高層建筑框架剪力墻結構設計應用探討

1、<p>　　高層建筑框架剪力墻結構設計應用探討</p><p>　　【摘要】隨著我國高層建筑建設水平的提高，框架剪力墻結構成為了一個施工設計的關鍵性問題。本文將從以下幾個方面來分析高層建筑框架剪力墻結構設計的各要素，同時，結合設計實例進行分析。 </p><p>　　【關鍵詞】高層建筑；框架剪力墻；結構；設計；應用 </p><p>　　中圖分類號： TU

2、97 文獻標識碼： A </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　目前，我國高層建筑框架剪力墻機構的設計中，還存在很多不合理的要素，因此，研究高層建筑框架剪力墻結構設計的應用問題很有必要，也很有現(xiàn)實意義。 </p><p>　　二、高層建筑剪力墻分類 </p><p>　　剪力墻根據是不是開洞

3、以及開洞的大小可以分為以下幾個類型。 </p><p><b>　　1、實體墻 </b></p><p>　　所謂實體墻就是指沒有開洞或者開洞的面積小于整個墻體面積的15%。其受力的特點是就像一個懸臂墻。它的彎矩圖既沒有突變,也沒有反彎點,整個墻體的變形是以彎曲型為主。 </p><p>　　2、整體的小開口剪力墻 </p>&l

4、t;p>　　這主要是指開孔的面積雖然大于整個墻體面積的15%,但是仍然屬于小面積開孔的墻體, 其受力的特點就是彎矩圖在連接梁的地方發(fā)生突變,在高度上沒有反彎點,或者是僅僅在個別的樓層才有反彎點。 </p><p>　　3、雙脂肢或者多肢剪力墻 </p><p>　　所謂的雙肢或者多肢剪力墻主要是說開洞比較大的或者洞口成列布置的墻體。它的受力特點是和整體的小開口的剪力墻相類似的。 &l

5、t;/p><p><b>　　4、壁式框架 </b></p><p>　　壁式框架是指洞口的尺寸相對比較大, 而連接梁線的剛度和墻肢線的剛度比較接近的墻體。其受力特點是彎矩圖在樓層的地方放生突變,而且在大多數的樓層中都會出現(xiàn)反彎點。 </p><p>　　三、高層建筑框架剪力墻結構設計受力特點 </p><p>　　由梁柱線

6、性桿件組成的框架其受力特點如豎向懸臂剪切梁,剪力墻是豎向懸竹彎曲結構，框架和剪力墻二者通過樓扳連接在一起,在下部樓層,因為剪力墻位移小。它拉著框架變形.使剪力墻承擔了大部分剪力;上部樓層則相反，剪力墻的位移越來越大,而框架的變形反而小?？蚣艹袚搅ψ饔孟碌哪遣糠旨袅ν?還要負擔拉回剪力墻的附加剪力，框架與剪力墻相互作用.共同工作。 </p><p>　　從受力特點看,由于框剪結構中的剪力墻側向剛度比框架的側向

7、剛度大得多,使框剪結構在水平力作用下所分配的樓層剪力.剪力墻分配到的剪力遠大于框架，這使得各層梁柱的彎矩比較接近,按框剪結構協(xié)同工作計算內力,有利于減小梁柱規(guī)格.便于施工抗震設計時,兩種結構形式可以組成抗震的兩道防線。 </p><p>　　四、高層建筑框架剪力墻結構設計的控制要點 </p><p><b>　　1．合理配置 </b></p><p

8、>　　剪力墻的平面布置一般原則是均勻、分散、對稱、周邊。分散原則是要求剪力墻片數不要太少，而且每片剪力墻剛度不要太大，連續(xù)尺寸不要太長，使抗側力構件數量多一些，分散一些,每片剪力墻的彎曲剛度適中，在使用中不會因為個別墻的局部破壞而影響整體的抗側力性能，也不會使個別墻的受力太集中，負擔過重而引起過早地被破壞，剛度過大的墻承擔的內力也大，相應的基礎處理難度增加，同時也考慮到剪力墻相距太遠，樓面剛度要求大，很難滿足要求，周邊的原則是考慮

