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概述高层建筑框支短肢剪力墙结构设计

文章出处:http://www.fyjianliqiang.com 作者:方圆模具 人气:发表时间:2020-08-25

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  概述高层建筑框支短肢剪力墙结构设计

  何倩茵

  珠海华发建筑设计咨询有限公司广东珠海519000

  摘要:在高层建筑结构中,采用短肢剪力墙结构设计,不仅可以有效的保证建筑结构的刚度和强度,还满足了建筑工程施工的要求,使其建筑结构的美观不会受到影响。但目前这种框架结构在我国建筑工程施工中应用得还不够成熟,因此我们对其进行施工的时候,要对其结构设计进行严格的要求,避免短肢剪力墙结构中存在的问题,影响整个工程的施工质量。

  关键词:高层建筑;剪力墙;结构设计
 

绿色建筑


  1.短肢剪力墙的概念

  《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定,短肢剪力墙是指墙肢截面高度(水平截面的长度)与厚度(水平截面的宽度)之比为5~8的剪力墙,一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。短肢剪力墙较多时,形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构,称为短肢剪力墙结构。短肢剪力墙结构在建筑工程中的使用需满足一个必要条件,即抗震设计时,短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。这是由于短肢剪力墙结构抗震能力较弱,故高层建筑结构中短肢剪力墙较多时,应布置一般剪力墙(或筒体),建立合理的剪力墙体系,共同抵抗水平力。

  2.短肢剪力墙结构体系的优点

  随着短肢剪力墙结构体系在小高层建筑结构设计中的广泛应用,可以从实践中看出该结构体系的优点主要体现在满足小高层建筑的功能需求和满足结构设计需求这两大方面。

  首先,在建筑功能方面,短肢剪力墙的墙肢设计是与填充墙的厚度相同的,且短肢剪力墙与各个墙体之间的梁的连接是处于墙体的竖立平面内的,这就很好的实现了框架结构中梁柱外露的问题;在短肢剪力墙结构的施工中,大都是采用的较为轻质的建筑材料,以减少结构的负重荷载;短肢剪力墙由于其自身特性而在一定程度上增大了施工难度,但其能够很好的扩大建筑内部的有效使用面积,因此,仍然是具有很大推广价值的。

  其次,在结构设计方面,短肢剪力墙结构要比普通框架-剪力墙具有更好的隐蔽性,使墙肢与梁可以隐藏在墙体内,方便了用户对内部结构的灵活设计应用。且在设计中,短肢剪力墙对于墙的数量和肢长的确定也更加灵活,可以通过计算建筑的抗侧力需求来确定数量的多少以及肢长的长短,同时,墙体刚度的大小和刚度中心位置的确定,也都可以根据实际情况灵活调整,使建筑结构设计更加贴合实际的需要。另外,在小高层住宅结构设计中,短肢剪力墙与常用的普通剪力墙体系相比,其具有的特点主要体现在以下几点:充分利用墙肢的承载能力,避免传统剪力墙结构中墙体过长而通常为构造配筋的浪费;减轻结构自重,降低主体结构和基础造价,尤其对于地基承载力较低的地区经济效益显著;结构自振周期相对加大,弥补剪力墙体系抗侧刚度大,从而地震反应加大的缺点;主体结构中大多数墙肢呈受弯工作状态,从而保证墙体具有足够的延性。同时大多数连梁的跨高比大于25,保证整体刚度的同时降低连梁的自身刚度,避免连梁的剪切破坏,使连梁也具有足够的延性,以此来弥补剪力墙体系延性的不足。
 

