《PKPM軟件在應(yīng)用中的問題解析》講義(三)

　　第三章 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算

　　(一)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中底部傾覆力矩的計算

　?、乓?guī)范要求：

　　《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.1.2條第2款規(guī)定：抗震設(shè)計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。

　　⑵TAT與SATWE軟件對短肢剪力墻的判斷：

　?、賂AT軟件按雙向判斷;

　　②舊版SATWE軟件按單向判斷，新版SATWE軟件按雙向判斷。

　?、枪こ趟憷?/P>

　　①工程概況

　　該工程為一層地下室，第六層(包括地下室)為框支轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層以上為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，共31層。地震烈度為8度(設(shè)計基本地震加速度為0.2g)，框支框架抗震等級為一級，剪力墻抗震等級為二級、轉(zhuǎn)換層以上結(jié)構(gòu)平面圖如下圖所示(圖略)

　?、赥AT和SATWE軟件底部地震傾覆力矩計算結(jié)果：

　　用TAT計算，Mx短=99548.0、Mx=340276.0、Mx短/Mx=22.63%;My短=103067.2、My=338728.8、My短/My=23.33%。

　　用SATWE舊版計算，Mx短=313757.7、Mx=598817.6、Mx短/Mx=52.40%;My短=266632.3、My=620842.5、My短/My=42.95%。

　　用SATWE新版計算，Mx短=320114.2、Mx=173764.8、Mx短/Mx=35.18%;My短=128251.8、My=353020.7、My短/My=30.95%。

　　(二)帶框支結(jié)構(gòu)短肢剪力墻的計算

　?、沤Y(jié)構(gòu)體系的選擇：復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)還是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)?

　?、埔?guī)范規(guī)定

　?、倏拐鸬燃墸?/P>

　　a)復(fù)雜高層：當(dāng)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層及3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級宜按表4.8.2和表4.8.3的規(guī)定提高一級采用，已經(jīng)是特一級的不再提高。對于轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層及3層以下時，不要求提高抗震等級;

　　b)短肢剪力墻：其抗震等級，應(yīng)比表4.8.2規(guī)定提高一級采用。注意，這里不含表4.8.3，這是因為B級高度的高層建筑和9度抗震設(shè)計的A級高度的高層建筑，不應(yīng)采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　②剪刀墻軸壓比：

　　a)復(fù)雜高層：剪刀墻軸壓比限值不要求降低;

　　b)短膠剪力墻：當(dāng)抗震等級為一、二、三級時，分別不宜大于0.5、0.6、0.7;對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力培，其軸壓比限值相應(yīng)降低0.1。

　?、蹆?nèi)力計算：

　　a)復(fù)雜高層：特一、一、二級落地剪力培底部加強(qiáng)部位的彎矩設(shè)計值，應(yīng)按墻體底截面有地震組合的彎矩值乘以增大系數(shù)1.8、1.5、1.25;其剪力設(shè)計值，應(yīng)按規(guī)程第7.2.10條的規(guī)定調(diào)整，特一級應(yīng)來以增大系數(shù)1.9;

　　b)短肢剪力墻：除底部加強(qiáng)部位應(yīng)按規(guī)程第7.2.10條的規(guī)定調(diào)整外，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計值，一、二級抗震等級應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2。

　　注意：短肢剪力墻并沒有要求對底部加強(qiáng)部位的彎矩設(shè)計值按照復(fù)雜高層那樣乘以放大系數(shù)。 

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　?、芘浣盥剩?/P>

　　a)復(fù)雜高層：底部加強(qiáng)部位墻體水平和豎向分布筋最小配筋率，抗震設(shè)計時不應(yīng)小于0.3%;

　　b)短肢剪力墻：其截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底剖加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%。

　　注意：對于配筋率，規(guī)范對“復(fù)雜高層”和“短肢剪力墻”這兩種結(jié)構(gòu)體系的要求是不一樣的。前者強(qiáng)調(diào)的是水平和堅向分布筋的配筋率，而后者強(qiáng)調(diào)的是縱向鋼筋的配筋率

　?、莸撞考訌?qiáng)部位高度：

　　a)復(fù)雜高層：剪力墻底部加強(qiáng)部位高度取框支層加上框支層以上兩層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值;

　　b)短肢剪力墻：其底部加強(qiáng)部位高度并沒有特殊要求，僅僅是墻肢總高度的1/8和底部二層兩者的較大值。

　?、枪こ趟憷?/P>

　?、俟こ谈艣r：某高層帶短肢剪力墻的框支結(jié)構(gòu)，共31層(包括一層地下室)。該工程的第6層(地下室為第1層)為框支轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層以上為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。地震烈度為7度(設(shè)計基本地震加速度為0.15g)，框支框架的抗震等級為一級，剪力墻抗震等級為二級。

　　(圖略)

