北京某八層宿舍建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻的選擇及剛度計算設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20199北京某八層宿舍建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻的選擇及剛度計算設(shè)計案例 1210901.1剪力墻截面的確定 1243471.2剪力墻的初選 129811.3剪力墻剛度計算 313621.1.1剪力墻YSW-1等效剛度的計算 3297251.1.2剪力墻YSW-2等效剛度的計算 51.1剪力墻截面的確定剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強度不應低于C20。按一、二級抗震等級設(shè)計的剪力墻的厚度，底部加強部位不應小于層高的1/16，且不應小于200mm；其余部位不應小于層高的1/20，且不應小于160mm。本工程的剪力墻采用雙層配筋，剪力墻截面厚度定為200mm，混凝土強度等級為C30。（fc=14.3N/mm2;ft=1.43N/mm2;Ec=1.0×104N/mm2）1.2剪力墻的初選根據(jù)抗震設(shè)計規(guī)范的一般原則，對稱結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向均應進行抗震計算，本設(shè)計只對一個方向進行計算，且假定結(jié)構(gòu)無扭轉(zhuǎn)。根據(jù)《高層規(guī)程》，在計算剪力墻的內(nèi)力和位移時，可以不考慮縱橫墻的共同作用。在實際設(shè)計時，剪力墻的數(shù)量通常憑經(jīng)驗先適當布置，可根據(jù)下面兩點初步確定：底層結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面面積（Aw或Aw+Ac）與樓面面積Af之比見下表，其中Aw,Ac分別為剪力墻與柱截面面積。表3-1底層結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面面積與樓面面積之比設(shè)計條件(Aw+Ac)/AfAw/Af7度Ⅱ類場地3%~5%2%~3%8度Ⅱ類場地4%~6%3%~4%本結(jié)構(gòu)中Af=1247.38m2，則Aw=37.42~49.90m2。按壁率初定剪力墻數(shù)量，壁率應不小于5cm/m2。其中，壁率是指單位面積樓面上一個方向的剪力墻長度。本結(jié)構(gòu)中某一方向上的剪力墻長度不應小于Af×5cm/m2=62.37m。剪力墻的數(shù)量以滿足位移限值作為設(shè)置的依據(jù)為宜。另外，《高規(guī)》中剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置宜符合下列要求：平面布置宜簡單，規(guī)則，宜沿兩個主軸方向或其他方向雙向布置，兩個方向的側(cè)向剛度不宜相差過大?？拐鹪O(shè)計時，不應采用僅單向墻的布置；宜自上到下連續(xù)布置，避免剛度突變；門窗洞口宜上下對齊，成列布置，形成明確的墻肢和連梁；避免造成墻肢寬度相差懸殊的洞口布置；抗震設(shè)計時，一，二，三級剪力墻的底部加強部位不宜采用上下洞口不對齊的錯洞口，全高均不宜采用洞口局部重疊的重疊錯洞墻。本結(jié)構(gòu)的剪力墻平面布置圖如圖3-1所示：圖3-1剪力墻平面布置圖1.3剪力墻剛度計算本結(jié)構(gòu)僅對最不利方向上的剪力墻等效剛度進行計算，因此，僅對Y方向進行計算。在剪力墻平面布置圖中對剪力墻進行編號，分別進行剛度計算，并對其類型進行判別。1.1.1剪力墻YSW-1等效剛度的計算（1）判斷剪力墻的類型根據(jù)《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，凡墻上門窗洞口開口面積不超過墻面面積的16%且洞口凈距及洞口至墻邊凈距大于空洞長邊時可忽略洞口影響，按整體墻計算。否則，可根據(jù)驗算結(jié)果按整體小開口墻或連肢墻計算。洞口面積/墻面面積=（1.20*1.50*2）/（1.00*7.0）=0.171＞0.16，需做進一步判別。（2）截面特性墻肢截面面積Aw1=0.60*0.20=0.12m2Aw2=0.875*0.20=0.175m2Aw3=2.10*0.20=0.42m2Aw4=1.025*0.20=0.205m2截面形心yc1=0.60/2=0.30myc2=0.875/2=0.4375myc3=2.10/2=1.05myc4=1.025/2=0.5125m截面慣性矩Iw1=(0.20*0.603)/12=0.0036m4Iw2=(0.20*0.8753)/12=0.0112m4Iw3=(0.20*2.103)/12=0.1544m4Iw4=(0.20*1.0253)/12=0.0180m4組合截面形心Aw=0.12+0.175+0.42+0.205=0.92m2yc=(0.60*0.20*0.30+0.875*0.20*1.6875+2.10*0.20*6.375+1.025*0.20*9.1375)/0.92=5.69m組合截面慣性矩Iw=0.0036+0.60*0.20*5.392+0.0112+0.875*0.20*2.00252+0.1544+2.10*0.20*0.6852+0.018+1.025*0.20*1.44752=7.009m4In=7.009-0.0036-0.0112-0.1544-0.0180=6.8218m4連梁截面慣性矩Ab=0.20*0.60=0.12m2Ib0=(0.20*0.603)/12=0.0036m4計算跨度lb=2.65+0.6/2=2.95m折算慣性矩Ib=Ib0/(1+30μIb0/Ablb2)=0.0036/(1+30*1.20*0.0036/0.12*2.952)=0.0032m4剪力墻整體系數(shù)a=0.4375+1.20+1.05=2.688mα=24*√[(12*0.0032*2.6882)/(3*0.1872*2.953)*(7.009/6.8218)]=1.37＜10故該剪力墻按聯(lián)肢墻計算。