高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计.pdf

江苏建筑 2 0 1 0年第 3期( 总第 1 3 4期 ) 2 3 高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计 李宁， 汪杰， 吴敦军 ( 南京 长江都 市建 筑设 计股份 有 限责任 公 司 ， 江苏 南京2 1 0 0 0 2 ) 摘 要1 高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构的设计包含许多新的设计内容。目前尚无配套的设计规范及计算分析软 件 通过 在 研 究预 制 钢 筋 混凝 土 叠合 剪 力 墙 试 验 资料 的基 础 上 采 用 了两种 设 计 方 法 。方 法一 是 将 P C 和 P C F作 为 结构 的 外 加 荷载进行结构的强度 设计 但考虑 P C及 P C F构件的刚度 对结构周期以及主要计算参数的影响。 方 法二是在进行 结构的刚 度 分析 。 控制结构位移 时， 将 P C和 P C F作 为结构的构件 以此计算结果作为控 制结构刚度的依 据。 运 用上述两种方法将结构 简化后 ， 仍采用现行 的计算软件进 行结构分析 。通过 实际工程 的计 算结 果， 可 以看 出， 这 两种 方法在 满足现行设计规范的 同 时也优化 了高层预制钢筋混凝 土叠合剪力墙的结构设计 关 键词 1 预制钢筋混凝土叠合剪力墙； 强度设计； 刚度设计； 优化设计 中图分 类号 T U 3 7 8 【 文 献标 识码1 B f 文 章编 号 1 0 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 2 3 0 3 S t r u c t ur a l De s i g n f o r S he a r W a l l S t r uc t ur e wi t h Co mpo s i t e Re i n f o c e d Co nc r e t e W a l l o f Ta l l Bu i l di n g L I N i n g WA N G J i e wU D u n - j a n ( N a n j i n g Ya n g t z e R i v e r U r b a n A r c h i t e c t u r e D e s i g n C o ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 2 C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e s t r u c t u r a l d e s i g n f o r s h e a r wa l l s t ru c t ur e wi t h c o mp o s i t e r e i n f o c e d c o n c r e t e wa l l o f t a l l b ui l di n g i n c l u d e s ma ny n e w c o n t e n t s Th e r e a r e s t i l l n o s u i t d e s i g n c o d e s a n d c o mp u t e r s o f t wa r e s t o u s e f o r t h e de s i g n e r s Ba s e d o n t h e a n a l y s i s a bo u t s o me mi d-r i s e e x p e r i me n t s o n c o mp o s i t e r e i n f o c e d c o n c r e t e wa l l s ， t he t wo d e s i g n me t ho d s a r e o f f e r e d b y t h e a u t ho r I n t h e f i r s t c a s e ， t h e PC a n d PCF a r e c o n s i d e r e d a s t h e l o a ds o f t he s t ru c t u r e Co ns i d i n g t h e e f f e c t s o f PC a n d PCF o n pe r i o d o f t h e s t ru c t u r e a n d s o me p a r a me t e r s o f c a l c u l a t i o n ， t h e de s i g n o f t he s t r e n g t h i s a c c o r d i n g a s t h e r e s ul