置在周边。而剪力墙的特点是平面内刚度大,承载力大,平面外刚度和承载力均相对较小。短肢剪力墙受力性能与一般剪力墙接近,变形后符合平面假定,受力时平面内两端受力大,因此,纵筋配置应集中在端部才能发挥钢筋强度。
按照柱配筋方式墙肢中部配筋因距中和轴较近,不能充分发挥其强度。同时参照异形柱配筋特点,异形柱配筋要求配置在端部边缘及折角处,腹部考虑受力翘曲影响,仅配置构造钢筋。由此可见按照柱配筋的方式与短肢剪力墙受力特点不符,配筋不合理。
关键词：小高层住宅；结构设计；优化设计
中图分类号： S611 文献标识码： A
随着城市化进程的加快，人们对于住宅楼的需求也越来越多。广阔的市场前景促进了建筑行业的兴起与发展，建筑的安全性、经济性也越来越受到人们的关注。小高层住宅楼的结构的优化不仅能够提升建筑本身的抗震能力，而且建筑本身的结构优化能为企业减少不小的成本支出。
小高层住宅结构的设计选型
小高层住宅采用的结构模型主要有框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构。但是随着人们对住宅的空间要求越来越高，原有的框架结构已经不能满足人们对于空间分隔的要求了，因此，新型的结构模式应运而生。现在小高层建筑普遍采用的结构类型主要有“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”。
（一）异形柱结构
异形柱结构主要包括异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构。异形柱是多肢的，它的剪切中心主要分布在平面范围以外，荷载时会产生较大的剪应力和翘曲应力，由于剪应力的存在，经常会造成柱肢出现裂缝。加上异形柱具有变形能力低、延展性较差的劣势，所以经常会出现建筑材料的破损。设计者在进行设计之前必须要通过可靠的计算和必要的构造措施来保证建筑材料的刚度，从而防止建筑材料的损坏。
（二）短肢剪力墙结构
短肢剪力墙的结构，是指在规定的水平作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%，这就要求短肢剪力墙的截面厚度不能小于300mm，墙肢的截面高度需要是墙肢厚度的4-8倍左右。这种结构布置比较灵活，能够很好的结合建筑平面，不会和建筑的使用功能产生冲突。再者，这种结构能够很好的利用中心剪力墙力的作用，达到建筑结构对刚度的要求。
经过两者的比较，发现“短肢剪力墙”这种模式比较适合现在的结构设计理念，一方面能够满足居民对建筑空间的需求，另一方面，也可以保证结构的刚度和承载力达到最佳水平，从而保证住宅的安全性。
结构优化方案的选择
（一）建筑竖向体型优化
小高层建筑的竖向体型不宜有过大的外挑和内收，竖向体型应该遵行规则、均匀的要求，结构强度的选择需要上小下大，从下至上，逐渐递减。不要采用变化较大的结构类型，较大的结构变化会在建筑内部产生薄弱部位，这种片面追求美观的设计结构，不仅为施工企业带来了不小的经济成本，而且在安全度上也大打折扣。
（二）建筑平面的优化
在小高层建筑过程当中结构的平面形状应该遵循简单、规则、乘载力分布比较均匀的结构原则。对于建筑平面的设计不宜过长。建筑体型的过长会导致永久缝的缺失，超长的结构建筑会使非荷载应力增大，从而会增加结构设计的配筋的使用。建筑物在设计过程中应该保证长宽比不宜过大，因为建筑物两个主轴方向上的动力特性相差过大会使其在风力或者水平地震的作用下产生的效应相差较大，进而导致平面的扭转不规则。
（三）概念设计优化
结构设计人员应该注重概念的设计，在建筑方案设计的过程中，建筑师就应该积极参与进去，提出自己的见解和建议。优秀的建筑作品需要建筑工作的设计人员、高层管理人员以及成本预算人员的参与，在设计美观的同时，保证建筑的安全性以及经济性。在结构设计过程中，要尽可能的促使建筑结构的平面设置和竖向设置达到简单、规则以及均匀的要求.控制建筑物的建筑高度，尽量避免使用转换结构、错层结构、连体结构、大底盘多塔结构等复杂的小高层结构模型。只有保持合理的刚度和承载力，才能保证在受到较大外力下建筑物的完好无损。
