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框架-剪力墙结构优化设计要点

2020-06-15 06:52:53

       【摘要】:框架的侧向刚度比剪力墙小很多,而在框架-剪力墙结构中,剪力墙的数量多少及布局的合理与否对框架结构的整体刚度造成巨大的影响。为了能够有效的防止地震灾害,必须要协调框架-剪力墙结构。整体性好,刚度性强的结构体系抗震性好,侧向变形小。因此本文在这里主要探讨如何针对剪力墙结构的受力、变形特性等特点,合理优化设计,科学布置剪力墙,建造出安全稳固的框架-结构剪力墙。〉〉高层住宅建筑结构设计的几个问题

       一.引言

       随着现代经济的快速发展,现代高层建筑正在朝着多功能、综合应用的方向发展,在优化设计高层建筑的过程中时,必须要考虑各种各样的受力结构形式,而在这些形式中,竖向传力体系是优化设计中要考虑的重中之重。结构传力体系支撑着建筑结构的空间形态,除此之外,传力体系的剖面形式也非常简明的体现了结构竖直荷载传递的路径,同样也影响到建筑物优化设计的使用功能。值得一提的是,在不同的建筑结构中,它的传力体系也是各不一样,由此看来考虑诸多细节以及采用正确的计算方法是优化设计好的框架结构的必要前提。 〉〉如何做好建筑设计优化 


结构优化设计-框架-剪力墙结构优化设计要点-建筑结构优化设计

       二、框架-剪力墙结构的抗震原理

       框架-剪力墙结构是一种双重抗侧力结构。众所周知,在框架结构中,剪力墙的刚度比框架大,起着大部分的剪力责任,而框架在承担侧向力方面起着相对较小的作用;如果在遇到强力地震的情况是,剪力墙的连梁往往先承担受力,这样也就使剪力墙的刚度有所降低,相应的由剪力墙承受的部分剪力,被逐渐转移到了框架上去。假如所使用的框架具有足够的抗压力和抗震性能,那么这两者所抗压结构就可以充分发挥它的抗震作用,这样即使在遭遇到强烈地震的状况下仍然能够起到理想的抗震效果。

       三、框架-剪力墙结构的受力特点及分析

       分析框架-剪力墙结构的受力特点,我们必须首先知道是框架和剪力墙结构各自不同的抗侧力结构。并且这里的框架不同于其他纯框架结构中的框架,而剪力墙也不同于其他剪力墙结构中的剪力墙。框架-剪力墙结构的刚度影响着它的变形曲线形状和内力分配,可以用刚度特征值的大小来表示。当刚度特征值很小时,则剪力墙刚度很大,框架刚度较小,内力分配主要以剪力墙为主,整体变形表现为弯曲型,这样由框架所分配的剪力就很小,剪力墙出现负剪力不会很大,二者协同工作的性能较差,这种结构更像是看做单独的剪力墙结构,而不能算作双重抗侧力体系结构。针对上述这种情况,在我国高规中的0.2Q的调整,就保证框架成为第二道防线;另外一面来说,当刚度特征值很大时,则框架的刚度较大,这种情况属于剪力墙较少的现象,而当剪力墙承担的倾覆力低于50%的时侯,为了保证框架的安全,这时框架结构部分就主要按照纯框架结构来进行优化设计。最理想的情况是尽量避免上述情况的出现,即剪力墙的数量既不过多,也不过少最好。 〉〉紫薇地产通过设计标准化来控制房产开发成本