t s o f t h e c a l c u l a t i o nI n t h e s e c o n d c a s e ， t h e PC a n d PCF a r e c o ns i de r e d a s me mbe r s o f t h e s t ru c t u r e wh e n c a l c u l a t i n g t h e s t i f f n e s s o f t h e s t r u c t ur e Th e s t r u c t u r e i s s i m p l i fie d ， a n d c a n b e a n a l y s i s e d b y t he s o f t wa r e s wh i c h a r e g e n e r a l l y a c c e p t e d i n s t ru c t u r a l d e s i g n Th e r e s u r hs o f t h e d e s i g n c a l c u l a t i o n a r e b o t h f i t t e d wi t h t h e d e s i g n c o d e s a nd ru l e o f t h e o p t i mum de s i g n for t h e s h e a r wa l l s t r u c t u r e wi t h c o mp o s i t e r e i n foc e d c o nc r e t e wa l l o f t a l l b u i l d i n g Ke y wo r d s ： p r e c a s t c o mp o s i t e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s h e a r wa l l ；s t r e n gth d e s i g n；s t i f f n e s s d e s i g n ；o p t i mu m d e s i g n O引言 我 国的 住 宅 建 设 正 在 以 前 所 未 有 的 速 度 与 规模 迅 猛 发 展 。 面对全球发展低碳经济的新趋势 ， 我 国经济增长方式面 l临结构性调整 。房地产业的发展与建设也面临结构性的转 变 。 绿色建筑 、 住宅产业化 的发展 已经 日益受到政府及开发 商 的重视 。 最近几年 万科 等大型房地产商在 “ 像造汽车一样造房 子 ” 的理 念 指 导 下 率 先 开 展 了 住 宅 产 业 化 的 试 验 性 建 设 。 引进 了 日本 、 香港 、 新加坡等地的预制装配式混凝土结构技 术 。 简称 P C ( P r e e a s t C o n c r e t e ) 技术 。 在深圳 、 上海 、 江苏等地 的住宅 开发项 目中 ， 应用 P C技 术建造 了一批 高层 、 小高层 住 宅 。 钢筋混凝土剪 力墙结构是我 国高层住宅广泛采用的一 种结构形式 。应用 P C技术 建造的钢筋混凝 土剪力墙结构 称为预制钢筋混凝土叠合剪力墙 结构 。这种结构 的设计 和 建 造 尚未 有 成 熟 的 配 套 规 范 。因 此 ， 开 展 P C建 筑结 构 以及 P C构件 的设计 、 施工 等方面的研究 ， 对 于推广住 宅的产业 化体系有着广泛的社会与经济效益。 】 工程 概 况 【 收稿日 ,1 1 2 0 1 0 0 4 - 1 5 【 作者简介】 李 宁 ， 女 ， 硕 士 ， 南 京 长 江 都 市 建 筑 设 计 股 份 有 限 责 任 公 司 ， 高 级 工 程 师 ， 国 家 一 级 注 册 结 构 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 3 期 ( 总第 1 3 4期 ) 苏南万科苏州玲 珑湾八区 5 3 、 5 5幢楼是应用 了 P C技 术的高层叠合剪力墙住宅工程 。 该工程为两幢 l 8层住宅。 建筑 面积约为 2 2 2万 m 。 其 中 l 层为架空休 闲绿化空间， 2 1 5 层 为标准层 ， l 6 一 l 8 层有 局部退层。作为江苏省首个绿色建筑三星级住宅小区示 范 项 目结合建筑立面 。 P C技术的应用 范围确定为 5 3 、 5 5幢 楼 的 3 l 5层标准层段 。 两 幢楼共计 2 6个标准层 。P C技术 应用 内容如下 ： ( 1 ) 外山墙采用预制钢筋混 凝土剪力墙外模板 即 P C F ( P r e c a s t C o n c r e t e F o r m) 构件 。 ( 2 ) 前后外墙 采用 预制钢筋混凝 土外 墙 即 P C( P r e c a s t C o n c r e t e F o r m) + P C F混合构件 。 ( 3 ) 预制钢筋混凝土楼梯。 ( 4 ) 预制悬挑板式阳台。 P C及 P cF构件 的布 置 详 见 图 1 挂 南 一 1 专 j ： T f -1 蔓 J l_ l ， i ； 1ll_ 矗 _ 1 蠡 矗 矗 矗 吾 暑 r 再 1矗 5 一l L + l 图 l 标准层预制模板分布图 注 l ： 预制钢筋混凝土剪力墙外模板 P C F是在工厂做好 模板及外饰面。 现场安装就位后作为现浇钢筋混凝土剪力墙 的外模板 内侧再放置设计所需钢筋 支上另一侧内模 浇筑 混凝土即形成预制钢筋混凝土叠合剪力墙 。详见图 2 。 注 2 ：预制外墙 P C是将剪力墙结 构外 墙的填充墙 部 分 ， 预制成外模 ， 内侧可填充轻质材料。外模用钢筋与现浇 的梁、 墙连接 。详见图 3 圈 2预制钢筋 混凝土叠 合剪力墙 2 主体 结构方案及设计方法 圈 3外模 用钢 筋 与 现 浇 的 梁 、 墙 连 接 该工程抗震设防烈度为 6度 ， 剪力墙抗震等级 4级 。 两 幢住宅楼平面、 立面均较规则 ， 竖向构件 上、 下连续 。 经方案 比较决定采用钢筋混凝土剪力墙体系。 建筑场地为 类。 设 有 l 层地下室， 采用预应力管桩加筏板基础 。 标准层 的结构 布置如图 4示 。 P C建筑的结构设计 与传统的现浇钢筋结 构设 计有许 多不同。 也增加 了一些新的设计 内容。 下 面主要介绍 我们在 高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构的主体结构设计中采 用的设计方法。 图 4标 准 层 结构 平 面 在遵守现有规范的前提下 ， 我们对文献【 3 】 进行 了认真 的研究。 参考 日本的相关资料 ， 在 主体结构设计中我们采用 了两种方法： 2 1 方法一 所有 的竖向抗侧力构件均采用现浇钢筋混凝土剪力墙 和柱 。不考虑 P C、 P C F预 制构件的刚度参与结构 计算 ， 将 P C、 P C F作 为荷载加在结构上 ，用现行的规范及现行的软 件 进行结构整体分析及构件设计。但考虑 由于 P C、 P C F的 刚度存在对结构周期 的影响 以其计算结果作为内力及配 筋 的依据。从文献f 3 1 的试验结果看 ， 此方法是偏 于安全的。 2 2方法 二 由于 P C及 P C F的存在对于剪力墙结构 的刚度是有贡 献的。 文献f 3 1 的试验结果也表明 ， 在预制钢筋混凝土叠合剪 力墙的弹性变形范围内，预制模板和现浇墙体 的协同工作 较好 。 因此我们在计算结构剐度控制建筑的位移时 ， 将预制 钢筋混凝土叠合剪力墙的厚度按实际考虑 。 即墙厚= 预制模 板厚+ 现浇剪力墙厚 。对结构进行整体 分析 ， 其分析结果作 为控制结构刚度 、 周期 、 位移 的依据。强度设计仍以方法一 的计算结果为依据 。 以上 两种设 计方法均以现行的结构设计规 范为依据 。 同时参考了文献【 l 】 、 文献【 2 】 、 文献【 3 】 。 结构分析软件采用 中国建筑科学研究院的 S A T WE。 4主 要结 构 材 料 特 征及 计 算 分 析 结 果 f 以 5 3幢 为 例) 3 1 主要结 构及材料特征 ， 见表 1 表 l 主要结构及材料特征 3 2主要计算结果 ， 见表 2 、 表 3 、 表 4 、 表 5 3 3 主体结构设计小结 上述计算 分析表明 ，本工程所 采用 的设计方法将 P C 建筑 的结构体 系简化为适用于现行规范及现行计算软件的 结构体系。在结构的分析及设计中考虑 P C建筑的特点 P C 及 P C F构件 刚度的影响 对计算模 型及总体控制参数进行 适 当调整。其计算结果均满足现行的结构规范且 能满足使 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 3期 ( 总第 1 3 4期 ) 算 ， 基本没有影 响 ， 但 对于层数较高 的建 筑考虑 P C及 P C F 的剐度 ， 对控制结 构的周期位移会有帮助 。 4 P C建筑结构设计 中的其它设计 问题 P C建筑的结构设计除 了主体 的设计外 ， 还要进行 以下 的构件设计及构造设计。 ( 1 ) 在 P C及 P C F构件的设计及构造上 ， 要保证叠合剪 力墙预制部分 与现 浇部 分的共同工作 ， 适当考虑 P C F的作 用对主体设计有优 化的潜力 。 ( 2 ) P C及 P C F构件在脱模 、 存放运输 、 安装就位 以及现 场浇筑混凝土等工况下 的强度 、 刚度计算 。 ( 3 ) P C构件与 主体建筑 的连接方 案 柔 性方案 和刚性 方案各有利 弊， 本工程采用 的是柔性方案 。 此问题还需进一 步研 究 、 实 践 。 ( 4 ) 由于其他 部位 预制构件 的采用如楼梯 、 阳台以及叠 合楼板等 ，对结构 的导荷方式以及计算模型的假定均 有影 响， 计算时应予以考虑 。 ( 5 ) 施工 时各结合部连接构件的设计。 