高层建筑框架剪力墙结构设计中几个问题的探讨

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  摘 要:在设计框架剪力墙结构时,需要事先探讨几个问题,只有如此,才能保证高层建筑的整体性能问题,不会产生巨大的波动,通常情况下,需要考虑三个问题:一个是框架剪力墙的分类以及受力特点;第二个是该结构的布置以及数量;第三个该结构的肢截面短肢分类,上述三个问题考虑结束之后,再进行综合设计,能够保证设计质量,进而加速建设进程。
  关键词:高层建筑;框架剪力墙结构;设计;探讨
  高层建筑已经成为现代城市建筑建设的主要类型,这种建筑形式对解决城市土地资源紧张的局面有一定的促进作用,但是高层建筑在建设时,需要考察众多的问题,抗震性就是其中之一,为了能够有效的解决高层建筑所遇到的各种建设难题,选择一个优良的建筑结构非常关键,框架剪力墙结构是其最好的选择,这种结构刚度大,对高层建筑的抗震性的提高也有一定的帮助。
  1 剪力墙的分类以及受力特点
  框架剪力墙结构是高层建筑普遍使用的一种结构,这种结构对提高高层建筑的抗震性有一定的作用,但是在应用这种结构时,需要考虑多方面的问题,框架剪力墙结构的具体的分类以及相应的受力特点就是其需要考虑的重点问题。因为只有明确分类以及其受力特点,才能够更好的应用这一结构。
  按照建筑墙上的开洞口以及位置等差异,可以将高层建筑框架剪力墙分为以下几种类型,第一种是整截面墙;第二种是独立悬臂墙等,除此之外,还有一种分类标准,即为框架剪力墙的整体系数,一般情况下,框架剪力墙整体系数所具备的基本意义,直接关系到建筑墙肢所具有的弯矩力,其与连续梁之间的比值决定高层建筑的整体性能,一般而言,两者之间的比值越大,则说明框架剪力墙的整体性比较好,也就是说明整个高层建筑的整体性能相对要高。但是也存在两种墙肢弱而梁强的情况,这种情况也需要进行考虑,以免影响后续设计。通常而言,整截面墙的受力性能与开口相对比较小的的墙体的受力性能十分相似,如果存在变形曲线,都属于弯曲型,但是两者也有一定的差异,因为整截面墙没有开口,其所具备的弯矩不会出现任何的变化,而且也不存在任何的反弯点,而小开口整体墙,因其有小开口,弯矩可能在外力作用下,会突然发生变化,反弯点并不存在,即使存在影响也不大,这两种形式的框架剪力墙对建筑墙肢有着非常大的影响,尤其是约束力,因此这种情况属于墙肢强,但是建筑梁更强的情况。按照相关文献的有关分析发现,肢强梁强的情况真实存在,可以应用在高层建筑中。
  2 框架一剪力墙结构中剪力墙的布置和数量
  这也是高层建筑框架剪力墙结构设计需要探讨的主要问题之一,在此,将对其布置以及数量一一进行分析。
  2.1 框架剪力墙布置
  在布置框架剪力墙时,应该遵循相应的原则,首先,布置要均匀,其次,布置要分散,不宜紧密布置,再次,对称,每个框架剪力墙都应该对称,否则将会影响整体的美观性;最后,考虑到周围的其他构件。上述提及的分散原则主要指的是剪力墙片数不能超过一定数量,而且每片框架剪力墙在刚度方面不能存在过大的差异,其相互之间连续的尺寸不能超过的数值,尺寸稍小为最佳,这样抗侧构件可以适当的添加一些,并且采取分散布置的原则,在此基础上,选择刚度合适的剪力墙,这样就不会出现高层建筑整体抗侧力性能下降的情况,同时也不会出现某些墙体过早受到破坏的影响,但是因为剪力墙彼此之间距离比较远,这就要求高层建筑的楼面刚度符合一定的要求,但是这种情况几乎难以满足。
  2.2 确定剪力墙的厚度
  在框剪结构中剪力墙宜有边缘约束构件即:边框柱和边框梁.在规范中有规定:带边框剪力墙的截面厚度为:(1)抗震设计时,一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度均不应小于200mm,且不宜小于層高的1/16;(2)其他情况不应小于160mm,且不应小于层高的1/20,边框梁的宽度宜与墙同厚,高度可取墙厚的2倍。所以一个合理的剪力墙厚度具有结构安全。包括在施工中混凝土浇筑时由于浇筑质量不高所造成的隐患等等)、经济合理(合理的厚度以及钢筋级别在设计中都应有考虑,主要是涉及到最小配筋率的问题)等特点。鉴于此,剪力墙的厚度在满足层高的1/16或者1/20的前提下。取200mm为宜。
  2.3 剪力墙合理数量的确定
  剪力墙的合理数量按许可位移决定,按高层建筑规范中一般装修材料。框架一剪力墙结构顶点位移与高之比u/H不宜大于1/700,装修要求较高时u/H不宜超过1/850,在满这个要求的前提下,增减剪力墙的数量。结构自振周期的合理范围大致在:T1=(0.09-0.12)Ns式中:Ns-楼层数剪力墙数量多框架~剪力墙结构刚度就大一些,地震时周期短地震力也加大一些.材料耗量增大。日本震害调查表明:当每m2楼面平均剪力墙长度少于50mm长时,震害严重;在50~150mm之间时,震害中等:长150mm以上,震害轻微,目前我国尚无这方面的成熟经验.设计中可根据工程具体情况,建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。
  3 剪力墙肢截面短肢分类
  按墙肢截面高度与厚度之比,剪力墙墙肢可分为一般剪力墙、短肢剪力墙、超短肢剪力墙及柱形墙肢。一般剪力墙的墙肢截面高厚比大于8,短肢剪力墙的墙肢截面高厚比为5~8,当墙肢截面高厚比在3~5之间时为超短肢剪力墙,墙肢截面高厚比小于3时为柱形墙肢。一般剪力墙墙肢较长,抗侧刚度大,能承受很大的水平及竖向荷载,因此无论是整截面墙还是整体小开口墙及联肢墙的墙肢都应优先布置一般剪力墙。短肢剪力墙因墙肢较短,有利于住宅建筑布置,可以减轻结构自重,应用比较广泛,但其抗震性能较差,地震区应用经验不多,可用于整截面墙或整体小开口墙及联肢墙的墙肢中,考虑到高层建筑的安全,其数量不宜过多,规范对其有严格的限制。因此,在结构设计中,应多布置一般剪力墙,少量采用短肢剪力墙,如有可能尽量不用超短肢剪力墙及柱形墙肢。但一般剪力墙也不是墙肢越长越好,当墙肢高长比H/hw或剪跨比大于2的一般剪力墙,称为高墙,其受力状态为弯剪型和弯曲型,其破坏为弯曲破坏,属于延性破坏。
  结束语
  综上所述,可知在高层建筑建设之前,如果确定使用框架剪力墙结构,需要事先对其进行探讨,因为剪力墙结构的应用并不是一件简单的工作,既要综合考虑到建筑各项具体的参数要求,同时还应该考虑每个剪力墙各个不同的受力特点等,否则极其容易发生问题,影响整个高层建筑性能,设计人员在进行具体设计时,除了要对上述问题进行探讨外,还应该对其他方面考虑,还有待其他研究人员考虑。
  参考文献
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