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摘要:由于剪力墙结构具有较好的抗震性和抗侧刚度大等优点,目前在我国的建筑结构设计中得到了较为广泛的应用,本文介绍了离层建筑框架-剪力墙结构的变形及受力特点,剪力墙的布置原则,最后具体介绍了高层建筑框架-剪力墙结构设计。
关键词:高层建筑;框架-剪力墙;结构设计
中图分类号:TU208文献标识码: A
一、框架剪力墙结构概述
(一)框架剪力墙结构概念
框架剪力墙结构的体系是在框架结构中布置一定的剪力墙而组成的体系$因框架结构有侧向的刚度差,在水平荷载的作用下,其变形较大,抵抗水平荷载的能力也较低,然而却又有平面布置上的灵活以及立面处理比较容易变化的优点;而剪力墙结构则有强度与刚度大的和其水平位移比较小的优点,以及使用空间受限缺点。把它们结合起来,并相互的取长补短,就可形成一种受力的特性比较好的结构体系:框架剪力墙结构体系。其典型布置如图1所示。
(二)框架剪力墙在水平荷载作用下的主要特征
1、在受力状态方面,框架承受的水平剪力减少并且其沿高度方向上较为均匀,框架的各层梁以及柱的弯矩值减小,而沿高度方向上的各个层梁与柱弯矩差距会有减少,并在数值也上近似接近。
2、对于变形状态的方面,其单独剪力墙在其水平的荷载下会以弯曲的变形为主,并且其位移的曲线会呈弯出曲型;然而,单独的框架是以剪切的变形作主,其位移的曲线是呈现为剪切型$而当两者共同处在一个体系中时,则可以通过楼板的协同工作,来共同的抵抗水平的荷载,剪力墙框架结构体系的变形曲线通常呈弯剪型(见图2),图3为框架-剪力墙与框架和剪力墙结构变形示意图。
因为以上阐述的变形与受力特点,框架-剪力墙结构刚度与承载力较框架结构及剪力墙结构有了显著的提高,变形在水平荷载作用下的层间减小,所以非结构构件的破坏也减小了。我国高层建筑中框架-剪力墙结构体系不管是在地震区还是非地震区,都应用的十分广泛。
(三)剪力墙的设计原则
1、楼层之间最小剪力系数的调整原则
在剪力墙结构的设计过程中,建筑物楼层之间应该遵循调整最小剪力系数的原则。首先,在施工的过程当中,为了降低房屋及构筑物的自身重量,进一步增强建筑物的抗震能力,应该在短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩40%以内的前提之下,尽量控制剪力墙的数量。其次,在遵循上一前提的基础之上,对剪力墙进行大开间处理,使得剪力墙结构的侧向刚度变得更好。这样,建筑楼层之间的最小剪力系数将得到有效的控制,工程造价因此减少,有效地降低了建筑工程的成本。
2、对楼层之间最大位移和楼层高之间的比例进行必要调整的原则
一般而言,对于普通建筑进行设计的时候,设计的重点主要集中在对楼层之间的扭转变形和剪切变形的处理上。我们知道,建筑物的剪切变形处理是用竖向构件的数量进行控制的。因此,一旦竖向构件的数量过多,剪力墙的剪重比例势必变得偏大。这种不合理的剪力墙结构设计将直接导致建筑楼层之间的扭转变形,且变形的程度较大。在这种情况之下,剪力墙结构同样难以满足建筑物楼层之间发生位移的需要。因此,在剪力墙结构的设计中,建筑物楼层之间的位移不能仅仅依靠竖向构件的刚度进行调整,还应该尽可能地减少楼层之间的扭转变形,这就需要我们注意调整楼层之间最大位移和楼层高之间的比例。
3、对剪力墙连梁超限进行调整的原则
