探析高建筑剪力墙结构优化设计.pdfVIP

案例分析 2014 年第 4 期 94建筑建材装饰 探析高庵筑剪力墙结构优化设计 文紵春 （昆明营造工程设计有限公司，云南昆明 650093） 摘要：本文分析了高层建筑的分类和剪力墙紻构设计的的重要性，并着重介紵了剪力墙紻构的特点及紻构布置原则，并 对剪力墙紻构的设计和计算分析中应注惿的问题进行了探讨。 关键词：高层建筑；剪力墙紻构；优化设计 中图分类号：TU20 文献标志码：A 文章编号：16743024（2014）49402 前言 剪力墙结构体系是指利用建筑物墙体作为建筑的竖向 承重体系，并用它抵抗水平力的结构体系。在受力方面，因 为剪力墙的刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层结 构的位移限值。在地震作用下，其变形小，破坏程度低，可 以设计成延性剪力墙，大震时通过连梁和墙肢底部的塑性铪 范围内的塑性变形耗散地震能量。这种体系在高层住宅、公 寓和旅馆建筑中广泛应用。所以有必要对剪力墙结构进行合 理设计以满足安全、经济、合理的要求。 1 高层建筑结构的分类 高层建筑按照其使用材料的不同，可分为砌体结构、混 凝土结构、钢结构以及钢-混凝土组合结构四类。 1. 1 砌体结构 砌体材料是一种脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度都 比较低、抗震能力差等特点，于是高层建筑中很少采用这种 无筋砌体结构。若在砌体中配上钢筋，就可改啺砌体的受力 性能，这样就能在地震区或非地震区的中高层建筑中得到应 用。 1.2 混凝土结构 混凝土结构具有取材方便、良好的耐火性和耐久性、较 大的承载能力，良好的刚度、节约钢材、造价低、良好的可 模性以及可浇筑形状复杂的截面等优点，而且经过合理设计 的现浇整体式混凝土结构具有良好的抗震性。由于可对混凝 土结构灵活布置，组成不同类型的受力结构体系，因此广泛 应用于现代高层建筑中。尤其是高层建筑中以混凝土结构为 主的我国以及一亗发展中国家。 1.3 钢结构 钢结构以材料强度高、截面小、自重轻、良好的塑性和 韧性、制造工艺简单、施工周期短、良好的抗震性等优点， 在高层建筑中也有广泛应用。近亗年，随着钢亟量的大幅度 提高和高层建筑高度的不断增加，对钢结构应用的高层建筑 也越来越多。尤其是那亗地基条件差或抗震要求高而又较高 的高层建筑，就特别合适采用此结构。 1.4 钢混凝土结构 钢混凝土结构以其钢结构自重轻、截面小、施工快、 抗震好等优点以及兼有混凝土结构刚度大、防火性能好以及 造价低廉的优点，被认为高层建筑结构中较好的结构形式， 在我国得到迅速发展。该结构是将钢材放置在构件内部，在 构件的外部由钢筋混凝土做成或在钢管里填充混凝土，然后 做成外包构件。 2 剪力墙结构的设计 对于剪力墙结构的设计，其应沿着主轴方向双向或多向 布置。不同方向的剪力墙宜联结在一起，应尽量拉通、对直 成为工形、T 形、L 型等有翼缘的墙，形成一定空间结构。 抗震设计时，为了使其具有有较好的空间性能，不能单向设 置剪力墙。应使两个受力方向的抗侧刚度相近，剪力墙墙肢 截面宜简单、规则。为了能充分利用剪力墙结构的能力，在 设计时必须减轻墙体结构的自量、加大空间面积、提高剪力 墙的承载力和抗侧刚度等。除此之外，剪力墙的布置不能太 密，使结构具有适宜的侧向刚度。若侧向刚度过大，不仅加 大自重，还会使地震力增大。 剪力墙墙段的要求是需要保持墙体规则、简单，竖向刚 度均匀，门窗孔洞需整齐布置、上下对齐，形成一个明确的 剪力墙肢和连梁。剪力墙肢和连梁的应力要分布均匀有规 则，也必须符合目前常用的设计计算简图。避免剪力墙墙肢 上的孔洞刚度差异大。 如果剪力墙较镢，应先将其平均分成多个墙体，开挖孔 洞，各剪力墙之间的铷接部分采用弱连梁连接的方法。但值 得注意的是，在进行抗震设计时，应尽量避免开挖孔洞，并 且在两个孔洞之间形成墙体肢截面高度与厚度比小于 4 的 小墙肢。当墙厚大于小墙肢截面的 1/4 时，需按框架柱设计 要求对箍筋进行全高加密。 当剪力墙结构平面内的刚度和承重力较大，而平面外刚 度和承载力相对较小。为了保证剪力墙平面外的稳定性，就 应控制剪力墙平面外的弯矩。 剪力墙的设置能够影响到结构的抗侧刚度的大小，为 避免刚度发生改变，应自下而上连续布置。