截面形狀系數(shù)查表得μ=1.2γ2=（2.5*1.2*0.1872*2.95）/（242*0.92*2.688）=0.0012γ12=（2.5*1.2*0.1872）/（242*0.92）=0.00106β=α2γ2=1.372*0.0012=0.0136查表可得φa=0.198τ取0.80等效剛度EcIeq=(3*107*0.1872)/(0.20+0.9864*0.80*0.198+1.64*0.00106)=1.56*107KN·m21.1.2剪力墻YSW-2等效剛度的計算(1)判斷剪力墻的類型洞口面積/墻面面積=（0.90*1.50）/（1.00*2.70）=0.167＞0.16，需做進一步判別。(2)截面特性墻肢截面面積Aw1=0.90*0.20=0.18m2Aw2=0.90*0.20=0.18m2截面形心yc1=0.90/2=0.45myc2=0.90/2=0.45m截面慣性矩Iw1=（0.20*0.903）/12=0.012m4Iw2=（0.20*0.903）/12=0.012m4組合截面形心Aw=0.18+0.18=0.36m2yc=(0.90*0.20*0.45+0.90*0.20*2.25)/0.36=1.35m組合截面慣性矩Iw=0.012+0.90*0.20*0.902+0.012+0.90*0.20*0.902=0.3156m4In=0.3156-0.024=0.2916m4連梁截面慣性矩Ab=0.20*0.60=0.12m2Ib0=(0.20*0.603)/12=0.0036m4計算跨度lb=0.90+0.6/2=1.20m折算慣性矩Ib=Ib0/(1+30μIb0/Ablb2)=0.0036/(1+30*1.20*0.0036/0.12*1.202)=0.0021m4剪力墻整體系數(shù)a=0.45+0.45+0.90=1.80mα=24*√[(12*0.0021*1.802)/(3*0.024*1.203)*(0.3156/0.2916)]=20.22＞10查表可得系數(shù)ζ=0.830In/Iw=0.924＞0.830故該剪力墻按壁式框架計算。EcIeq=1.0*107*0.5=1.50*107KN·m2其余計算結(jié)果列于表3-2~3-5中：表3-2Y方向剪力墻截面面積墻號墻肢1截面面積Aw1/m2墻肢2截面面積Aw2/m2墻肢3截面面積Aw3/m2墻肢4截面面積Aw4/m2?Awj/m2YSW-10.120.1750.420.2050.92YSW-20.180.180.36YSW-30.120.1750.420.2050.92YSW-40.500.360.86YSW-50.500.360.86YSW-61.081.08YSW-71.081.08YSW-81.081.08YSW-91.081.08YSW-101.081.08YSW-110.160.320.160.64表3-3Y方向剪力墻截面慣性矩墻號墻肢1截面慣性矩Iw1/m4墻肢2截面慣性矩Iw2/m4墻肢3截面慣性矩Iw3/m4墻肢4截面慣性矩Iw4/m4?Iwj/m4形心yc/m組合截面慣性矩I/m4YSW-10.00360.01120.15440.01800.1875.697.009YSW-20.0120.0120.0241.350.316YSW-30.00360.01120.15440.01800.1875.697.009YSW-40.2600.0970.3572.991.962YSW-50.2600.0970.3572.991.962YSW-62.6242.6242.702.624YSW-72.6242.6242.702.624YSW-82.6242.6242.702.624YSW-92.6242.6242.702.624YSW-102.6242.6242.702.624YSW-110.0080.0680.0080.0842.702.080表3-4各片剪力墻連梁折算慣性矩墻號Abj/m2Ibj0lbjaαYSW-10.120.00362.952.691.37YSW-20.120.00361.201.8020.22YSW-30.120.00362.952.691.37YSW-40.120.00362.304.155.49YSW-50.120.00362.304.155.49YSW-110.120.00361.401.909.30表3-5各片剪力墻類型判別和等效剛度墻號αIn/I類型等效剛度EcIeq/KN·m2YSW-11.370.974聯(lián)肢墻1.560*107YSW-220.220.924壁式框架1.500*107YSW-31.370.974聯(lián)肢墻1.560*107YSW-45.490.910聯(lián)肢墻6.083*1