在剪力墙结构的设计过程中,如果剪力墙的跨高比小于2.5,可能会出现剪力和弯矩超过相应的规定限度的现象。因此,剪力墙结构设计还应该遵循剪力墙结构的连梁跨高比大于2.5 的原则。应该注意的是,剪力墙的连梁跨高比也不是越大越好,例如:在保证剪力墙连梁刚度不发生变化的前提下,当剪力墙的连梁跨高比在5~6 之间的时候,剪力墙的剪力或者弯矩就會出现超出规定限值的现象,势必导致剪力墙结构出现异常。总之,在剪力墙结构的设计过程中,必须对剪力墙连梁的超限情况进行调整,一方面保证剪力墙建筑的施工质量,一方面实现对建筑工程资金成本投入的有效控制。
二、框架-剪力墙结构的界定和抗震设计方法取用
高规规定,在规定水平力作用下当底层框架承受的地震倾覆力矩(下简称倾覆力矩),大于结构总倾覆力矩的10%但不大于50%时,结构按框剪结构设计,这是真正意义上的框剪结构。这种情况下能充分发挥框剪结构的优势。在实际工程中常有框架结构由于层间位移角限值达不到要求,为增大刚度而设置少量剪力墙的结构,也有一些为了满足剪力墙结构局部大空间的要求而设置少量框架柱的结构。这种少墙或少柱的“框剪”结构,由于框架结构承担的地震倾覆力矩比例的不同而使结构的性能有较大的差别。其设计方法会有差异,具体参高规。
三、高层建筑框架-剪力墙结构结构设计
(一)异形柱框架剪力墙结构
异形柱指的是截面形式为L形、T形和十字形,且截面各肢的肢高和肢厚的壁纸比值≤4的柱。如果楼层较多,异形柱通常由于受到柱截面、轴压比、抗侧刚度的影响,很难符合要求。这时往往会采取增大异形柱肢长的做法,让柱肢高宽比>4t0,演变为短肢剪力墙,或和短肢剪力墙同时使用,让结构变成异形柱框剪结构。异形柱结构的一个独立单元内,结构的平面形状宜简单、规则、对称,减少偏心,刚度与承载力均匀分布。异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通;异形柱截面肢厚中心线应该对齐于和框架梁及剪力墙的中心线。异形柱结构中处于受力复杂、不利部位的异形柱应该采用一般框架柱,对结构的整体手里性能加以改善。
异形柱框架剪力墙结构中的剪力墙距离不能过大,如果剪力墙之间的开洞较大,应适当的减小剪力墙的距离。结构竖向布置时立面、剖面要求规则、均匀,防止太大的外挑与内收;结构的侧向刚度沿竖向变化宜均匀,以防抗侧力结构的侧向刚度与承载力沿竖向突变,竖向结构构件的截面尺寸与材料强度最好不要在同一楼层变化;异形柱框架剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐连续贯通房屋全高。研究表明:异形柱的双向偏压正截面承载力会随着荷载作用方向不同存在很大差异。在T形、L形和+形3种异形柱中L形柱差异最为明显。
(二)短肢剪力墙结构
短肢剪力墙属于剪力墙结构,依据JG3J一2002《高层建筑混凝土结构技术规程》,短肢剪力墙指的是墙肢截面高度与厚度比为5-8的剪力墙。高层建筑不应该全部采用短肢剪力墙的剪力墙结构,设置筒体或一般剪力墙在楼梯、电梯间等处,在间隔墙交接处和外围部分的竖向构件适量的布置短肢剪力墙共同抵抗水平力。短肢剪力墙形式为L形与T形,十字形、Z字形、一字形比较少。各墙肢间布置框架梁或连梁连接短肢剪力墙与核心筒使其成一个整体。短肢剪力墙结构的布置时要求:
①内外剪力墙应尽可能拉通,对直,平面布置上周边应均匀布置,将房屋的外围刚度增大,从而使得结构的扭转周期减小;每片剪力墙的抗侧刚度要求相差较小,防止有刚度较大的剪力墙出现导致受力太过集中;对称布置对于结构的质心与刚心重合十分有利,能够使建筑物受到的扭矩有效减少;纵横向剪力墙应该合并布置为T形、L形、)形、+形,让纵墙能够作为横墙的翼缘,横墙能作为纵墙的翼缘,使其其承载力与刚度大大提升。短肢剪力墙宜布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处,短肢剪力墙宜设置翼缘,符合竖向荷载与抗侧力的需求。