9、建筑物抵抗扭轉能力，便于保證剛度中心與平面中心相吻合；剪力墻布置在周邊對稱位置，增加抵抗扭轉的內力臂，在不增加剪力墻面積的情況下，提高抗扭轉能力。 </p><p>　　剪力墻的間距，對現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋L/B=2―4為宜，對裝配整體式鋼筋混凝土樓蓋L/B=1―2.5為宜，,原則是建筑物愈高，抗震設防烈度愈高，取值愈小。 </p><p><b>　　2．提高軸壓比 </b

10、></p><p>　　軸壓比主要為控制結構的延性，隨著軸壓比的增大，結構的延性越來越差，對高層建筑抗震十分不利，我國現(xiàn)行規(guī)范均有相應要求。工程在進行初步設計時，業(yè)主提出當地混凝土攪拌站無法保證C40以上混凝土施工質量，混凝土最高強度等級為C40。根據規(guī)范，一級框架剪力墻結構框架柱軸壓比為0.75，框架柱采取規(guī)范提出的構造措施提高柱軸壓比限值至0.90設計。底部加強區(qū)剪力墻厚度為350mm，混凝土強度等級為

11、C40，能夠滿足設計要求。 </p><p><b>　　3．剪力墻的設計 </b></p><p>　?。ㄒ唬┘袅Φ牟贾?</p><p>　　剪力墻的平面布置一般原則是均勻、分散、對稱、周邊。分散原則是要求剪力墻片數不要太少，而且每片剪力墻剛度不要太大。連續(xù)尺寸不要太長，使抗側力構件數量多一些，分散一些。每片剪力墻的彎曲剛度適中，在使用中

12、不會因為個別墻的局部破壞而影響整體的抗側力性能，也不會使個別墻的受力太集中。負擔過重而引起過早地被破壞，剛度過大的墻承擔的內力也大。相應的基礎處理難度增加，同時也考慮到剪力墻相距太遠，樓面剛度要求大，很難滿足要求，周邊的原則是考慮建筑物抵抗扭轉能力，便于保證剛度中心與平面中心相吻合；剪力墻布置在周邊對稱位置，增加抵抗扭轉的內力臂，在不增加剪力墻面積的情況下，提高抗扭轉能力。 </p><p>　?。ǘ┘袅Φ暮?/p>

13、度 </p><p>　　在框剪結構中剪力墻宜有邊緣約束構件即：邊框柱和邊框梁，在規(guī)范中有規(guī)定：帶邊框剪力墻的截面厚度為：(1)抗震設計時，一、二級剪力墻的底部加強部位的厚度均不應小于200mm，且不宜小于層高的1／16；(2)其他情況不應小于160mm，且不應小于層高的1／2O。邊框梁的寬度宜與墻同厚，高度可取墻厚的2倍。所以一個合理的剪力墻厚度具有結構安全、經濟合理等特點。鑒于此，剪力墻的厚度在滿足層高的1／

14、16或者1／2O的前提下，取200mm為宜。 </p><p>　　五、高層建筑框架剪力墻設計應用實例 </p><p><b>　　1、工程概述 </b></p><p>　　某高層公寓,地上31層,地下2層,建筑物高度98.3m。從使用功能上,地下2層為停車庫,面積較大;地上兩層裙房作為商場;裙房以上為公寓。主體部分尺寸為:62.6m

15、15;18.2m。該工程抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值為0.1g,建筑場地類別為Ⅱ類,結構形式為框架――剪力墻結構,框架及剪力墻的抗震等級均為二級。采用的結構計算軟件為PKPM系列SATWE軟件計算。 </p><p><b>　　2、結構布置 </b></p><p>　?。ㄒ唬┙Y構平面布置 </p><p>　　結構平面布置及柱網

16、的布置要按照建筑要求。剪力墻的布置在設計中經過多次調整,一方面由于建筑使用功能的要求:地下室為地下車庫;地上1至2層為商場;上部為公寓。在有些情況下,結構按正常情況下布置的剪力墻影響使用功能;另一方面剪力墻的布置要合理且滿足使用和計算要求?？蚣塄D―剪力墻結構應設計成雙向抗側力體系,抗震設計時,結構兩主軸方向均應布置剪力墻。由于水平荷載特別是地震作用的多方向性,故結構應在多個方向布置抗側力構件,才能抵抗水平荷載,保證結構在各個方向具有足夠