       四、框架-剪力墙结构优化设计要点

       1、框架结构配置合理
       框架-剪力墙结构的布置原则是遵循均匀、分散、对称、周边。分散原则是剪力墙的片数不可太少,并且每片剪力墙的刚度也不要太大,而剪力墙的连续尺寸则不应太长,这样使抗侧力构件数量尽量分散,每片剪力墙的弯曲刚度恰好适中,这样在使用中,既不会使个别墙的受力太集中,也不会因为个别剪力墙的局部破坏而影响整体的抗侧力性能,或者因负担过重而引起过早损坏。刚度过大的剪力墙相应的压力也承担的要大,也会增加它的基础处理难度,同时我们也必须考虑到如果两片剪力墙之间相距太远的话,楼面刚度的要求大太,就很难满足要求。周边原则的要求是为保证刚度中心与平面中心相吻合,必须要考虑建筑物的抵抗扭转能力;剪力墙通常都是布置在周边对称的位置,这样就能增加剪力墙抵抗扭转的内力臂,从而在不增加剪力墙面积的情况下,提高自身的抗扭转能力。剪力墙布置的位置通常应该设置在平面形状变化处,或者是角隅、端角、凹角部位,能够有效的加强抗扭转能力,。在城市高层建筑的楼梯间,电梯间,管道井处,楼面开洞现象会严重地削弱楼板的刚度,这样对保证框架-剪力墙结构的的协同工作产生了不利影响。针对这种现象,为了强固这些薄弱环节,就要在工程优化设计中使用钢筋混凝土剪力墙,如楼梯间,电梯井道处,竖向管道井等会起到非常好的效果。剪力墙之间的间距,对现浇钢筋混凝土楼盖L/B=2—4为宜,对装配整体式钢筋混凝土楼盖L/B=1—2.5为宜,原则上是建筑物高度越高,取值愈小。
       2、控制轴压比
       某工程在进行初步优化设计时,业主提出当地混凝土搅拌站无法保证C40以上混凝土施工质量,混凝土最高强度等级为C40。根据规范,一级框架剪力墙结构框架柱轴压比为0.75,若按框架柱轴压比为0.75优化设计,框架柱的截面面积很大,影响建筑平面布局。故框架柱采取规范提出的构造措施提高柱轴压比限值至0.90优化设计。底部加强区剪力墙厚度为350mm,混凝土强度等级为C40,能够满足优化设计要求。由于混凝土强度等级低,在一些高层建筑结构的底部几层,为了使剪力墙轴压比不超过国家相关规定的限值,会产生剪力墙厚度很大的不合理情况。科学研究成果表明,即使是高宽比为1.0的低剪力墙,也同样可以具有良好的延性功能。研究剪力墙约束边缘构件配箍率、位移延性比、剪力墙高宽比等因素对剪力墙轴压比限值的影响,并能够给出满足具体延性需求、对应不同约束边缘构件配箍特征值的剪力墙轴压比限值,供工程优化设计参考使用。 〉〉PKPM做钢结构设计优化的经验集萃

       3、剪力墙的合理布置
       (1)为了增强整体结构的抗扭能力,弥补结构平面形状凹凸引起的薄弱部位,减小剪力墙设置在房屋外围而受室内外温度变化的不利影响,剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近(第一内跨)、楼梯间、电梯间、平面形状变化或恒载较大的部位,剪力墙的间距不宜过大(高规表8.1.8);平面形状凹凸较大时,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。
       (2)纵、横向剪力墙宜组成L形、T形和匚形等形式,以使纵墙(横墙)可以作为横墙(纵墙)的翼缘,从而提高其刚度、承载力和抗扭能力;楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置,以增强其空间刚度和整体性。
       (3)剪力墙布置不宜过分集中,单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的40%,以免结构的刚度中心与房屋的质量中心偏离过大、墙截面配筋过多以及不合理的基础优化设计。当剪力墙墙肢截面高度过大时,可通过开门窗洞口或施工洞形成联肢墙。
       4、结构的连梁优化设计
       即使在强烈地震情况下,钢筋混凝土框架-剪力墙结构仍然能够有效地通过非弹性变形逐渐消散地震释放的巨大能量,这也是一种理想的抗震结构体系。对于与框架-剪力墙平行的框架梁,即纵向梁构件采用带非线性转动弹簧的线弹性弹簧梁单元模拟。对于柱单元则假定其只发生非弹性弯曲变性而不发生非弹性轴向变形。对于框架一剪力墙结构中的横向梁两端承受着不同的竖向位移,并且由于节点的转动和两节点转动量的不同,横向梁还承受扭转。因此可采用竖向和转动弹性弹簧来模拟这种效应。

       五.结束语

       本文通过对框架-剪力墙结构的分析和探讨,了解到结构工程师进行方案优化设计时,必须协调好框架-剪力墙之间的结构体系。结构不合理、整体性差,将很难确保框架结构的抗震、抗压性能,自然而然也就无法发挥框架-剪力墙这一结构的作用。框架-剪力墙结构优化设计的目标是通过实现整体结构功能,尽可能的发挥降低地震破坏力的作用,作为一个建筑结构优化设计师,应该全力避免结构不合理现象的存在而导致建筑物抗震力、抗压力的低下,努力实现抗震减灾。

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