②剪力墙在竖向布置上应连续,其洞口宜上下对齐,成列布置,让剪力墙形成明确的墙肢和连梁,成列开洞的抗震墙传力途径合理,受力明确。最好不用错洞墙。
③在外凸部分、平面外边与角点处,应力集中的部位,设置短肢剪力墙时要符合平面刚性与抗扭的要求,这些部位在整个结构体系抗震是较为薄弱的,如果有扭转效应,这些部位的墙肢极易开裂,所以应加强这些部位的抗震构造措施,如采取减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率等。
④剪力墙的门窗洞口宜规则,均匀布置,上下对齐,形成明确的墙肢与连梁,应防止各墙肢间刚度相差悬殊。
⑤一字形短肢剪力墙延性及平面外稳定性非常不利,所以不应该布置单侧楼面梁和之平面外垂直或者斜交。并且剪力墙的布置不是越多越好,虽然布置太多的剪力墙结构刚度增大,能抵御很大的地震力,不过有时其使用功能有诸多不便,且结构自重将显著增加,导致结构与基础材料大量消耗。所以,在布置短肢剪力墙的时候,初始墙率的选取非常重要以七度抗震设防地区短肢剪力墙结构体系(墙厚200)墙率的范围为4t5%-6t0%较合适。结构的刚重比和剪重比均伴随墙厚的增加而增大,这说明增加墙厚能够使结构的安全性与稳定性得到提升。增加结构的墙肢长度也能提高结构的抗侧移刚度。
(三)剪力墙的边缘构造
增加墙肢截面两端的翼缘能够使墙的延性提高,不过矩形截面剪力墙的延性比不上工字形或槽形截面剪力墙。 我们要依照框架-剪力墙结构的具体受力情况,对剪力墙两端加强边缘构造,约束边缘构件。所以。这一问题可以通过在矩形墙两端设置约束边缘构件来妥善处理,这样不但可以使墙体的延性提升,同时还能避免剪力墙出现水平剪切滑动,从而使框架-剪力墙结构的抗剪性能提高。
(四)框架-剪力墙结构的非线性反应分析
钢筋混凝土框架-剪力墙结构,在强烈地震作用下可以通过反复的非弹性变形有效地耗散地震能量,是较好的一种抗震结构体系。但是现阶段的抗震设计规范还存在很多不足,大多数按规范设计的钢筋混凝土框架剪力墙结构房屋,依旧出现了失效的严重非结构或结构破坏。所以一定要重视钢筋混凝土框架-剪力墙结构的非线性分析。
四、框架-剪力墙结构中剪力墙的优化布置及构造措施
(一)框剪结构的剪力墙布置应注意的问题
1、框剪结构应设计成双向抗侧力体系。抗震设计时结构两主轴方向均应布置剪力墙。否则会造成两个主轴方向的抗侧力刚度悬殊、变形不协调,容易造成结构整体扭转破坏。
2、框剪结构要保证整体结构的几何不变和剪力墙刚度的充分发挥,应尽量使结构有较多的赘余约束,这样才有利于大震作用下,结构地震作用效应的二次分配的实现。主体结构构件之间宜为刚接。
3、梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合,否则须考虑梁柱偏心的不利影响,并采取加强措施。
4、框剪结构布置应遵循的原则和注意的问题参见表1。
(二)框剪结构中剪力墙优化
1、当剪力墙布置在外围、周边时,由于抵抗扭转的内力臂较大,在剪力墙数量比较合适的情况下,不但起到了很好的抗扭效果,同等条件下可以比中间布置的剪力墙数量减少,达到经济目的。剪力墙的间距不要太远,对楼板开洞刚度不连续处、建筑转角凹凸处增设置剪力墙来补足局部薄弱。楼板的厚度适当,可以保证抗力构件协同受力,增加整体性。剪力墙竖向布置尽量连续,避免突变。
