分項系數(shù)調(diào)整對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計影響的分析

張 鍇

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司南昌院，江西 南昌 330002)

0 引言

GB 50068—2018建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準已經(jīng)于2019年4月18日實施，其內(nèi)容相對于舊版有不少重大調(diào)整，最大的調(diào)整是持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況基本組合的永久作用和可變作用分項系數(shù)。當作用效應(yīng)對承載力不利時不再區(qū)分永久作用控制和可變作用控制，永久作用分項系數(shù)γG由永久作用控制1.35、可變作用控制1.2統(tǒng)一改為1.3，可變作用分項系數(shù)γQ由1.4改為1.5。分項系數(shù)修改后大致與歐洲規(guī)范相當(歐標γG=1.35，γQ=1.5)，建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)置水平有了提高，也有利于中國規(guī)范的國際化。

然而，分項系數(shù)的調(diào)整對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響一時眾說紛紜，有人認為影響很大，有人認為影響不大。筆者認為具體問題要具體分析，建筑結(jié)構(gòu)的分類很多，而剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層住宅的經(jīng)典結(jié)構(gòu)形式具有重要的研究價值。本文就高層剪力墻住宅為切入口，就分項系數(shù)的調(diào)整對高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響做簡要分析，對分析結(jié)果給出大致的判斷。

1 計算分析的選型

1.1 模型結(jié)構(gòu)布置與結(jié)構(gòu)信息

考慮到計算模型的代表性，本次以18層剪力墻住宅地上部分進行研究，不考慮地下室及基礎(chǔ)。樓層典型結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，各層結(jié)構(gòu)信息如表1所示。

建筑高度52 m，屬于國內(nèi)高層住宅比較有代表性的高度。建筑按標準設(shè)防類別考慮，設(shè)計使用年限50年，安全等級二級。

表1 各層結(jié)構(gòu)信息

1.2 地震作用選取

為使分析結(jié)果具有實際意義，地震作用選擇抗震設(shè)防烈度6度、7度、8度三個工況來進行比較，三個抗震設(shè)防烈度基本可以覆蓋國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)，具有廣泛的代表性。各工況的各層結(jié)構(gòu)信息均相同，設(shè)計地震分組均為第一組，場地類別均為2類。根據(jù)地震作用選取，共分6個工況，如表2所示。

表2 地震工況信息

1.3 計算軟件選取

本次采用國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計行業(yè)通用的盈建科結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件2.0進行計算，該版本計算參數(shù)新舊分項系數(shù)均可選用。

2 計算分析的結(jié)果

2.1 結(jié)構(gòu)指標

由于分項系數(shù)調(diào)整并未涉及地震設(shè)計工況，仍然采用地震組合，因此結(jié)構(gòu)的周期、側(cè)向剛度、位移比、剪重比等整體指標不會受影響。剪力墻軸壓比采用重力荷載代表值的設(shè)計值計算也沒有受分項系數(shù)調(diào)整影響。

2.2 配筋對比

2.2.1樓板配筋對比

樓板受力只與恒活荷載有關(guān)而與地震作用無關(guān)，所以只需對比工況1和工況2的結(jié)果即可，對比結(jié)果按兩個工況的百分比差值表示(以下對比結(jié)果同義)，如圖2所示。

從圖2中可以看出分項系數(shù)調(diào)整后，樓板每平方米的樓層平均配筋只增大了1.22%，且除首層外各層直接差異很小，可見影響分項系數(shù)調(diào)整對樓板設(shè)計影響十分有限，主要原因在于樓板配筋基本受最小配筋率控制因而差別很小。

2.2.2梁配筋對比

梁鋼筋對比綜合考慮梁縱筋、箍筋的加權(quán)平均值，如圖3所示。從圖3中可以看出，抗震設(shè)防烈度6度時分項系數(shù)調(diào)整的影響最大，7度其次，8度最小。6度時相同條件下隨著樓層越高，分項系數(shù)調(diào)整的影響越小，各樓層影響平均值為6.6%。7度時也呈現(xiàn)出樓層越高分項系數(shù)調(diào)整的影響越小，但各樓層之間差別不大，影響平均值為5.0%。8度時隨著樓層越高分項系數(shù)調(diào)整的影響越大，但各樓層之間差別也不大，影響平均值為2.0%。從6度、7度、8度各樓層影響平均值來看，8度時分系數(shù)調(diào)整對梁設(shè)計的影響可以忽略不計，實配鋼筋往往都大于計算鋼筋2%以上，6度、7度時配筋量較往常有所增加，設(shè)計時需要對結(jié)構(gòu)中下部配筋有所注意。

2.2.3剪力墻配筋對比

墻鋼筋對比綜合考慮剪力墻水平筋、豎向筋的加權(quán)平均值，如圖4所示。

從圖4中可以看出，分項系數(shù)調(diào)整對6度剪力墻配筋影響十分顯著，對7度、8度剪力墻配筋影響與梁配筋情況類似，地震烈度不同影響差距顯著。6度時相同條件下隨著樓層越高，分項系數(shù)調(diào)整的影響衰減很快，但在頂層仍然有10%左右的鋼筋增幅，各樓層影響平均值為16.7%。7度時影響大幅降低，除首層和頂部兩層其余中間各層影響較為平均，各樓層影響平均值為5.3%。8度影響很小，只有頂層有少許變化，各樓層影響平均值為0.8%。從6度、7度、8度各樓層影響平均值來看，8度時分項系數(shù)調(diào)整對剪力墻設(shè)計的影響可以忽略不計，7度時配筋量較往常有所增加，特別對首層和頂部樓層需要有所注意，6度時分項系數(shù)調(diào)整帶來的配筋相比以往增加較多，設(shè)計時需要特別注意。

3 結(jié)語

從以上分析可以看出，分項系數(shù)調(diào)整對結(jié)構(gòu)整體指標不會有影響，對樓板設(shè)計影響十分有限?？拐鹪O(shè)防烈度越高，梁、墻的配筋受分項系數(shù)調(diào)整影響越小，表明恒活組合在高烈度區(qū)不是主控因素?？拐鹪O(shè)防烈度低且樓層越高分項系數(shù)調(diào)整影響越小，抗震設(shè)防烈度高且樓層越高分項系數(shù)調(diào)整影響越大。

綜上所述，對于高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計，8度區(qū)和往常設(shè)計區(qū)別很小，7度區(qū)需要注意頂、底部剪力墻配筋和結(jié)構(gòu)中下部梁配筋的變化，6度區(qū)剪力墻配筋和往常設(shè)計有較大不同需引起重視，同時6度區(qū)還需注意結(jié)構(gòu)中下部梁配筋的變化。

分項系數(shù)調(diào)整一定程度上提高了中低烈度區(qū)工程結(jié)構(gòu)的強度儲備，但設(shè)計人員仍不能大意，不可忽視結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性對結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要影響。至于分項系數(shù)調(diào)整對非高層剪力墻住宅、框架、框剪、框筒等其他結(jié)構(gòu)類型設(shè)計的影響，還有待進一步的研究。