  3.短肢剪力墙构造要求

  短肢剪力墙结构的截面设计及构造措施,应遵循《建筑抗震设计规范》(GB50011―2010)中有关章节的规定进行设计。剪力墙截面的设计,应通过正截面偏心受压、偏心受拉的计算,在满足最小筋率要求的前提下,确定墙肢端部的受力钢筋,即约束边缘构件或构造边缘构件的纵筋,由斜截面抗剪计算出墙肢腹板水平分布钢筋。短肢剪力墙结构的构造要求同一般剪力墙结构。短肢剪力墙一般适用于“小高层”结构。由。剪力墙端部暗柱的设置,目前各设计院在短肢剪力墙的结构设计中有形式。一种是端部做暗柱,设置剪力墙水平和竖向分布筋,另一种有点类似异形柱的配筋方法,以腹部均匀配筋,腹部钢筋面积根据电算时,人为设置竖向分布筋的配筋率来计算,电算出的暗柱钢筋面积放在端部。这两种配筋形式何种更为有利,需视实际情况而定。对于肢长较短的短肢剪力墙,后者的配筋形式较为简化,有利施工,且用钢量稍偏优。对于肢长较长的短肢剪力墙,应采用前者的配筋形式设暗柱。本工程即是这样原则进行短肢墙的配筋的。剪力墙的连梁应进行斜截面受剪和正截面受弯承载力计算.连梁的正截面配筋,按矩形截面构件计算,取上、下配筋的较大值,按对称配筋置于梁截面上、下部位。按斜截面抗剪计算所得的箍筋沿垒跨加密设置,对于个别连梁,因其跨度小,刚度很大,地震作用下允许连梁局部开裂,可将连梁的刚度予以折减,抗震设计的剪力墙的连梁弯矩及剪力也可进行塑性调幅,以降低其剪力设汁值,若在内力计算时已经折减连梁的刚度,则调幅的范围应当受到限制或不再进行调幅,以避免在使用状况下连梁中裂缝开展过早、过大。当部分连梁降低弯矩设计值后,其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。

  4.短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计

  短肢剪力墙结构是介于框架一剪力墙结构和一般剪力墙结构之间的一种结构形式,其抗震薄弱环节是建筑平面外边缘及角点处的墙肢、“一字形”短肢剪力墙及连梁。当有扭转效应时,建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂;在地震作用下,高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主,短肢剪力墙因截面面积小且承受较大的竖向荷载,破坏严重,尤其“一字形”小墙肢破坏最严重;在短肢剪力墙结构中,由于墙肢刚度相对减小,连接短肢剪力墙间的连梁已类似普通框架梁,其受剪破坏的町能性增加。因此,在短肢剪力墙结构设计中,对这些薄弱环节,应加强概念设计和抗震构造措施。例如,短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀,必要时可用一般剪力墙来调整刚度中心,使刚度中心尽量接近建筑物质心,以减小扭转效应;由于短肢剪力墙的抗侧移刚度相对较小,故设计时应尽量利用电梯、楼梯间来形成一个核心筒,确保结构有足够的刚度,共同抵抗水平力;核心筒作为主要抗侧力构件时,设计中应保证核心筒与其外围结构的连接区域可靠;短肢剪力墙的最小截面厚度要满足规范要求的200mm,适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度及长度,严格控制短肢剪力墙截面的轴压比不超过规范要求,并加强短肢剪力墙(尤其是底部)的配筋,以提高墙肢的抗扭刚度、承载力和延性;短肢剪力墙截面小,壁薄,平面外稳定性差,故宜在两个方向均有梁与之拉结,连梁宜布置在各肢的平面内,避免采用“一字形”墙肢,否则应采取加大配筋、减小轴压比、设置端柱等加强措施;高层结构中连梁是一个耗能构件,连梁的剪切破坏会使结构的延性降低,对抗震不利,故连梁设计中应按“强剪弱弯”的原则进行,如对跨高比≥5的连梁应按框架梁进行设计,以保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏。

  5.短肢剪力墙结构设计建议

  5.1短肢剪力墙应尽量设计成联肢墙,通过各种研究试验分析,短肢剪力墙可以很好的形成联肢墙,可以提供足够的刚度。独立短肢剪力墙的刚度很低,对结构整体刚度贡献很小。

  5.2高层结构中的连梁是一个耗能构件,在短肢剪力墙结构中,墙肢刚度相对较小,连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁,而不同于一般剪力墙间的连梁,不宜在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调,使其设计内力降低,宜按普通框架梁要求,控制混凝土压区高度,其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%~80%来解决,按强剪弱弯,强柱弱梁的延性要求进行计算。

  6.结语

  目前,剪力墙结构被广泛的应用于高层建筑中,正在逐渐代替框架结构中的梁柱,剪力墙体系的主要作用是承受建筑物竖直和水平方向的各种荷载引起的内力,对于其他结构的水平力也可以很好地控制,对剪力墙体系的深入研究对高层建筑的设计有着重要的意义。

  参考文献:

  [1]龚海秀.剪力墙结构设计的几点体会[J].江西化工,2010,02.

  [2]薛云飞,马晓霞.谈剪力墙结构设计中的几个问题[J].陕西建筑,2008,06.

本文来源:http://www.fyjianliqiang.com/gongsi/126.html

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