17、的剛度和承載力。 </p><p>　　當平面為正交時,則應在平面兩個主軸方向布置抗側力構件,形成雙向抗側力體系。這個問題在框架――剪力墻結構中尤為重要。因為在框架――剪力墻結構中,剪力墻是主要抗側力構件,如僅在一個方向布置剪力墻,則會造成無剪力墻的方向抗側力剛度不足,使該方向帶有純框架的性質,沒有多道防線,在地震作用下,可能會使結構在此方向首先破壞,而且會使兩個主軸方向的剛度差異過大,產生很大的結構整體扭轉。

18、</p><p>　　框架――剪力墻結構中,由于剪力墻的剛度較大,其數量的多少和平面位置對結構整體剛度和剛心位置影響很大。因此在剪力墻布置時,應按“均勻、分散、對稱、周邊”的原則。根據建筑主體結構平面特點: </p><p>　?。?）剪力墻均勻布置在建筑物的周邊附近,使它充分發(fā)揮抗扭作用,在樓電梯間及恒載較大的部位設置剪力墻,以保證樓蓋與剪力墻的剪力傳遞。 </p><

19、;p>　?。?）縱橫向剪力墻盡量連接在一起,或設計成帶邊框的剪力墻(該工程按此要求)以增大剪力墻的剛度和抗扭轉能力。 </p><p>　?。?）剪力墻的布置宜分布均勻,單片墻的剛度宜接近,墻肢較長時宜開洞(如電梯間處剪力墻)。 </p><p>　?。?）該工程縱向較長,縱向剪力墻按縱向分布設置,避免集中設置在房屋的端開間。 </p><p>　?。?）剪力

20、墻的數量應適量,過多會使結構抗側力剛度過大,加大地震作用,增大地震效應。在此基礎上,控制在基本振型地震作用下,剪力墻所承受的地震傾覆力矩占結構總地震傾覆力矩的比例一般在60%~80%之間較理想。 </p><p>　?。ǘ┙Y構豎向布置 </p><p>　　該工程下部兩層為裙房,形成大底盤單塔結構,在結構布置上應符合簡單、規(guī)則、減少偏心的要求。結構的側向剛度宜下大上小,逐漸均勻變化,不應

21、采用豎向布置嚴重不規(guī)則的結構。 </p><p>　　3、剪力墻連梁的設計 </p><p>　　高層建筑在水平力作用下, 連梁的內力往往很大, 設計時應采取降低連梁內力的各種措施。如:加大剪力墻的洞口高度; 在連梁中部設水平縫; 對連梁內力進行調整; 對連梁剛度進行折減等。該工程采用調整洞口尺寸及對連梁內力進行調整。設計中如采取加大剪力墻洞口尺寸, 從而減少連梁內力的方法在解決連梁的問題

22、上非常有效。在框架剪力墻結構中, 一端與框架柱相連, 一端與剪力墻相連的框架梁或連梁( 該工程多處出現(xiàn)) , 超筋較多。類似這種情況, 可以采取如下做法: </p><p>　?。ㄒ唬┱{整連梁截面尺寸。 </p><p>　　（二）與連梁相連的剪力墻開設結構洞。 </p><p>　?。ㄈ┮部蓪⑦B梁與剪力墻相連的一端設計成梁、墻鉸接, 只傳遞集中力不傳遞彎矩, 這

23、樣一般可滿足梁柱端及梁跨中的抗彎承載力要求。當梁的跨度較大時, 應驗算梁的撓度和裂縫寬度。 </p><p><b>　　六、結束語 </b></p><p>　　總而言之，在高層建筑框架剪力墻的結構設計中，必須要注重每一個設計的環(huán)節(jié)，從高層建筑工程的實際情況出發(fā)，采取更加有效的設計方案，提高設計的科學性。 </p><p><b>