刁澤民 陳 凱

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510642)

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部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比★

刁澤民 陳 凱

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510642)

結(jié)合某11層商住樓工程概況，提出了首層轉(zhuǎn)換部分框支剪力墻和無轉(zhuǎn)換層剪力墻兩種結(jié)構(gòu)形式，利用廣廈結(jié)構(gòu)CAD軟件計(jì)算了內(nèi)力和配筋，并通過廣廈概預(yù)算系統(tǒng)分析了單方含鋼量和結(jié)構(gòu)造價(jià)，比較了兩種結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果表明，兩種結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差別不明顯，為了適應(yīng)商住樓的功能要求，實(shí)現(xiàn)首層大空間，建議優(yōu)先采用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式。

剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)構(gòu)方案

0 引言

相對(duì)于普通剪力墻結(jié)構(gòu)，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支層和下部樓層豎向構(gòu)件間距較大，剪力墻數(shù)目較少，可以更好地滿足建筑功能要求。

有關(guān)轉(zhuǎn)換層對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能影響的研究已有不少成果。榮維生[1]通過對(duì)無轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換板設(shè)置在第3層頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明：轉(zhuǎn)換層的存在使下部結(jié)構(gòu)振型層間位移角數(shù)值加大，結(jié)構(gòu)基本振型表現(xiàn)得更加明顯。轉(zhuǎn)換層所在的位置作為上、下結(jié)構(gòu)變形的轉(zhuǎn)折處，表現(xiàn)得更為突出。董堃[2]指出，布置轉(zhuǎn)換層容易造成豎向抗側(cè)力構(gòu)件的不連續(xù)、樓層側(cè)向剛度及樓層受剪承載力的突變。這些研究均說明了布置轉(zhuǎn)換層使結(jié)構(gòu)不利于抗震。

為了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，規(guī)范規(guī)定必須要將結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)提高一級(jí)和加大結(jié)構(gòu)的底部加強(qiáng)范圍，導(dǎo)致鋼筋用量增加?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]同時(shí)規(guī)定，框支轉(zhuǎn)換層樓板厚度不宜小于180 mm，每層各方向的配筋率不宜小于0.25%。而一般樓層現(xiàn)澆樓板厚度不應(yīng)小于80 mm，配筋率均不宜小于0.10%。文獻(xiàn)[4]指出，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中樓板的混凝土用量占整個(gè)樓蓋混凝土用量的50%以上，樓板的鋼筋用量約占整個(gè)樓蓋鋼筋用量的20%。因此，轉(zhuǎn)換層的耗材往往高于非轉(zhuǎn)換層。盡管轉(zhuǎn)換層的耗材往往高于非轉(zhuǎn)換層，但因?yàn)檎w結(jié)構(gòu)受力影響復(fù)雜，總鋼筋量也隨之受到影響。目前，有關(guān)商住樓結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比的研究未見，因此，商住樓結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比是有意義的工作。

1 結(jié)構(gòu)方案

研究對(duì)象為一幢高40.8 m，無地下室的11層商住綜合樓，抗震設(shè)防烈度為7度，丙類抗震設(shè)防。其他設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，基本風(fēng)壓值0.7 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。首層平面圖、3層～11層平面圖分別如圖1,圖2所示。

分別以純剪力墻和首層轉(zhuǎn)換部分框支剪力墻兩種結(jié)構(gòu)方案對(duì)此商住樓進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兩種結(jié)構(gòu)方案分別記為方案1和方案2。兩結(jié)構(gòu)方案在初始建模時(shí)2層以上采用相同的結(jié)構(gòu)。方案1中結(jié)構(gòu)上層豎向構(gòu)件直接貫通至地面，第一結(jié)構(gòu)層的樓板和梁均與上層一致。方案2采用梁式轉(zhuǎn)換層將上層剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為框剪結(jié)構(gòu)。框支層樓板與轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)按照規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)換梁的截面高度取1 500 mm，截面寬度取500 mm，轉(zhuǎn)換層樓板厚度取180 mm。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，對(duì)于設(shè)防烈度為7度，高度小于80 m的結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)為三級(jí)，而部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的底部加強(qiáng)部位的剪力墻、框支框架和非底部加強(qiáng)部位的剪力墻的抗震等級(jí)分別為二級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。另外，文獻(xiàn)[5]指出，當(dāng)裙樓與主樓相連時(shí)，相關(guān)范圍(一般指主樓周邊外延不少于三跨的裙樓結(jié)構(gòu))內(nèi)裙樓的抗震等級(jí)不應(yīng)低于主樓的。本工程中，裙房伸出主樓周邊外延只有兩跨，主樓高度只有40.8 m。因此，方案1的主樓和裙房的抗震等級(jí)均為三級(jí)。方案2的主樓中的底部加強(qiáng)部位的剪力墻、框支框架和裙房的抗震等級(jí)均為二級(jí)、主樓的非底部加強(qiáng)部位剪力墻的抗震等級(jí)為三級(jí)。方案1和方案2的第一結(jié)構(gòu)層平面布置圖分別如圖3,圖4所示，3層～11層的結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖5所示。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算與驗(yàn)算

兩種結(jié)構(gòu)方案均采用廣廈結(jié)構(gòu)CAD進(jìn)行內(nèi)力和配筋計(jì)算。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，最后結(jié)果顯示側(cè)向剛度比、位移比、周期比、重力二階效應(yīng)及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、地震作用的剪重比、傾覆力矩、樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力比值等各種指標(biāo)均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]的要求。同時(shí)，結(jié)構(gòu)的位移比均小于1.4，根據(jù)文獻(xiàn)[7]，不考慮雙向地震。在AutoCAD自動(dòng)生成的施工圖中，均滿足撓度裂縫要求，均滿足規(guī)范中的各種指標(biāo)是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)能夠?qū)Ρ鹊幕A(chǔ)。主要整體合理性指標(biāo)對(duì)照表如表1所示。

