淺談高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1、<p>　　淺談高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　摘要：隨著我國國民經(jīng)濟不斷發(fā)展對高層建筑的需求愈來愈大且高層建筑體型日趨復雜，合理的搞好框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將直接影響到建筑物的安全使用與技術(shù)經(jīng)濟指標的高低。在結(jié)構(gòu)設(shè)計初步階段，剪力墻數(shù)目的合理確定，不但可以減少大量重復工作的問題，還可以達到經(jīng)濟的目標。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)

2、計 </p><p>　　中圖分類號：TU97文獻標識碼： A </p><p>　　在我國，大多數(shù)高層建筑都采用的是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，該結(jié)構(gòu)除了抗震性能優(yōu)越，還能夠更好的發(fā)揮建筑功能，其中，剪力墻結(jié)構(gòu)對于整體結(jié)構(gòu)的控制尤為重要，具有剛度大，整體性強，抗側(cè)移能力強等特點，下面就主要介紹一下框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些問題。 </p><p>　　剪力墻

3、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(shù)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(cè)力構(gòu)件數(shù)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(cè)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(nèi)力也大，相應(yīng)的基礎(chǔ)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

4、物抵抗扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的內(nèi)力臂， 在不增加剪力墻面積的情況下， 提高抗扭轉(zhuǎn)能力。剪力墻布置的位置應(yīng)設(shè)在平面形狀變化處， 平面形狀變化處；角隅、端角、凹角部位往往是應(yīng)力集中處，設(shè)置剪力墻給予加強是很有必要的， 在高層建筑的 樓梯間，電梯間，管道井處，樓面開洞嚴重地削弱樓板剛度， 對保證框架與剪力墻協(xié)同工作極為不利。因此， 在工程設(shè)計中用鋼筋混凝土剪力墻來加強這些薄弱端 部

5、， 如樓梯間，電梯井道處， 豎向管道井等是十分有效的。 </p><p>　　1 改善框剪結(jié)構(gòu)的抗震性能 </p><p>　　1.1設(shè)置多道防線一個抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作。在發(fā)生地震時，建筑物自身內(nèi)部、外部贅余桿件吸收和消耗大量的地震能量，減輕地震災害。 </p><p>　　對于框剪結(jié)構(gòu)是延性框架和抗

6、震墻兩個系統(tǒng)組成，具有兩道防線，一道是墻體，一道是框架。 </p><p>　　1.2加強框架的抗震性能①加強框架的角柱。角柱是連接縱橫框架的樞紐，要增加框架的空間整體性，就要加強角柱的抗剪性能。② 沿周圈框架平面按K形支撐和X形支撐布置一定數(shù)量的鋼筋混凝土抗剪墻板或配筋砌塊抗剪墻板，能有效克服框架的剪力滯后現(xiàn)象，顯著提高框架的整體性和抗側(cè)剛度，減少結(jié)構(gòu)的整體側(cè)移，特別有利于減少層問側(cè)移。但這種結(jié)構(gòu)的延性較差，因

7、此，可以在墻板上開十字形結(jié)構(gòu)豎縫，使之出現(xiàn)薄弱部位，形成延性耗能墻板。③設(shè)置偏交斜撐等贅余桿件，用彎曲耗能代替周邊耗能。 </p><p>　　1.3加強整體結(jié)構(gòu)的抗震性能①實行機構(gòu)控制，實現(xiàn)總體屈服機制。在結(jié)構(gòu)的特定位置設(shè)置一定數(shù)量的人工塑性鉸，對塑性鉸發(fā)生的區(qū)域，順序及塑性程度進行控制，使得結(jié)構(gòu)在強震下能形成最佳耗能機構(gòu)。在水平作用下，使水平構(gòu)件先于豎向構(gòu)件屈服，最后豎向構(gòu)件底部屈服。② 使結(jié)構(gòu)的剛度和承載力

8、相匹配。③使結(jié)構(gòu)的剛度和延性相匹配。 </p><p>　　1.4考慮填充墻變化的抗震包絡(luò)設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗表明，框剪結(jié)構(gòu)的填充墻數(shù)量在一定程度上是一個不確定的量，帶填充墻框剪結(jié)構(gòu)在不同層的數(shù)量變化而產(chǎn)生一定的變化。所以地震作用產(chǎn)生的層剪力本應(yīng)首先在框架與填充墻之間分配，但考慮到允許填充墻的位置在一定范圍內(nèi)變化，可以偏于安全地由框架及剪力墻承擔承擔全部地震剪力，按此方法計算設(shè)計的框剪結(jié)構(gòu)可在總體上包絡(luò)住由于填充