（四）剪力墙的设计
剪力墙的结构设计是小高层住宅楼结构设计的重要组成部分，剪力墙设计的好坏涉及到整个建筑施工的全程。结构设计在满足建筑物原有的建筑功能的基础上，剪力墙最好沿周边均匀、集中布置，在建筑物负载较大的部位，剪力墙的布置间距应该保持在合理的水平之下。抗震剪力墙结构的设计需要沿主轴方向或者其他方向双向布置，避免使用单向布墙的布置形式。剪力墙的截肢面应该尽量简单规则，避免出现独立的小墙肢。结合平面合理布置剪力墙的位置，控制剪力墙的间距，保证刚度中心和质量中心的重合，减少地震作用下的墙体扭转，从而保证建筑物的安全性。
（五）材料的选择
首先在材料选择上，最好选择抗压性较好的混凝土，尽量选用高标号的混凝土。这样不仅可以有效的减少建筑物的截面，增加了建筑物的使用空间，而且很好的减轻了建筑材料在建筑总体占用上的比重。
实际应用
（一）结构方案选择
经过经济指标的核算以及抗震反应程度的分析，小高层结构方案的选择应该是采用短肢剪力墙的结构体系。在对这个住宅楼的平面设计过程中，需要保持结构的平面形状和整体刚度相协调。采用双向设置，从平面上看，尽量保持对直。在竖向配置当中，需要保证建筑物的内收，防止力的分配不均导致薄弱环节的出现。房屋的抗侧强度中心尽量符合作用力的分布，防止房屋的扭转。
（二）抗震能力分析
根据对建筑剪力墙的肢长和厚度的对比，计算出肢长与肢厚的比例，如果肢长与肢厚的比重大于或等于5.0时，在结构的选择上就应该把短肢剪力墙作为最终的结构选择。这种剪力墙不仅拥有着良好的平面内刚度，而且在平面外刚度上也有着不错的效果，这就为抗震方面做了良好的刚度准备。另外，对于楼板的选择要考虑其弹性变形的情况，保证其有一定的扭转空间。
剪重比的控制标准也能反映墙体承受地震作用大小的重要指标之一，对于地震力的计算应该适中，计算的程度既不能偏大，也不能太小，原因是短肢剪力墙在抗震能力上有较大的缺陷，如果在抗震时剪力墙承受的压力太大，很有可能在抗震能力上达不到相关的水平。
轴压比的比值也能够在一定程度上反映建筑物的抗震水平，在建筑施工中，要对轴压比做好相关的控制，切忌轴压比过大，当轴压比超过一定标准时，柱的延展性就会变差，在地震作用下，就会缺乏延展的空间，从而导致建筑物的不稳定。
（三）结构经济分析
工程结构的设计不仅仅需要对建筑物的美观程度以及抗震能力上作必要的计算和选择，结构经济的合理设计也是影响工程最终方案选择的重要因素，结构经济的选择不仅需要对混凝土以及钢筋的用量做合理的经济运算，而且需要对其强度做出严格的检验。经济成本的投入也许是钢筋混凝土不能选择最优质量的影响因素，但那不是唯一的。建筑物不同的结构选择对建筑物原材料的选择也是不一样的，对于不需要高负载的建筑结构来说，高质量的材料选择不仅会造成资源的浪费，而且会提高建筑物的建筑成本。另外，建筑原材料的重量对建筑物的影响也是要考虑在内的。
结束语：
综上所述，建筑物结构方案的设计贯穿建筑过程的始终，对于建筑物方案的选择不仅对建筑物质量的好坏有着重要的影响，而且对于企业减少经济成本具有重要意义。因此，就需要设计师们根据建筑物的设计要求，做出精准的方案选择，达到施工最优的效果。
参考文献：
[1] 王少寒.小高层住宅结构选型与设计[J].林德工程有限公司.2010(03).
关键词:结构设计；选型因素分析
Pick to: from the engineering design of the structure of watch; We can see, the role is more complex, we should focus on the integral structure to some weak links such as stress concentration site, link node, the main antioxidant lateral force component of strengthening processing.