5结语 本 文详细介绍 了苏 南万科 苏州玲珑 湾 5 3幢 、 5 5幢高 层 预制钢 筋混凝 土叠合剪 力墙 住宅 中主体结构 的设 计方 法 。由于 P C技术在我 国应用 的时间还不长 。 工程实例 少 ， 并且未经 受过严重震 害的检验 ， 尚无可执行 的设 计 、 施工 、 验收标准 。所 以 P C建 筑的结构设计方法 、 构 造细节等还有 许多问题有待我们去研究 、 探索 ， 我 国的住宅产业化也需要 我们的努力。 参 考文献 1 1 杨 文 渊 实 用土 木 工 程 手 册f M1 人 民 交通 出版 社 ， 1 9 8 5 【 2 】 建 筑结构静 力计算手册 编 写组 建筑结构静 力计算 手 册 M1 中 国建 筑 工 业 出版 社 ， 1 9 9 8 f 3 1 万科 预 制 钢 筋 混 凝 土 叠 合 剪 力墙 试 验 报 告 R1 同 济 大 学 结 构 工 程 与 防 灾研 究 所 表 2 自振周期 取前 3个振 型) 表 3 剪 重 比 ( ) X方 向 Y方 向 O 92 ， 0 93 1 09 1 1 1 表 4 地 震 作 用 下 结 构 最 大 层 间 位 移 ( 位 置 ) X方 向 Y方 向 1 2 2 5 1 ( 8层 ) 1 2 2 8 9( 7层 ) 1 2 4 5 7 ( 1 3层 ) 1 2 51 9( 1 1层 ) 表 5 风载下最大位移 X方 向 Y方 向 1 2 9 8 7 ( 7层) 1 3 1 3 2 ( 7层) 1 1 4 8 1 ( 1 0层) 1 1 5 7 0 ( 1 1 层) 用要求 。 通过计算 比较可知 考 虑 P C及 P C F刚度 的贡献 可以 使结构的周期略微减短 ， 位移略微减小 ， 对于结构 的整体计 业j jkr 宣k jk jkr j 业 jkr 业业业j 业夸 j 业jk j- j I k jkr 宣k 9 | 毒 t jkr ， 9 ， 9 业夸 e jk j jk- j ( 上接第 6页) 设 ， 包括空港 、 通 讯信 息网， 减少商务机构的落脚成本。 一旦 错过这个强势增 长高峰期 而进人稳定发展 并 已经在其他 区域落户 ， 再去建设 C B D将产生很大的 困难 。 ( 2 ) 合理选择 C B D的区位。 南京 、 杭 州等城市 都处 在上 海 C B D的辐射影响中 ， 适宜发展 区域级 C B D。依据这样 的 C B D发展能级和特征 建议尽量选 择在市 区的临近地 区尤 其是靠山滨 水等 富有环境 吸引力 的地 区建设 ，以服务市域 及邻近地区为主 商务空间规模 也不能随意追 求过 大。 这方 面的教训 已经很 多 如广州在 1 9 9 2年提 出远离市 区建设珠 江新城 C B D规 划 ， 并计划在 l 5年 内建成 。 但 由于 当时商务 产 业刚刚起步 远离市 中心 C B D也损耗 了有限 的市场需 求 ， 1 3年来珠 江新城 C B D长期 少人问津 。 打击 了投资者 的 信 心 。 土 地抛 荒严重 。 市政交 通配套设施投 资浪费 ， 整体开 发 收效甚微 。 ( 3 ) 科学运作经营 C B D。C B D的规 划建设是城市 发展 的关键 问题 。也是投资商和市 民关注的焦点。政 府在决策 C B D的区位选择 前应 当慎重研 究 、 多方 参与 、 方 案公示 比 选 以形 成 社 会 共 识 ：在 CB D 区 位 决 定 以后 则 应 当长 期 坚 持 ， 严格 管制 ， 不朝令夕 改 ， 以形成市场 合力 ； 在 C B D建设 过程 中控制 土地投放总量 。 灵活运用多种经营手法 ， 以获得 土地 出让 的最 大 效 益 。 深圳 福 田 C B D的运作 经营可 以借鉴 。1 9 8 6年城市 总 体规划 明确福 田为深圳未来 C B D所在 。 此后用地受到严格 控 制 ， 2 0世纪 9 0年代仅建设部分高层住宅项 目， 商务用地 以绿地 的形式加 以预 留。新世 纪以来 。 随着罗湖 C B D用地 饱 和和深圳商务产业 的大发展 福 田终于迎来 了 C B D建设 高峰 。 由于周边大量住宅文化等配套设施的齐全 商务 聚集 条件 已经成熟 经历十多年控制保 留下来 的商务用地得 以 高价 出让 ， 吸引众 多大 型商务机构的人驻。 参考文献 【 1 吴明伟 ， 孔令龙 ， 陈联 城 市 中心 区规划【 M 南京： 东南 大 学 出版 社 1 9 9 9 【 2 】 陈联 C B D规 划研究的前提及 方法 【 J 】 城 市规 划， l 99 5 【 3 】 R e mo n d E M u r p h y e C e n t r a 1 B u s i n e s s D i s t r i c t【 M Al d i n e Ah t e o n，I ne，1 9 72 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m