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PC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PC建筑结构以及PC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。
1、工程概况
某小区53、55幢楼是应用了PC技术的高层叠合剪力墙住宅工程。
该工程为两幢18层住宅。建筑面积约为2.22万m2。其中1层为架空休闲绿化空间,2~15层为标准层,16~18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,PC技术的应用范围确定为53、55幢楼的3~15层标准层段,两幢楼共计26个标准层。PC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PCF(Precast Concrete Form)构件。
(2)前后外墙采用预制钢筋
混凝土外墙即PC(PrecastConcrete Form)+PCF混合构件。
(4)预制悬挑板式阳台。
注1:预制钢筋
混凝土剪力墙外模板PCF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。
注2:预制外墙PC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。
2、主体结构方案及设计方法
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Ⅲ类。设有1层地下室,采用预应力管桩加筏板基础。
PC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。
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PC、PCF预制构件的刚度参与结构计算,将PC、PCF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PC、PCF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[3]的试验结果看,此方法是偏于安全的。
2.2方法二
由于PC及PCF的存在对于剪力墙结构的刚度是有贡献的。文献[3]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刚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[1]、文献[2]、文献[3]。
结构分析软件采用中国建筑科学研究院的SATWE。
3、主要结构材料特征及计算分析结果(以53幢为例)
主体结构设计小结
计算分析表明,本工程所采用的设计方法将PC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PC建筑的特点,PC及PCF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用要求。
通过计算比较可知,考虑PC及PCF刚度的贡献可以使结构的周期略微减短,位移略微减小,对于结构的整体计算,基本没有影响,但对于层数较高的建筑考虑PC及PCF的刚度,对控制结构的周期位移会有帮助。
4、PC建筑结构设计中的其它设计问题
PC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PC及PCF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PCF的作用对主体设计有优化的潜力。
(2)PC及PCF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)PC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、结论
本文探讨了某小区53幢、55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PC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PC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。