Keywords: structure design; Selection factor analysis
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号
1楼盖设计
1.1板的设计
1.1.1板厚取值
现浇楼盖中,板的混凝土用量约占整个楼盖的50%～60%,板厚的取值对楼盖的经济性和自重的影响较大,在满足板的刚度和构造要求的前提下,应尽量采用较薄的板,双向板的最小板厚度为80mm,板的厚度与跨度的最小比值:四边简支板为1/40,连续板为1/50。工程最大板跨为5m,其余板跨均小于4m,考虑到工程为住宅楼,板内有埋机电暗管,因此小于4m的板跨板厚也取100mm,5m板跨板厚取140mm。
1.1.2板的配筋
板的配筋主要对板中某些不合理的配筋进行调整,如工程卫生间,阳台处,标高都为H-0.05m.PKCAD配筋时一般对负筋在板有高差情况下也通长配筋。
1.1.3支座负筋直径的取值
对于工程的设计,一般板厚都≥100mm根据简支板现行混凝土结构设计规范给出的最小构造支座负筋为ø8@200,这与旧规范所给的ø6@200合适,因为ø6@200的筋太软,钢筋架易被踩蹋,致使负筋的有效高度很低而发挥不了构造负筋的作用1现行所规定使用的ø8钢筋虽比ø6钢筋要好些,但如不采取其它措施,也同样易产生构造负筋变位。
2梁设计
随着我国城市经济的迅速发展,大量建筑的兴建,建筑人员根据建筑功能和环境条件有目的的选择主次梁楼（层）盖的设计方案也随之增多,同时也出现在主次梁楼盖设计中应怎样合理布置柱网的综合效益最好。究竟应该选择短跨为主梁还是选择长跨为主梁,在框架梁的弹性受力分析和承载力计算时,是否应该考虑现浇板的共同工作效应,如何有意识地对端跨进行调整会更有利。
2.1如何合理布局主次
梁与柱网主次梁体系的传力途径从广义讲是楼面荷载通过板传给次梁,再由次梁通过受弯传给主梁,最后由主梁传给柱子。在支承和传递荷载的过程中,主次梁的变曲变形,I均与它们各自承担的弯矩Mi及其自身跨度的平方成正比,而与弹性模量E和弯曲平面内截面惯性矩Ii成正比,另一方面,从设计要求来分析,建筑功能要求主次梁所占的结构空间高度越小越好。
因此,工程做主次梁楼盖的柱网布置时考虑上述影响优先选择的柱网是矩形以短跨为主梁,长跨为次梁,而且短跨与长跨的比例应小于0.75比较经济,工程一般比较常取0.65～0.7,这样设计出来的主次梁截面高度能协调一致,从而保证楼盖的结构高度最小1另一方面,从工程的使用功能和建筑美学方面考虑,主梁的布置是依据房间布局而定的。
以短跨主梁截面尺寸为300mm×600mm,次梁截面尺寸为200mm×300mm现浇板厚为90mm,在正常使用荷载作用下。
2.2现浇板的考虑
在水平荷载作用下,通过框架梁和现浇板的共同受弯来约束柱顶的转动,使柱子产生自上而下的反弯曲,从而形成楼架作用由于梁板的共同作用,不仅提高了框架梁的截面刚度,还提高了梁端负弯矩承载能力。因此设计工程时特别注意了下列问题:
（1）框架弹性受力分析时框架梁的合理截面形式在进行整体现浇梁板分析时,本人为计算方便,把框架梁简化为矩形截面（与无楼板或预制楼板的空框架一样计算,很显然这与现浇梁板框架结构的实际性能不符。
若在进行整体现浇梁板的框架分析时,框架梁的线刚度仅取矩形截面IR值,计算得出的自振周期明显偏大,而实际上框架位移值要比计算值小,则该框架结构实际承受的地震作用及其效应都将比计算值大。
