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工程管理前沿【2019年第24期】

  • ID:271572
  • 浏览:5175
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-02-25 13:51:26
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

探究高层建筑剪力墙结构设计优化

2019/8/9 15:17:00 工程地质学 张林林
资料简介

摘要:目前,随着我国城市化进程的加快,人口也在逐渐增多,越来越多的建筑开始向高层化发展。为了保证高层建筑的稳定和安全,对剪力墙结构进行优化设计是十分必要的,因此,本文对剪力墙的应用与设计进行探讨,并提出了一些优化剪力墙结构设计的措施,希望可以有效地提高剪力墙在高层建筑中的作用。

探究高层建筑剪力墙结构设计优化

张林林

方舟国际设计有限公司

摘要:目前,随着我国城市化进程的加快,人口也在逐渐增多,越来越多的建筑开始向高层化发展。为了保证高层建筑的稳定和安全,对剪力墙结构进行优化设计是十分必要的,因此,本文对剪力墙的应用与设计进行探讨,并提出了一些优化剪力墙结构设计的措施,希望可以有效地提高剪力墙在高层建筑中的作用。

关键词:高层建筑;剪力墙结构;优化设计

引言:剪力墙结构是墙体结构设计当中最常用的方法之一。剪力墙结构的刚度性能很好,能够有效的抵抗地震的侵害,但是,从当前阶段来看,我国剪力墙结构的设计当中,还存在着许多的问题,例如没有建立起科学的实施标准,导致剪力墙的设计存在许多不足之处,进而影响到建筑结构的稳定性与安全性。所以,为了保证建筑物的质量,要对剪力墙结构设计进行优化。

一、高层建筑中剪力墙的应用评价

剪力墙结构的应用有效增强了建筑的抗震性能,剪力墙具有较强的侧向刚度,因此,在众多高层建筑中采用剪力墙可以有效控制在地震水平载荷下建筑物产生的横向位移量,这也就决定了剪力墙在高层建筑中的地位不可小觑。目前如何优化剪力墙结构、对剪力墙进行更合理的分析成为当今建筑领域的重点问题。因为剪力墙结构没有梁、柱类结构部件,可以有效的参与建筑内部空间的构成与布局设计。随着建筑的高度越来越高,在地震的作用下墙体的横向偏移量会不断增大,剪力墙结构也会发生一定程度的变形,所以设计出更加适用于高层建筑的剪力墙结构是一项重点工作。在以往的设计中,剪力墙大多被等效成具有一定刚度的杆件,然后参与设计分析,需要注意的是,在建筑结构的敏感位置,如与楼面的连接处,要进行更严格的控制,有效提升剪力墙的稳定性。

二、剪力墙的分类及特点

就目前情况来看,我们可以把剪力墙按结构分为四类:第一类为实体墙。实体墙具有较好的承受载荷的能力,而且具有较强的抗弯性能,一般墙体上不开洞或者有少量小尺寸洞口。第二类为整体小开口剪力墙。一般情况下,放建立墙上开孔的面积已经超过了全部剪力墙的15%以后,经过受力分析可以得知,原先在洞口出呈现直线分布的正应力已经移到洞口两侧,虽然不会使剪力墙发生异常,但是有可能在外力的作用下发生反向弯曲现象。第三种为多肢剪力墙,该种剪力墙与开口式剪力墙有众多相似之处。第四种为壁式框架剪力墙。此种剪力墙可以认为是一种剪力墙与框架之间的过渡形式,由于开口很大,剪力墙上的内力分布与框架已经十分接近。

三、高层建筑中剪力墙的优化设计

(一)优化剪力墙布局设计

高层建筑中剪力墙的布局,宜按照“均匀、对称、分散、周边”的原则进行设计,剪力墙宜均匀对称地布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位。剪力墙结构具有很好的承载能力,在高层建筑中,通常可以结合建筑自身的需求,采用钢筋混凝土现浇板,不设梁,在地震等作用力下承担一部分水平荷载。在建筑设计中,需要考虑竖向承载力的分布,充分考虑高层建筑结构的对称性。在进行高层建筑抗震设计时,短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。此外,高层建筑剪力墙的设计过程中,还需要重点考虑在伸缩缝、沉降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙。要做好防水处理,可在外部涂抹水泥基渗透结晶型防水涂料,并高出渗水处50cm,使用渗透结晶型堵漏材料和10%渗透结晶型基层处理剂混合水泥砂浆,用钢丝网进行防护。