2、合理确定剪力墙数量的依据。(1)高规规定框剪结构中,如果剪力墙部分地震倾覆力矩<50%结构总倾覆力矩,其框架部分应采用纯框架抗震等级。因此剪力墙数量最少应符合承受≥50%总地震弯矩的要求;此外,从变形限值方面,剪力墙的数量最少应可以保证结构符合在侧向力下的水平位移限值的要求。以上两方面对于剪力墙合理数量的下限起着决定性作用。(2)高规规定,在框剪结构中每层框架承受的总剪力应最少是1.5Vmaxf 或0.2V0 两者中小值。这样有利于框架抗侧力性能的充分发挥,做到经济合理。所以剪力墙合理数量的上限,应是以可以发挥框架的性能符合0.2V0 总剪力的要求为宜。
3、剪力墙数量的经验值。根据相关经验方法对剪力墙的数量出不去耵,在方案阶段与初设阶段可将工作量减少。(1)在文献2 中,作者总结了7 度、8 度抗震,如果建筑结构层数在20 层左右,二类场地土框剪结构中剪力墙的合理数量为墙率Aw/ Af =2%~3%(3%~4%- 8 度);墙加柱截面面积和楼面面积的比值(Aw+Ac) /Af =3%~5%(4%~6%- 8 度) 。Aw层剪力墙截面面积;Ac 层全部柱截面面积;Af 楼面面积。(2)日本较早的研究了框剪结构中剪力墙布置数量,他们在多次地震破坏的统计中,提出对每平米楼面面积上剪力墙的长度不可以小于某值,用壁率表示法对剪力墙长度加以确定,并认为每当平米楼面面积上剪力墙的平均长度为50- 150mm则比较合适。
结语
总之,剪力墙结构在我国建筑行業的广泛运用,既可以大力推进我国建筑质量的提高,又可为我国的社会主义和谐社会奠定强大的基础,在进行剪力墙结构设计时候,必须综合考虑多方面因素,严格遵守设计规程,进而保证设计的科学合理。
参考文献:
[1]曹爱群. 浅谈高层建筑框架剪力墙结构的设计[J]. 工程与建设,2011,03:348-350.
[2]葛勇. 对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J]. 建材与装饰(中旬刊),2008,05:75-76.
[3]易美英,孔峻清. 高层建筑框架-剪力墙结构设计[J]. 低温建筑技术,2010,11:71-73.
关键词:高层建筑;框架-剪力墙;结构设计
中图分类号:TU208文献标识码: A
一、框架剪力墙结构概述
(一)框架剪力墙结构概念
框架剪力墙结构的体系是在框架结构中布置一定的剪力墙而组成的体系$因框架结构有侧向的刚度差,在水平荷载的作用下,其变形较大,抵抗水平荷载的能力也较低,然而却又有平面布置上的灵活以及立面处理比较容易变化的优点;而剪力墙结构则有强度与刚度大的和其水平位移比较小的优点,以及使用空间受限缺点。把它们结合起来,并相互的取长补短,就可形成一种受力的特性比较好的结构体系:框架剪力墙结构体系。其典型布置如图1所示。
(二)框架剪力墙在水平荷载作用下的主要特征
1、在受力状态方面,框架承受的水平剪力减少并且其沿高度方向上较为均匀,框架的各层梁以及柱的弯矩值减小,而沿高度方向上的各个层梁与柱弯矩差距会有减少,并在数值也上近似接近。
2、对于变形状态的方面,其单独剪力墙在其水平的荷载下会以弯曲的变形为主,并且其位移的曲线会呈弯出曲型;然而,单独的框架是以剪切的变形作主,其位移的曲线是呈现为剪切型$而当两者共同处在一个体系中时,则可以通过楼板的协同工作,来共同的抵抗水平的荷载,剪力墙框架结构体系的变形曲线通常呈弯剪型(见图2),图3为框架-剪力墙与框架和剪力墙结构变形示意图。
因为以上阐述的变形与受力特点,框架-剪力墙结构刚度与承载力较框架结构及剪力墙结构有了显著的提高,变形在水平荷载作用下的层间减小,所以非结构构件的破坏也减小了。我国高层建筑中框架-剪力墙结构体系不管是在地震区还是非地震区,都应用的十分广泛。
(三)剪力墙的设计原则