在垂直荷载作用下的梁端负弯矩计算值偏大,而跨中正弯矩值却偏小等。所以,设计时根据整体现浇梁板共同工作的特性和原理,按规范规定的有效翼缘宽度,将现浇板作为框梁架的翼缘,共同参与弹性受力分析。
（2）梁端负弯矩钢筋的合理分布范围对作为框架梁翼缘的现浇板内与架肋平行的钢筋参与梁端正截面抗弯承载力工作的问题,在《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）和《建筑抗震规范》（GB50011-2001）中都未很明确的规定。
所以,设计时按矩形截面进行极限承载力计算所需的梁端负弯矩钢筋与无现浇板的空框架梁一样布置在梁筋顶部的宽度范围之内,而翼缘板内平行于梁肋的钢筋则按现浇板的受力或构造要求设计布置,这无形之中增加了梁支座处负弯矩钢筋的配筋量,导致负屈服弯矩的相应提高,由于作为梁翼缘板内平行梁肋的钢筋参与梁端抗弯承载力的工作,支座处的负屈服弯矩明显要比无翼缘矩形梁的负屈服弯矩提高,这时裂缝可能不会出现在框架梁上而先在柱上出现塑性铰,形成强梁弱柱现象。
为实现“强柱弱梁”的设计目的,保证在罕遇地震时,能很快地在梁端附近出现塑性铰线,形成具有延性的结构体系。应将按设计荷载,地震作用计算所需的梁端弯矩钢筋合理地分布在梁肋及其有效的翼缘宽度范围之内。
至于多少有效翼缘宽度内的钢筋可以被考虑,共同参加梁支座正截面的抗弯工作也暂时没有定论。根据经验取每一梁侧的6倍的板厚范围内的板上,下钢筋参与共同抗弯。
在工程设计时为保证以上（1）,（2）两点的共同作用,梁端弯矩在SATWE程序的调整信息下进行调整,梁端弯矩的调幅系数取0.8～1.0。
（3）梁跨中弯矩的取值
在工程的设计过程中未考虑活荷载的不利分布,而仅按满布计算,考虑该工程层数只有6层,可通过调整跨中弯矩增大系数来加大梁的跨中弯矩,以达到考虑活荷载不利分布影响的目的,弯矩增大系数的取值范围为1.0～1.3对于考虑活荷载不利分布的各层,此系数不起作用。
（4）梁扭矩折减工程的现浇楼板采用刚性楼板假定。这时宜考虑楼板对梁抗扭的作用而对梁的扭矩进行折减,折减系数一般为0.4～1.0对于该工程折减系数取0.4。若考虑楼板的弹性变形,梁的扭矩不应折减。
（5）梁刚度增大
主要考虑现浇楼板对数值的作用,楼板和梁连成一体按照“T”形截面梁工作,而计算时梁截面取矩形,因此可将现浇楼面中梁的刚度放大,通常现浇楼面的边框梁取1.5,中间框架梁取2.0。
2．3关于次梁受力
工程所用的设计软件PK引入了构件的内力大小与其刚度成正比,并由变形协调条件确定。根据空间三维分析,次梁不再像平面框架分析方法中那样作为荷载加到主梁上,而是与主梁共同作用。
其次从结构中可以看出,局布结构布置较复杂,主次梁有时很难确定,梁的支座和跨长也就很难确定,只能根据刚度条件来计算其实际受力状况,不过,大多数情况下,对于框架梁,一般以柱间距为一跨这与平面框架分析是一致的,但对于非框架梁,应该一榀框架梁到另一榀框架梁之间为一跨。
2．4主次梁相交导致后果
主次梁相交时,当主梁两侧的次梁跨度相差过大而在主梁中引起的扭矩以及次梁边跨与主梁相交在主梁中引起的扭矩往往容易被忽视,其后果将导致建筑结构的可靠程度降低,留下事故隐患,甚至诱发安全事故。
因此结构设计中慎重考虑主次梁相交在主梁中引起扭矩的作用。根据扭矩的大小采取构造抗扭措施,或通过计算来进行梁的抗扭设计,而不要随意把次梁两端假定为铰支来考虑忽视扭矩的作用。这样做提高了建筑结构的可靠度,消除了事故隐患,尤其要尽量避免主次梁相交时次梁靠近主梁支座这种情况,以免在主梁中产生过大的扭矩而使梁的抗扭截面尺寸不够,产生抗扭超筋现象。