(二)优化框架剪力墙设计

框架剪力墙结构主要就是由梁柱构成的框架和部分剪力墙组成。框剪结构的剪力墙常为填充墙体,主要承受水平荷载和坚向荷载,适用于平面或竖向布置复杂、水平荷载大的高层建筑。框架剪力墙结构中的剪力墙,应该设计成周边有梁柱或者暗梁柱的带边框剪力墙。纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成L形、T形及矩形等,以增大剪力墙的刚度以及抗扭能力。此外,高层建筑剪力墙结构设计中,墙体在坚向布置时,需要注意剪力墙要贯通整个建筑的全高,保持建筑物上下刚度均匀连接。当高层建筑剪力墙坚向特性发生某种变化时,墙体自身的厚度和混凝土等级需要随之改变,当高度增加时,可以适当减少墙肢数量,降低建筑物的整体刚度。对于高层建筑中门窗等洞口布置时,需要注意避免在剪力墙端部设计,在剪力墙方向开设门窗时,应该进行坚向对齐布置,整个高层建筑的门窗长度宽度相同,确保建筑物墙体和连梁得到合理的分布。

(三)优化剪力墙结构计算

剪力墙结构的刚度不要过大,在满足楼层层间位移与层高之比的基础上,以最小剪力系数为目标。剪力墙连梁是否超限、底部的轴压比是否符合规范要求都是要考虑的。计算参数的选取是很重要的:

周期折减系数:填充墙较多时的剪力墙结构,取0.9~1.0;填充墙较少时的剪力墙结构,取1.0。填充墙对主体结构周期的折减,是指填充墙的刚度影响高层建筑主体结构刚度的程度,主体结构的刚度大则填充墙对主体结构的影响小,刚度小则影响大;填充墙的刚度大对主体结构的影响也大,刚度小影响就小。

振型个数:以保证振型参与质量大于或等于总质量的90%为前提。高层建筑地震作用振型数非耦联时n≥9个,耦联时n≥15个;对多塔结构振型数n≥塔楼数量X9。

3.连梁刚度折减系数:在内力和位移的计算中,连梁刚度折减系数可取0.5;当结构位移由风荷载控制时,连梁刚度折减系数最好不小于0.8。

(四)优化剪力墙结构连梁设计

在高层剪力墙结构中,连梁是一项关键的耗能构件,连梁常被称为结构抗震设计中的“保险丝”,它可以起到耗散地震能量的作用。所以一定要优化剪力墙结构连梁的设计,连梁的强剪弱弯应该反复多次验算,确保高层建筑在修建完毕后连梁的弯曲破坏比剪切破坏晚。除此之外,在实际施工过程中也不能随意加大连梁纵筋和箍筋,前者会导致无法满足“强剪弱弯”的要求,后者会导致剪切破坏提前发生。例如:当连梁的跨高比大于5时,刚度不能减少,需要按照框架梁的要求设计施工,此时可将跨高比为增加至6,解决刚度不减少导致剪力过大的情形,还可以减少钢筋混凝土的使用量,从而减少投资成本。

(五)优化剪力墙结构配筋

剪力墙配筋控制对建筑物主体造价起着关键性的作用。通过以往高层建筑物的结构设计对比,一般的剪力墙配筋几乎都是按规范规定的最小配筋率构造配筋,所以控制剪力墙厚度,可以有效地控制剪力墙墙身钢筋用量。选择优质的材料是进场前第一步要做好的工作,钢筋材料的选择是至关重要的,各种合格证明一定要检查清楚。合格的钢筋才能进入施工场地。剪力墙结构的配筋选择要满足工程测算和建议标准的材料,将水平钢筋安置在外侧,垂直钢筋安置在内侧,根据现实情况优化设计,减少建筑成本。

四、结束语

综上所述,剪力墙结构的设计对于建筑稳定性具有重要影响。对于高层建筑而言,合理优化剪力墙设计可以有效增强高层建筑的抗震能力。在具体的设计过程中,需要有全局意识,综合考虑高层建筑各个方面的要求,进行合理的参数计算、完善剪力墙结构设计,有效保证建筑质量。

参考文献:

[1]唐国昱.浅析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].中华建设,2019(06):70-71.

[2]屈昌平.分析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].居舍,2018(23):119.

[3]孙大博,赵亮.高层建筑中剪力墙结构的设计及优化[J].中国住宅设施,2017(04):26-27.

[4]王鹏. 高层建筑剪力墙结构优化设计措施分析[A]. 《建筑科技与管理》组委会.2015年2月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].《建筑科技与管理》组委会:北京恒盛博雅国际文化交流中心,2015:2.