1、楼层之间最小剪力系数的调整原则
在剪力墙结构的设计过程中,建筑物楼层之间应该遵循调整最小剪力系数的原则。首先,在施工的过程当中,为了降低房屋及构筑物的自身重量,进一步增强建筑物的抗震能力,应该在短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩40%以内的前提之下,尽量控制剪力墙的数量。其次,在遵循上一前提的基础之上,对剪力墙进行大开间处理,使得剪力墙结构的侧向刚度变得更好。这样,建筑楼层之间的最小剪力系数将得到有效的控制,工程造价因此减少,有效地降低了建筑工程的成本。
2、对楼层之间最大位移和楼层高之间的比例进行必要调整的原则
一般而言,对于普通建筑进行设计的时候,设计的重点主要集中在对楼层之间的扭转变形和剪切变形的处理上。我们知道,建筑物的剪切变形处理是用竖向构件的数量进行控制的。因此,一旦竖向构件的数量过多,剪力墙的剪重比例势必变得偏大。这种不合理的剪力墙结构设计将直接导致建筑楼层之间的扭转变形,且变形的程度较大。在这种情况之下,剪力墙结构同样难以满足建筑物楼层之间发生位移的需要。因此,在剪力墙结构的设计中,建筑物楼层之间的位移不能仅仅依靠竖向构件的刚度进行调整,还应该尽可能地减少楼层之间的扭转变形,这就需要我们注意调整楼层之间最大位移和楼层高之间的比例。
3、对剪力墙连梁超限进行调整的原则
在剪力墙结构的设计过程中,如果剪力墙的跨高比小于2.5,可能会出现剪力和弯矩超过相应的规定限度的现象。因此,剪力墙结构设计还应该遵循剪力墙结构的连梁跨高比大于2.5 的原则。应该注意的是,剪力墙的连梁跨高比也不是越大越好,例如:在保证剪力墙连梁刚度不发生变化的前提下,当剪力墙的连梁跨高比在5~6 之间的时候,剪力墙的剪力或者弯矩就會出现超出规定限值的现象,势必导致剪力墙结构出现异常。总之,在剪力墙结构的设计过程中,必须对剪力墙连梁的超限情况进行调整,一方面保证剪力墙建筑的施工质量,一方面实现对建筑工程资金成本投入的有效控制。
二、框架-剪力墙结构的界定和抗震设计方法取用
高规规定,在规定水平力作用下当底层框架承受的地震倾覆力矩(下简称倾覆力矩),大于结构总倾覆力矩的10%但不大于50%时,结构按框剪结构设计,这是真正意义上的框剪结构。这种情况下能充分发挥框剪结构的优势。在实际工程中常有框架结构由于层间位移角限值达不到要求,为增大刚度而设置少量剪力墙的结构,也有一些为了满足剪力墙结构局部大空间的要求而设置少量框架柱的结构。这种少墙或少柱的“框剪”结构,由于框架结构承担的地震倾覆力矩比例的不同而使结构的性能有较大的差别。其设计方法会有差异,具体参高规。
三、高层建筑框架-剪力墙结构结构设计
(一)异形柱框架剪力墙结构
异形柱指的是截面形式为L形、T形和十字形,且截面各肢的肢高和肢厚的壁纸比值≤4的柱。如果楼层较多,异形柱通常由于受到柱截面、轴压比、抗侧刚度的影响,很难符合要求。这时往往会采取增大异形柱肢长的做法,让柱肢高宽比>4t0,演变为短肢剪力墙,或和短肢剪力墙同时使用,让结构变成异形柱框剪结构。异形柱结构的一个独立单元内,结构的平面形状宜简单、规则、对称,减少偏心,刚度与承载力均匀分布。异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通;异形柱截面肢厚中心线应该对齐于和框架梁及剪力墙的中心线。异形柱结构中处于受力复杂、不利部位的异形柱应该采用一般框架柱,对结构的整体手里性能加以改善。