为了避免墙体 刚度发生突变，可沿其高度适当的减少墙体的厚度、降低 混凝土强度或者减少一亗墙肢等，以使得墙体的侧向刚度 随着高度的降低而逐渐减少。但是值得注意的是，若剪力 墙沿高度不连续，会对导致剪力墙结构的刚度沿高度而发 生突然变化。 对于剪力墙的设计，为确定个剪力墙的厚度，必须满足 轴压比、位移比、周期比、抗震等级以及层间位移等各个构 造要求，剪力墙高度与厚度比见表 1（注：H 为层高或剪力 墙无支镢度的较小值）。 经验交流 2014 年第 4 期 建筑建材装饰 95 如果剪力墙高度与厚度之比不能满足上表时，可按照 高规中附录 D 中的方式计算。 3 结构优化计算 在进行剪力墙结构设计时，根据高规或抗震设计 规范等有关规定，结构布置要合理，比如剪力墙结构设计 中它的刚度不能过大。同时在满足楼层最大层间位移和层高 之比的基础上，确定楼层最小剪力系数，使计算出的数值最 接近规范设定值。 控制好高层建筑结构的扭转刚度为主的第一自振周期 Tt 与平动为主的自振周期 T1 之间比值，其 A 级不能0.9。 在考虑偶然偏心对地震作用影响下，楼层间位移和楼层竖向 构件的最大水平位移不能超过该楼层的平均值的 6/5，也不 能高于该楼层平均值的 3/2。此外，还应检测剪力墙连梁是 否在规定限制范围内、剪力墙的底部加强区的轴压之比是否 满足设计规范要求。 3.1 调整楼层最小剪力系数的原则 短肢剪力墙承受力应满足的条件是，在地震倾覆力矩的 第一振动模式为不超过 40%的前提下， 尽量减少剪力墙的设 置数量，以有较大的空间的剪力墙布局为目标，使结构具有 适当的侧向刚度，最大限度地减少楼层最小剪力系数，使其 接近（或不小于）规格限制。以减轻重量，减小地震作用的 输入，降低工程造价。 3.2 调整层高和楼层最大位移比的原则 根据现有我国高层建筑设计规范规定，在对高层建筑设 计时应尽量减少扭曲变形。在增加熟悉构件刚度时要综合考 虑，不能只考虑层间位移。而在实际工程设计中，有亗设计 者当看到层间位移比不能满足设计要求时，就急于增加构件 的侧向刚度，但没有注意到这时结构的剪重比。若接近规范 限制数值时可行，反之不可行。在剪重比较大的情况下，应 减小相应侧的结构刚度，减少地震作用，也可达到较好的效 果。 3.3 结构侧向刚度和抗扭刚度的调整原则 （1）保证结构平面的规则性，为了减小结构的扭转效 应，在计算建筑结构的扭转效应时，必须充分考虑偶然偏心 力对结构的影响。 （2）结构扭转自震周期与平动自震周期比的调整原则。 根据众多地震灾害房屋受损情况研究表明，高层建筑结 构设计平面不规则、抗扭曲力弱等房屋破坏最为严重。所以 在设计时，必须保证建筑的有较强的抗扭曲能力，保证建筑 结构的平面规则性。在实际工程设计中，应将结构竖向构件 尽可能沿建筑周边布置，这样即可以提高结构的侧向刚度， 同时又能够较大幅度的提高结构的抗扭刚度。若在结构的形 心附近加大竖向构件刚度，则对侧向刚度的贡献大而对结构 整体的抗扭刚度贡献甚微。 4 结语 目前在高层建筑中剪力墙结构设计呈多样化的趋势，掌 握合理的、安全的设计方法是需要我们灵活运用概念设计再 结合实际需要把握剪力墙结构设计的整体设计效果，做到既 体现设计的经济性又保证了设计的安全性。 参考文献： 1陈耀高层建筑剪力墙结构优化设计分析探J福建 建材，2011 2曹杨，李杰双连梁短肢剪力墙结构非线性损伤分析 J同济大学学报，2007 （上接 138 页） 用住宅建筑设计的又一发展趋势。随着年龄的增在，在心态 与体态方面都发生了明显的变化，在心态上，老年人更加容 易亟生失落感和孤独感，并且喅欢安静和阳光，不喅欢阴暗 和寂寞，在体态方面会出现腰腿疾患、肌肉动作迟缓、视力 降低等问题，因此在进行住宅设计时，应该充分的考虑老年 人的心理和生理特点，满足老年人的使用功能，建筑设计时 应该从以下几个方面进行考虑：其一，建筑外观，老年人的 记忆力明显衰退，因此设计者应该强化建筑的外观识别性， 例如通过使用大字体、多色彩的标识提高建筑的识别性；其 二，其他方面。例如降低楼梯的坡度、适当放宽房门的宽度、 适当调整房建的朝向、多增添照明装置、安装报警装置等适 合老年人的生理需求的设计，充分体现对老年人的关爱。 4 结束语 总之， 随着社会的发展， 民用住宅已经从传统的追求数量， 逐渐向追求质量的方向发展，跟随民用建筑设计的发展趋势， 不但提高民用建筑的环境性能、经济性能、安全性能、耐久性 能，而且对提高人们的生活质量具有