框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討范文

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摘要:

伴隨著城市化進(jìn)程的快速推移，房屋建筑工程項(xiàng)目迅速在城市中崛起。加之城市用地的日趨緊張，高層建筑以及超高層建筑日益受到廣大開發(fā)商的青睞。在目前的高層建筑中，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)形式為較為常見的一種結(jié)構(gòu)形式，其汲取了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)勢，對于確保建筑工程項(xiàng)目的穩(wěn)定性及安全性具有十分重要的作用。因此筆者就高層建筑中框架－剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計展開相關(guān)探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞:

高層建筑；框架剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計；探討

目前在各類房屋建筑工程中，尤其是現(xiàn)代高層商業(yè)、辦公以及住宅建筑中，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用十分普遍。該結(jié)構(gòu)形式能夠?yàn)榻ㄖ矫嫣峁┹^大的使用空間，同時借助剪力墻形式來提高建筑物的抗剪以及抗橫向彎矩的能力，因此探究高層建筑中框架－剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計極為必要。

1框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的變形及受力特點(diǎn)

框架－剪力墻建筑結(jié)構(gòu)，主要是通過平面內(nèi)部無限大剛度的樓蓋將框架和剪力墻連接在一起，促使其形成一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以便于能夠共同承擔(dān)水平方向的側(cè)應(yīng)力，不再單獨(dú)承受各種彎曲變形或者是剪切變形所帶來的影響。通常來說，框架－剪力墻在同一樓層中的位移基本上是相同的。因此框架－剪力墻結(jié)構(gòu)在水平面內(nèi)的位移表現(xiàn)為介于框架與剪力墻間的形態(tài)，為反S型的曲線，也就是彎剪型。因此對于框架－剪力墻結(jié)構(gòu)而言，剪力墻在下部的層面中形變較小，基本上承擔(dān)了大約80%及以上的水平向剪力，而在高層建筑的上部，框架結(jié)構(gòu)的形變則相對較小，能夠輔助剪力墻共同受力，以便于抵抗剪力墻的外拉時的形變，確保其能夠承受更大的水平剪切力。可以說，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)融合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的共同優(yōu)勢，能夠有效協(xié)調(diào)水平形變，并實(shí)現(xiàn)降低結(jié)構(gòu)性形變的目標(biāo)，有力的增加了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，提升了整個建筑物的抗震性能，尤其適用于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。

2高層建筑框架－剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

在高層建筑中框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是十分普遍的，為確保結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力得以提升，需要適當(dāng)處理好構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系。同時科學(xué)合理的設(shè)計框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的方案，并重點(diǎn)從建筑的體型、場地地基、剛度分布、延性等方面加以考慮。

(1)剪力墻形式。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度較大，且容易受到溫差的影響而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)收縮變形現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。因此在框架－剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻結(jié)構(gòu)屬于平面構(gòu)件，但是其還需要成端豎向壓力。所以在設(shè)計剪力墻形式時，通常采取周邊有梁和柱的剪力墻形式，不能取消剪力墻端部的框架柱，同時還應(yīng)該保留框架梁。如果無法設(shè)計框架梁則可以采取暗梁的形式。此外剪力墻中線和柱中線盡量不要偏差太多，以防止柱偏心扭轉(zhuǎn)受力，如果兩者偏心距較大時，須計入偏心的影響。

(2)剪力墻橫豎向以及水平分布鋼筋。設(shè)置剪力墻豎向和水平分布鋼筋的時候，若非抗震設(shè)計，其配筋率不能低于0.2%。在抗震設(shè)計下，依據(jù)抗規(guī)6.5.1和6.5.2的要求，抗震墻的豎向和橫向分布鋼筋，其配筋率均不應(yīng)小于0.25%，間距不宜大于300mm，并且應(yīng)該雙排布置，雙排分布鋼筋之間需要設(shè)置拉筋。抗震墻的厚度不能低于160mm且不能小于層高或者無支長度的1/20，底部加強(qiáng)部位的抗震墻厚度不能低于200mm且不能小于層高或者無支長度的1/16。框架梁的配件依據(jù)構(gòu)造進(jìn)行配置。對于剪力墻的水平分布筋來說，其主要作用在于橫向抗剪，有效抵抗溫度應(yīng)力，進(jìn)而防止墻體出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。若建筑物的高度較高時，需要適當(dāng)增加配筋率。在建筑物的剛度和溫度變化較為敏感的區(qū)域，也應(yīng)該適當(dāng)增加配筋率。

