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高层剪力墙住宅结构优化设计

2020-10-26 09:08:47

       [摘 要]结构优化设计需要建筑设计全过程实施,并应与各专业设计人员密切配合。结构优化的目的不是不分轻重地都按规范或计算的底限进行设计,而是“物尽其用”,充分发挥材料性能。对影响结构性能的重点、关键部位及计算程序不能准确分析,或计算模型与实际情况有出入的部分,应采取措施重点加强或补充分析,做到有的放矢,突出重点。保证建筑结构设计安全、适用、经济、美观的设计优化目标得以实现。本文作者结合多年来的工作经验,对进行了研究,具有重要的参考意义。
       [关键词]高层建筑;剪力墙;结构;设计;优化;
       一、引言
       国家土地政策和住宅产业政策在经济的带动下有了很大的调整,这就在一定程度上扩大了我国的房地产事业,拓宽了我国的房地产市场,使得它不断朝着高空化的路线发展。最普遍的住宅形式就是所谓的高容积率的高层住宅小区。对于高层住宅来说,他们的结构体系复杂多样, 存在经济指标最好的结构,那便是钢筋混凝土剪力墙结构。钢筋混凝土剪力墙结构在高层住宅建设过程中成为了最主要的建筑结构形式。控制结构成本是房地产开发商必须考虑的关键问题,所以在多数情况下,他们都会在设计合同或合同附件里对此提出要求。不仅如此,我们还必须要确保结构安全及建筑使用功能,这是个前提条件。只有做到让有限的材料资源成功配置到能充分发挥其作用的关键部位,才能体现结构设计人员的能力。由此看来,优化结构设计迫在眉睫,我们必须要创新技术水平,提高能力。努力做到经济合理是我们目前的主要任务,也是结构工程师关注的重点问题之一。 〉〉强排方案设计目的及要求 