异形柱框架剪力墙结构中的剪力墙距离不能过大,如果剪力墙之间的开洞较大,应适当的减小剪力墙的距离。结构竖向布置时立面、剖面要求规则、均匀,防止太大的外挑与内收;结构的侧向刚度沿竖向变化宜均匀,以防抗侧力结构的侧向刚度与承载力沿竖向突变,竖向结构构件的截面尺寸与材料强度最好不要在同一楼层变化;异形柱框架剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐连续贯通房屋全高。研究表明:异形柱的双向偏压正截面承载力会随着荷载作用方向不同存在很大差异。在T形、L形和+形3种异形柱中L形柱差异最为明显。
(二)短肢剪力墙结构
短肢剪力墙属于剪力墙结构,依据JG3J一2002《高层建筑混凝土结构技术规程》,短肢剪力墙指的是墙肢截面高度与厚度比为5-8的剪力墙。高层建筑不应该全部采用短肢剪力墙的剪力墙结构,设置筒体或一般剪力墙在楼梯、电梯间等处,在间隔墙交接处和外围部分的竖向构件适量的布置短肢剪力墙共同抵抗水平力。短肢剪力墙形式为L形与T形,十字形、Z字形、一字形比较少。各墙肢间布置框架梁或连梁连接短肢剪力墙与核心筒使其成一个整体。短肢剪力墙结构的布置时要求:
①内外剪力墙应尽可能拉通,对直,平面布置上周边应均匀布置,将房屋的外围刚度增大,从而使得结构的扭转周期减小;每片剪力墙的抗侧刚度要求相差较小,防止有刚度较大的剪力墙出现导致受力太过集中;对称布置对于结构的质心与刚心重合十分有利,能够使建筑物受到的扭矩有效减少;纵横向剪力墙应该合并布置为T形、L形、)形、+形,让纵墙能够作为横墙的翼缘,横墙能作为纵墙的翼缘,使其其承载力与刚度大大提升。短肢剪力墙宜布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处,短肢剪力墙宜设置翼缘,符合竖向荷载与抗侧力的需求。
②剪力墙在竖向布置上应连续,其洞口宜上下对齐,成列布置,让剪力墙形成明确的墙肢和连梁,成列开洞的抗震墙传力途径合理,受力明确。最好不用错洞墙。
③在外凸部分、平面外边与角点处,应力集中的部位,设置短肢剪力墙时要符合平面刚性与抗扭的要求,这些部位在整个结构体系抗震是较为薄弱的,如果有扭转效应,这些部位的墙肢极易开裂,所以应加强这些部位的抗震构造措施,如采取减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率等。
④剪力墙的门窗洞口宜规则,均匀布置,上下对齐,形成明确的墙肢与连梁,应防止各墙肢间刚度相差悬殊。
⑤一字形短肢剪力墙延性及平面外稳定性非常不利,所以不应该布置单侧楼面梁和之平面外垂直或者斜交。并且剪力墙的布置不是越多越好,虽然布置太多的剪力墙结构刚度增大,能抵御很大的地震力,不过有时其使用功能有诸多不便,且结构自重将显著增加,导致结构与基础材料大量消耗。所以,在布置短肢剪力墙的时候,初始墙率的选取非常重要以七度抗震设防地区短肢剪力墙结构体系(墙厚200)墙率的范围为4t5%-6t0%较合适。结构的刚重比和剪重比均伴随墙厚的增加而增大,这说明增加墙厚能够使结构的安全性与稳定性得到提升。增加结构的墙肢长度也能提高结构的抗侧移刚度。
(三)剪力墙的边缘构造
增加墙肢截面两端的翼缘能够使墙的延性提高,不过矩形截面剪力墙的延性比不上工字形或槽形截面剪力墙。 我们要依照框架-剪力墙结构的具体受力情况,对剪力墙两端加强边缘构造,约束边缘构件。所以。这一问题可以通过在矩形墙两端设置约束边缘构件来妥善处理,这样不但可以使墙体的延性提升,同时还能避免剪力墙出现水平剪切滑动,从而使框架-剪力墙结构的抗剪性能提高。
(四)框架-剪力墙结构的非线性反应分析