9、墻數(shù)量和位置的變化二產(chǎn)生的地震內(nèi)力的變化。 </p><p>　　1.5裙房偏置的高層結(jié)構(gòu)地震扭轉(zhuǎn)控制主群偏置且相連的高層建筑結(jié)構(gòu)計算符合剛性樓蓋假定時可參照下列建議進行扭轉(zhuǎn)計算和抗扭控制。① 宜采取小震計算控制和大中震抗震措施并重的原則，尤其不可忽視大中震時的抗扭構(gòu)造措施。② 當扭轉(zhuǎn)位移比≥1．35時，雙向地震作用明顯，應(yīng)進行雙向地震作用計算。③ 宜在結(jié)構(gòu)平面上大致劃分出受扭敏感區(qū)和質(zhì)心區(qū)，進行經(jīng)濟有效的抗扭計

10、算控制。④受扭敏感區(qū)內(nèi)的豎向構(gòu)件在大中震下的扭矩不可忽視，且處于有扭矩作用的復雜受力狀態(tài)。其抗扭構(gòu)造除滿足規(guī)范要求外，宜按強扭弱彎采取適當增加抗扭構(gòu)造的措施。 </p><p>　　1.6剪力墻底部加強部位最小厚度的適當取值① 剪力墻墻厚按層高確定，還受到軸壓比限制。② 對一字形墻體穩(wěn)定性較差的特點，在沒有加厚墻體可能性的前提下，可采用一定的構(gòu)造措施，以滿足穩(wěn)定性的要求。 </p><p>

11、;　　1.7地震作用方向的合理運用① 引入水平力與整體坐標夾角的目的，是為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，驗算在不同方向下結(jié)構(gòu)的受力和變形情況，使結(jié)構(gòu)趨于安全。②沿著水平力的不同方向，建筑結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出不同的剛度性質(zhì)，這就意味著相同的地震力沿著不同的方向作用于結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的劇烈程度也會不同，所以存在一個最不利地震作用方向(即結(jié)構(gòu)平面的主軸)，使得結(jié)構(gòu)沿該方向的地震反應(yīng)最為劇烈。③ 對于包含斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，不管地震作用沿哪個方向，都無法同時保

12、證所有的構(gòu)件處于最大的內(nèi)力狀態(tài)，所以抗震規(guī)范中規(guī)定，包含有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當相交角度大于15度時，應(yīng)分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。④ 對于包含斜交構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，每個構(gòu)件的最大風荷載作用也是有所不同的，要保證所有構(gòu)件計算的風荷載都按最大風荷載作用方向，只能通過修改水平力與整體坐標的夾角，在不同角度下計算，盡量顧及到每個構(gòu)件能取到最大迎風面積，整個結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以基于多次計算的結(jié)果，每個構(gòu)件取最大值。 </p>&

13、lt;p>　　5、框架-剪力墻中連梁設(shè)計 </p><p>　　框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中框架與剪力墻、剪力墻與剪力墻的連接方式有鉸結(jié)與剛結(jié)兩種。鉸結(jié)為通過樓板連接來保證剪力墻與框架協(xié)同工作，剛結(jié)為通過連梁連接來保證剪力墻與框架協(xié)同工作。在鉸結(jié)體系中，由于沒有考慮連梁的約束作用，使得樓板作用顯著，要保證剪力墻與框架協(xié)同變形和工作，樓板必須絕對剛性。在剛結(jié)體系中，連梁對墻和柱都會產(chǎn)生約束，連梁將承擔著較大的剪力和彎矩

14、，約束作用明顯，并可以與樓板一同作為連接構(gòu)件，傳遞彎矩、剪力、軸力。當結(jié)構(gòu)遭受小于其設(shè)防烈度的多遇地震時，整個結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段。當遭受高于其設(shè)防烈度的罕遇地震時，連梁形成塑性鉸消耗地震能量，結(jié)構(gòu)剛度降低，自振周期加大，地震力降低，減輕結(jié)構(gòu)破壞。但由于連梁跨高比小，兩端連接的墻或柱剛度差異較大，連梁變形產(chǎn)生較大的內(nèi)力而破壞。連梁破壞有脆性的剪切破壞和延性的彎曲破壞，設(shè)計時應(yīng)盡量避免連梁發(fā)生剪切破壞，讓連梁先屈服，形成塑性鉸。連梁設(shè)計時

15、可以考慮以下措施：（ 1） 對連梁的剛度進行折減，既保證了塑性鉸出現(xiàn)在連梁上，又減少其內(nèi)力，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 5. 21 規(guī)定，在內(nèi)力與位移計算中，抗震設(shè)計的框架 - 剪力墻或剪力墻結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　6、結(jié)論 </b></p><p>　　各種不同功能的用房綜合在一起組成形態(tài)各異，高層建筑給結(jié)構(gòu)設(shè)計增加了一定的難度，雖然已經(jīng)

16、有大量的研究成果，但是在實際設(shè)計中仍然存在著大量的問題有待進一步的解決。本文將對框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及到的幾個問題進行主要介紹。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]中華人民共和國行業(yè)標準.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2010)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002. </p><p>