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       二.高层建筑剪力墙结构设计原则
       (一)剪力墙结构优缺点及优化设计的意义
       在实际的施工中,高层建筑剪力墙结构所采用的结构可分为好几类:钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构和混合结构。但有些建筑结构在高层建筑中几乎不采用它们。比如砌体材料有着较低的抗拉强度,而且它的抵抗水平荷载作用的能力以及延性都非常的差,所以一般不采用砌体结构。
       近年来,高层建筑迅猛发展,原来的框架结构因为露梁露柱现象已经逐渐被淘汰,逐渐被剪力墙结构替代。剪力墙是竖向构件,有着几十米甚至上百米的宽度,其可以承受很大水平地震力。
       剪力墙结构的优点主要有:
       ①刚度大是剪力墙结构的一大优势特点。
       同时有着不错的整体性,适中的钢量;
       ②外观结构整齐是剪力墙的又一亮点。
       让框架结构露梁、露柱现象得到很好的解决实现,让承重墙数量得到降低,同时降低其成本。 剪力墙结构这些巨大的优点让它变得非常受欢迎,甚至成为现在高层住宅中主要采用的结构形式,这是剪力墙技术发展的有利时机,是我国建筑事业不断发展,逐步与国际接轨的标志。
       但是剪力墙结构的设计中仍然存在以下几个问题需要我们去解决:
       剪力墙结构要求抗侧刚度大,这就会让上部结构和基础费用变多,让地震反应也变大。其次就是它的构延性很差。这都是需要进一步解决的关键性问题。为了结构的安全性,设计师一般会采用相对来比较保守的设计方案,那就是对结构配筋进一步加强,让结构刚度得到提高。刚度大的结构一般有以下特点,震灾较轻,但成本会大大增加,这种方法极不合理。这个方案之所以没有被广泛的采纳,原因在于成本太高,同时也不能真正保证结构安全。近年来工程界加大了这方面的关注力度,更多的关注到了剪力墙的优化设计工作,并且给予了很大支持和鼓励,相信对剪力墙结构的优化设计工作起到积极的推动作用。这对于我们下一步的成本节约有着重大意义。 >> PHC管桩在基础施工过程中的优化
       三.连梁超筋的处理
       连梁超筋:在进行计算分析过程里面,经常出现的就是个别连梁超筋现象。对超筋连梁,一般采用加高连梁的方式。但是这种办法收益不大。我们要考虑的方法是对洞口宽度的扩大或者说是对梁截面的减小,让连梁的跨高比增加,一定程度上对该片联肢墙刚度进行减小,让其承担的部分地震力得到很好转移,只有做到这样,才可以真正做到降低连梁内力,达到我们要求的不超筋的目的;对调整困难的梁,是可以通过可靠水平力传递路径来进行的,这样也是可以降低梁的弯剪刚度但是却不用减小梁截面的方法,这种方法在实际的施工过程中得到了广泛的应用。我们只有把每一个要点都处理好了,才能从根本上解决住宅的结构设计工作。处理好每一个因素所带来的问题都很重要,因为建筑工程的不可更改性,要求我们的建筑设计师门必须重视每一个设计环节,确保建筑工程合理科学保质保量的完成。
       四.控制建筑结构成本的措施
       1.目前,剪力墙结构中填充墙采用轻质墙体已经得到很多设计师认可。比如说加气混凝土砌块、轻质墙板等一系列的轻质材料,采用这些材料做为填充墙,可以有效的减轻竖向荷载,让地震作用降到最低最小化,从而让我们工程建筑成本降到最低。另一种办法是建立墙体、暗柱、梁、板可以采用高强钢筋,这样可以减少计算配筋量,进一步减少工程造价。
       2.对于很大的门、窗洞口,其墙体荷载可以进行及时的扣除, 做好精心的荷载工作。同时明确建筑使用功能,更好的确定活荷载,才能够合理的去掉不必要的一些荷载。
       3.合理的结构布置和精细的计算
       1) 在保证竖向及水平承重符合标准的前提下,要做到尽量拉大剪力墙的布置间距。
       2)剪力墙厚度必须要沿结构高度均匀变化。
       3)剪力墙之间要有一定的梁连接,这样可以避免出现独立悬臂墙肢及半框墙肢。
       4)剪力墙的轴压比要努力接近规范限值,这样可以更好的减少剪力墙布置数量和结构自重。
       5) 在剪力墙布置时必须考虑剪力墙转折及小墙垛布置对边缘构件的影响,这样可以在一定程度上避免不必要的大暗柱设置。
       6)连接较厚剪力墙的框架梁及连梁的宽度可以和墙不一样,这样的设计可以更好的实现建筑的功能。
       7)在考虑竖向荷载的时候,各剪力墙的轴压比要做到基本接近,这样做可以有效避免通过连梁来调整各墙肢的轴向变形。
       8)层间位移角尽量靠近规范限值。严格按计算结果配筋很重要,大家必须要提高重视。在模型荷载等一系列问题都准确无误的情况下,需根据计算结果和概念设计进行配筋工作,这样可以更好的保证结构的安全。 >>小议建筑结构的优化设计
       五.结束语
       结构设计人员和建筑师之间要进行密切的配合。通过具体的结构概念知识初步确定剪力墙布置,有利于调整建筑方案中存在的不合理的问题,能够有效避免不规则或严重不规则的建筑体型出现。要想取得结构优化的成效,同时需要各专业之间的密切配合,以及充分的沟通交流。经过一系列的设计优化,才能制定出一个合理最优的结构布置方案。我们知道好的结构布置重要,它会对房屋建设成本的控制起到核心的作用。相信通过我们的精心设计,一定可以得到一个优秀的设计方案,进而让我们的技术更加的先进。经济合理、质量高超及满足业主限额要求的设计是我们一直不懈追求的目标。
       参考文献
       [1] 方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].北京:机械工业出版社,2004.
       [2] 张会珍.高层住宅建筑中竖向抗侧力构件的优化设置.南昌大学.2012年11月
       [3] 吴飞.高层剪力墙结构住宅的优化设计研究.太原理工大学.2012年5月.
       [4] 黄小燕.框剪结构中剪力墙的优化设计研究.海南大学.2011年7月.
       [5] 秦力.中高层住宅结构体系优化设计研究.大连理工大学.2003年3月.
       [6] 张军谋.高层建筑短肢剪力墙结构分析理论.研究西安建筑科技大学.2003年5月.


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