　?、谟嬎憬Y(jié)果分析：兩種結(jié)構(gòu)體系的計算結(jié)果如表1和表2所示：

　　--------------------------------

　　表1“短肢剪刀墻”結(jié)構(gòu)體系計算分析結(jié)果

　　樓層/第3層/第3層/第7層/第7層/第11層/第11層/

　　剪力墻類別/短剪墻3/普剪墻3/短剪墻7/普剪墻7/短剪墻11/普剪墻11/

　　抗震等級/特一級/一級/一級/一級/一級/二級/

　　M1(kn-m)/-168(1)/160(1)/807(37)/402(1)/286(39)/121(1)/

　　N1(kn)/-3372(1)/-15677(1)/-949(37)/-15183(1)/-457(39)/-9136(1)/

　　As(mm2)/9898(1)/14700(1)/1600(37)/2875(1)/678(39)/1280(1)/

　　ρSV(%)/1.82/1.82/2.01/2.01/0.8/0.8/

　　V2(kn)/564(31)/-6401(39)/56(1)/140(1)/307(35)/9(1)/

　　N2(kn)/-3191(31)/-7209(39)/-4546(1)/-15183(1)/-1615(35)/-9136(1)/

　　Ash(mm2)/324.9(31)/547.1(39)/200(1)/125(1)/233.7(35)/100(1)/

　　N3(kn)/-2895/-13483/-3913/-13057/-1271/-7851/

　　Uc/0.48/0.32/0.43/0.34/0.45/0.45/

　　--------------------------------

　　表2“復(fù)雜高層”結(jié)構(gòu)體系計算分析結(jié)果

　　樓層/第3層/第3層/第7層/第7層/第11層/第11層/

　　剪力墻類別/短剪墻3/普剪墻3/短剪墻7/普剪墻7/短剪墻11/普剪墻11/

　　抗震等級/一級/一級/二級/一級/二級/二級/

　　M1(kn-m)/-168(1)/26595(39)/840(37)/402(1)/238(39)/121(1)/

　　N1(kn)/-3372(1)/-7209(39)/-949(37)/-15183(1)/-457(39)/-9136(1)/

　　As(mm2)/9898(1)/15315(39)/1600(37)/2875(1)/2039(39)/1280(1)/

　　ρSV(%)/1.82/1.82/2.01/2.01/0.8/0.8/

　　V2(kn)/475(31)/-6401(39)/407(41)/140(1)/220(35)/9(1)/

　　N2(kn)/-3191(31)/-7209(39)/-1199(41)/-15183(1)/-1615(35)/-9136(1)/

　　Ash(mm2)/202.8(31)/547.1(39)/200(41)/125(1)/100(35)/100(1)/

　　N3(kn)/-2895/-13483/-3913/-13057/-1271/-7851/

　　Uc/0.48/0.32/0.43/0.34/0.45/0.45/

　　-------------------------------

　　表3 荷載組合分項系數(shù)

　　組合號/ VD / VL / WX / WY / EX / EY / EV /

　　1 /1.35/0.98/0.00/0.00/0.00/0.00/0.00/

　　31 /1.20/0.60/0.00/-0.28/0.00/-1.30/0.00/

　　35 /1.20/0.60/0.00/-0.28/0.00/1.30/0.00/

　　37 /1.00/0.50/-0.28/0.00/-1.30/0.00/0.00/

　　38 /1.00/0.50/0.00/0.28/0.00/1.30/0.00/

　　39 /1.00/0.50/0.00/-0.28/0.00/-1.30/0.00/

　　41 /1.00/0.50/-0.28/0.00/1.30/0.00/0.00/

　　-----------------------------

　　a)抗震等級：從表中看不一樣。

　　b)內(nèi)力分析：由表中看出，這兩種體系的內(nèi)力計算結(jié)果非常復(fù)雜，即使是同一片墻在不同的結(jié)構(gòu)體系控制工況下其結(jié)果也不一樣。按“使雜高層”計算阿“普剪墻3”的“M1”值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于按“短肢剪力墻”計算的“普剪墻3”’的“M1”值。這主要是因為SATWE軟件在進(jìn)行工況組合時，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所有工況組合計算的配筋面積均小于構(gòu)造配筋面積時，程序僅按第一種工況組合輸出內(nèi)力和工況號(即恒十活);只有當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制工況組合計算的配筋面積大于構(gòu)造配筋面積時，才按最大控制工況組合輸出內(nèi)力和工況號。

　　再從兩個表中“短剪墻3”的“V2”計算過程進(jìn)行分析，規(guī)范規(guī)定，短膠剪力墻底部加強(qiáng)部位的剪力應(yīng)按規(guī)程第7.2,10條的規(guī)定調(diào)整，一級為1.6，特一級為1.9，我們結(jié)合上面的兩個計算表，驗證如下：

　　475×(1.9/1.6)=564 (kn)

　　其計算結(jié)果正好為“短肢剪力墻計算表”中的“V2”值?？梢姡绦蚩紤]了規(guī)范的規(guī)定。同樣，程序也考慮了“短肢剪力培”結(jié)構(gòu)體系非底部加強(qiáng)部位一、二級抗震等級應(yīng)分別來以增大系數(shù)1.4和1.2的要求(“短肢剪力墻計算表”中第十一層的“短剪墻3”，其 V2=220×1.4=308(kn)。

　　c)配筋率：

　　只有定義了“短股剪力墻”結(jié)構(gòu)，SATWE程序才對自動判斷的短肢剪力墻，其截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%，而“復(fù)雜高層”卻無此功能。

　　構(gòu)造邊緣構(gòu)件為何也輸出體積配箍率?

　　根據(jù)《高規(guī)》7.2.17條規(guī)定：抗震設(shè)計時，對于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)以及B級高度的剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻，其構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配箍特征值λV不宜小于0.1。由于程序沒有判斷A級高度和B級高度的功能，所以程序不論約束邊緣構(gòu)件還是構(gòu)造邊緣構(gòu)件，均統(tǒng)一輸出體積配箍率。

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　　a)設(shè)計人員在“特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義”里的【抗震等級】中定義了抗震等級后，程序?qū)丛O(shè)計人員定義的抗震等級進(jìn)行設(shè)計，不再自動提高。

　　b)對于非框支框架的框架結(jié)構(gòu)，可以按規(guī)范規(guī)定，將地下一層以下的豎向構(gòu)件的抗震等級定義為三級或四級的結(jié)構(gòu)，其抗震等級均需設(shè)計人員人為定義，程序不能自動判斷。

　　c)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第10.2.13條的各項規(guī)定，程序目前沒有執(zhí)行。