(3)剪力墻高、寬度、厚度設(shè)計。通常來說，剪力墻的高度和寬度的尺寸較大，而厚度較小，其受力的形態(tài)幾乎接近于柱。如果剪力墻的截面高度和高度比值小于4，則可以按照柱設(shè)計。若比值超過4，則可以依據(jù)雙向受壓構(gòu)件予以設(shè)計。以便于確保整個墻體的穩(wěn)定性。對于高層建筑而言，通常需要引入概念設(shè)計分析，綜合計算墻體截面條件、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性等來優(yōu)化設(shè)計方案，最終確保剪力墻的整體穩(wěn)定性。

(4)剪力墻的邊緣構(gòu)造。為增加墻體的延性，通常可以采取增加墻肢截面兩端翼緣的辦法，然而矩形的截面剪力墻的言行通常較工字形或者是槽形的截面剪力墻要差一些。依據(jù)框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的受力狀況，需要加強(qiáng)剪力墻兩端的邊緣構(gòu)造，以此來約束邊緣構(gòu)造。因此可以在矩形墻的兩端設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的辦法，不僅能夠整體提升墻體的延性，還能夠避免剪力墻發(fā)生水平剪切滑動，最終提升框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的抗剪能力。

(5)適當(dāng)調(diào)整框架總剪力。基于水平力作用下，各層框架部分計算所得到的剪力通常較小。為確保第二道防線的框架具備較強(qiáng)的抗側(cè)力，需要適當(dāng)調(diào)整框架所承擔(dān)的剪力。高規(guī)8.1.3規(guī)定:“當(dāng)框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%但不大于50%時，按框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計”。

(6)平衡結(jié)構(gòu)剛度和承載能力。在框架－剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的數(shù)量增多，體積增大，剛度也會隨之增加。但是，這就會使結(jié)構(gòu)的自振周期變小，總體水平地震作用加大;反之，結(jié)構(gòu)的剛度就會減小，地震力作用也就變小。因此，在設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑的基本情況來綜合考量，將建筑的設(shè)防烈度、高度、裝修等級等內(nèi)容考量在內(nèi)，以確定結(jié)構(gòu)允許的位移的最大限值，從而確定剪力墻的數(shù)量和體積，保證經(jīng)濟(jì)和安全并重。例如太原地區(qū)為8度設(shè)防烈度，設(shè)計的時候就可以以此為主。

3高層建筑中框架－剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體應(yīng)用

框架－剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的使用已經(jīng)不再陌生，以下僅對框架－剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的連梁和墻肢設(shè)計的具體應(yīng)用進(jìn)行探討。

(1)連梁設(shè)計。第一，為確保框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，首先需要確保施工中所使用的原材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，尤其是混凝土材料，無論其材料的配比、強(qiáng)度等級等方面均予以嚴(yán)格的把關(guān)，從而確保連梁具備較強(qiáng)的抗剪能力。第二，合理控制連梁高度，確保洞口寬度達(dá)標(biāo)。在設(shè)計框剪結(jié)構(gòu)中的連梁的時候，需要基于連梁的強(qiáng)度要求，合理把控連梁和洞口等相關(guān)數(shù)據(jù)。同時還有應(yīng)該確保整個建筑物的抗震性能達(dá)標(biāo)。第三，為有效避免建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，需要將連梁的高度予以適當(dāng)?shù)恼蹨p。對于連梁的折減，需要從設(shè)計階段開始，并對連梁的剛度以及其他相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理計算，同時還應(yīng)該確保建筑中的構(gòu)件具備較強(qiáng)的彈性。第四，需要不斷調(diào)整剪力墻的厚度。在進(jìn)行連梁設(shè)計的時候，需要依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的具體狀況，適當(dāng)調(diào)整剪力墻的厚度。

(2)墻肢設(shè)計。第一，墻肢的厚度直接影響到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。因此在進(jìn)行墻肢設(shè)計時，必須科學(xué)控制其厚度。框架－剪力墻的墻肢厚度除去特殊部位一般是通過計算來確定的。第二，剪力墻的結(jié)構(gòu)布置。在高層建筑中，為確保建筑物具備較好的空間性能，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，最好采用雙向布置的形式，以便于科學(xué)合理的構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)的空間性能。同時為確保建筑物的抗震性能達(dá)標(biāo)，應(yīng)注意不要在抗震設(shè)防區(qū)域內(nèi)采用單向的剪力墻設(shè)計。并確保剪力墻的平面能夠均勻分布，剛度中心和建筑物的整體質(zhì)量中心相重合或者盡量靠近，以此最大限度降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。總而言之，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)形式融合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)勢，對于提高整個建筑物的穩(wěn)定性和安全性功不可沒。在進(jìn)行高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計是，盱眙依據(jù)墻體的不同變形以及受力特點(diǎn)等，科學(xué)合理的進(jìn)行結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計、形式、厚度、高度以及邊緣構(gòu)造等的設(shè)計，從而確保框剪結(jié)構(gòu)能夠真正發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)

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作者：王瑋 單位：山西中創(chuàng)建筑設(shè)計有限公司