表1 主要整體合理性指標(biāo)對(duì)照表

參數(shù)最小側(cè)向剛度比最大層位移比周期比/%最大層間位移角方案11.101.2779.101/3583方案21.101.3383.791/2255

3 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

筆者采用廣廈結(jié)構(gòu)CAD的平法配筋模塊進(jìn)行配筋。所有鋼筋統(tǒng)一選用HRB400級(jí)鋼筋。應(yīng)用廣廈概預(yù)算系統(tǒng)計(jì)算單方含鋼量和結(jié)構(gòu)造價(jià)，兩種結(jié)構(gòu)方案的工程整體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)照表如表2所示。

表2 工程整體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)照表

文獻(xiàn)[8]指出，近年來，開發(fā)商為了追求利益的最大化，在簽訂設(shè)計(jì)合同時(shí)都把含鋼量作為一個(gè)指標(biāo)來限制。對(duì)于工程師來說，單方含鋼量和工程造價(jià)是主要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。從表2可以看出方案2的單方含鋼量(程序算出的單方含鋼量未考慮樓梯、非磚混結(jié)構(gòu)的構(gòu)造柱和水池等其他的一些非主要構(gòu)件的鋼筋)比方案1的高2.398 kg/m2，即高8%。方案2的結(jié)構(gòu)工程造價(jià)比方案1的高5.548萬元，即高3.4%。此外，文獻(xiàn)[8]指出，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的標(biāo)準(zhǔn)層，小高層的單方含鋼量一般在25 kg/m2～50 kg/m2?？梢钥闯鲞@兩種結(jié)構(gòu)方案的單方含鋼量均在正常范圍內(nèi)。兩種結(jié)構(gòu)方案的工程分層指標(biāo)對(duì)照表和分部工程分費(fèi)匯總對(duì)照表分別如表3，表4所示。

表3 工程分層指標(biāo)對(duì)照表

表4 分部工程分費(fèi)匯總對(duì)照表 元

從表3中可以看出，在1層～3層，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼筋和混凝土用量均比普通剪力墻的高，而在4層～11層(對(duì)應(yīng)于部分框支剪力墻的非底部加強(qiáng)樓層)，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼筋和混凝土用量均比普通剪力墻的低。從表4可以看出雖然部分框支剪力墻的鋼筋混凝土工程造價(jià)比普通剪力墻的高，但是在模板工程造價(jià)方面，部分框支剪力墻比較有優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

單方含鋼量和結(jié)構(gòu)工程造價(jià)是結(jié)構(gòu)工程師最為關(guān)心的兩個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通過計(jì)算得出，一幢11層商住樓(建筑面積約為7 000 m2)，采用首層為轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)方案的模板工程造價(jià)和大部分上層的鋼筋和混凝土用量比普通剪力墻的低。采用首層為轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)的單方含鋼量和結(jié)構(gòu)工程造價(jià)確實(shí)比不帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)的高，但是差別不明顯。單方含鋼量?jī)H僅相差2.398 kg/m2，結(jié)構(gòu)工程造價(jià)僅僅相差5萬元。而且采用轉(zhuǎn)換層能夠使轉(zhuǎn)換層及以下樓層的空間布置靈活，在銷售上能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)效益，可以抵消一部分因采用轉(zhuǎn)換層而增加的費(fèi)用。為了適應(yīng)商住樓的功能要求，實(shí)現(xiàn)首層大空間，建議優(yōu)先采用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式。

致謝：感謝李文雄老師對(duì)論文的撰寫和修改提出了寶貴的意見。

[1] 榮維生.板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層位置對(duì)高層建筑抗震性能的影響[J].建筑科學(xué)，2004，20(4)：2-7.

[2] 董 堃.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)實(shí)用設(shè)計(jì)方法探討[J].工業(yè)建筑，2009，39(sup)：265-269.

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 陸海燕.樓板的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2014(1)：29-31.

[5] 黃小坤.《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)修訂[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011，41(11):1-7.

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[7] 黃小坤.《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2002)若干問題解說[J].土木工程學(xué)報(bào)，2004，37(3):1-11.

[8] 鄧 晟.高層住宅的含鋼量控制[J].福建建筑，2011(10):40-42.

[9] 蔣 宇.淺談剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體布置與經(jīng)濟(jì)性[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011，41(sup)：46-48.

Economic comparative analysis on partial frame supported shear wall structure and common shear wall structure★

Diao Zemin Chen Kai

(College of Water Conservancy and Civil Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Combining with the 11-story commercial residential building engineering conditions, put out a partial frame supported shear wall structure with the first layer conversion and a common shear wall structure. Guangsha structure CAD is used for the calculation of internal force and reinforcement. Guangsha budget system is used for the calculation of unilateral steel content and structural cost. At last, it makes a comparison on the economic performance of two structural scheme. It turns out that the difference of economic indicators is not obvious. In order to adapt to the requirements of commercial and residential building that it need a big space in the first floor, it suggests that we should take the form of structure with conversion layer first.

shear wall structure, conversion layer, economic index, structure scheme

1009-6825(2017)08-0028-03

2017-01-04★：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目

刁澤民(1996- )，男，在讀本科生； 陳 凱(1974- )，男，博士，副教授

TU398.2

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