钢筋混凝土框架-剪力墙结构,在强烈地震作用下可以通过反复的非弹性变形有效地耗散地震能量,是较好的一种抗震结构体系。但是现阶段的抗震设计规范还存在很多不足,大多数按规范设计的钢筋混凝土框架剪力墙结构房屋,依旧出现了失效的严重非结构或结构破坏。所以一定要重视钢筋混凝土框架-剪力墙结构的非线性分析。
四、框架-剪力墙结构中剪力墙的优化布置及构造措施
(一)框剪结构的剪力墙布置应注意的问题
1、框剪结构应设计成双向抗侧力体系。抗震设计时结构两主轴方向均应布置剪力墙。否则会造成两个主轴方向的抗侧力刚度悬殊、变形不协调,容易造成结构整体扭转破坏。
2、框剪结构要保证整体结构的几何不变和剪力墙刚度的充分发挥,应尽量使结构有较多的赘余约束,这样才有利于大震作用下,结构地震作用效应的二次分配的实现。主体结构构件之间宜为刚接。
3、梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合,否则须考虑梁柱偏心的不利影响,并采取加强措施。
4、框剪结构布置应遵循的原则和注意的问题参见表1。
(二)框剪结构中剪力墙优化
1、当剪力墙布置在外围、周边时,由于抵抗扭转的内力臂较大,在剪力墙数量比较合适的情况下,不但起到了很好的抗扭效果,同等条件下可以比中间布置的剪力墙数量减少,达到经济目的。剪力墙的间距不要太远,对楼板开洞刚度不连续处、建筑转角凹凸处增设置剪力墙来补足局部薄弱。楼板的厚度适当,可以保证抗力构件协同受力,增加整体性。剪力墙竖向布置尽量连续,避免突变。
2、合理确定剪力墙数量的依据。(1)高规规定框剪结构中,如果剪力墙部分地震倾覆力矩<50%结构总倾覆力矩,其框架部分应采用纯框架抗震等级。因此剪力墙数量最少应符合承受≥50%总地震弯矩的要求;此外,从变形限值方面,剪力墙的数量最少应可以保证结构符合在侧向力下的水平位移限值的要求。以上两方面对于剪力墙合理数量的下限起着决定性作用。(2)高规规定,在框剪结构中每层框架承受的总剪力应最少是1.5Vmaxf 或0.2V0 两者中小值。这样有利于框架抗侧力性能的充分发挥,做到经济合理。所以剪力墙合理数量的上限,应是以可以发挥框架的性能符合0.2V0 总剪力的要求为宜。
3、剪力墙数量的经验值。根据相关经验方法对剪力墙的数量出不去耵,在方案阶段与初设阶段可将工作量减少。(1)在文献2 中,作者总结了7 度、8 度抗震,如果建筑结构层数在20 层左右,二类场地土框剪结构中剪力墙的合理数量为墙率Aw/ Af =2%~3%(3%~4%- 8 度);墙加柱截面面积和楼面面积的比值(Aw+Ac) /Af =3%~5%(4%~6%- 8 度) 。Aw层剪力墙截面面积;Ac 层全部柱截面面积;Af 楼面面积。(2)日本较早的研究了框剪结构中剪力墙布置数量,他们在多次地震破坏的统计中,提出对每平米楼面面积上剪力墙的长度不可以小于某值,用壁率表示法对剪力墙长度加以确定,并认为每当平米楼面面积上剪力墙的平均长度为50- 150mm则比较合适。
结语
总之,剪力墙结构在我国建筑行業的广泛运用,既可以大力推进我国建筑质量的提高,又可为我国的社会主义和谐社会奠定强大的基础,在进行剪力墙结构设计时候,必须综合考虑多方面因素,严格遵守设计规程,进而保证设计的科学合理。
参考文献:
[1]曹爱群. 浅谈高层建筑框架剪力墙结构的设计[J]. 工程与建设,2011,03:348-350.
[2]葛勇. 对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J]. 建材与装饰(中旬刊),2008,05:75-76.
[3]易美英,孔峻清. 高层建筑框架-剪力墙结构设计[J]. 低温建筑技术,2010,11:71-73.