2．5箍筋加密
工程抗震设计,框架梁的梁端1.5h～2.0h（h为梁高）范围内箍筋需要加密,这是为了使梁端可能产生塑性铰的区域有较好的延性,这是抗震设计的构造要求，显然构件除了要满足抗震构造要求外,还需保证在受力状态的安全,如梁还应满足竖向荷载作用（或与水平荷载组合作用）下抗剪承载力的要求,以此确定抗剪箍筋的数量。
但工程所用的PK软件只输出框架梁端（节点）处的剪力和箍筋面积,梁其余部分的剪力和箍筋面积的变化情况不得而知,导致用程序计算时在加密区105h～2.0h长度内满足梁端部受力和构造要求（如箍筋间距为100）,而在非加密区（1.5h～2.0h以外）范围内的箍筋数量则按加密区数量50%（如间距200）配置,本人认为这是不安全的,框架梁的剪力,在竖向均布荷载作用下,剪力反对称,若中间的箍筋数量按加密区数量的50%配置,则加密区的长度至少需要L/4（L为梁长）。
因此,做设计时应重视这一现象,最好由端部剪力和梁上荷载计算出中间部分的剪力进行配置箍筋,如果设计时间不允许,为安全起见,结合有经验工程师的经验,在梁全长范围内都按端部最大剪力配置箍筋,最大间距为100mm或150mm,这在水平荷载较大时也不会浪费多少钢筋。
3柱设计
工程框架柱设计的一个突出问题就是钢筋混凝土柱的轴压比问题，在设计中经常出现,框架柱的断面由轴压比限值确定，这往往使柱子断面很大,一方面,这样大的柱子,很容易使柱的剪跨比大于2而形成短柱；另一方面,由于柱断面很大,占去了许多建筑空间,工程师们不易接受,同时,由于自重增大,引起地震反应增大,造成恶性循环。
3．1工程轴压比限值的实质
规范通过限制轴压比,主要是希望柱发生延性好的大偏心受压破坏,从而保证框架柱有足够的变形能力在高轴压比情况下V-滞回环骨架曲线的下降段比较陡,滞回环的丰满程度差,在循环次数不多的情况下,框架柱丧失的承载力较大,耗能的能力较差,在低轴压比情况下V-滞回环骨架曲线下降段比较平缓,框架柱承受变形能力较大,而承载力降低不明显,对轴压比加以限制,即要求在满足一定层间变形时,在反复荷载作用下滞回曲线在第三个循环抗力下降量不超过前一个循环抗力下降量,保证在大变形下,仍有稳定的承载能力,从而保证框架柱“大震不倒”。
3．2影响工程的因素
（1）选用矩形截面柱的原因框架柱的断面形状将直接影响着柱截面界限破坏时钢筋和混凝土内应变,应力的分布和混凝土受压边缘的极限应变,从而影响到不同的截面形式的框架柱,反映出的强度变形特性是不一样的,在相同条件下,圆形柱的轴压比限值可提高10%左右，但本工程为住宅建筑,考虑房间布局的因素,只选用矩形截面的柱而不考虑选择圆柱。
（2）剪跨比的确定建立在截面界限破坏基础上的轴压比公式中,未考虑剪应力的影响,也没有体现出剪跨比的影响,事实上,剪跨比能够大体反映截面上弯曲正应力与剪切应力的比例关系,因而是框架柱破坏形式的主导因素。
通常认为框架柱的剪跨比越大,延性越好。在一般配筋条件下,当入>2时,框架柱在横向水平剪力作用下,一般都会发生延性好的弯曲破坏；当入≤2时,框架柱就变成了短柱,在横向水平剪力作用下,一般发生延性差的剪切破坏1这种情况在工程中出现在与楼梯休息平台相连的框架柱和墙有大开窗处的框架柱。对与短柱工程采取全长加密,取ф8@100。
（3）箍筋约束的影响在利用界限破坏条件推导框架柱的轴压比限值时,并没有考虑箍筋约束的有利影响,箍筋能改善混凝土的受力性能,特别是能提高混凝土受压边缘的最大压应变。
