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高层建筑剪力墙结构设计(1)论文

探讨高层建筑剪力墙结构设计 【摘 要】本文针对多层和高层剪力墙设计中部分常遇问题提出 了解决方法,分析对比新、旧规范对剪力墙的具体要求,结合规范 与工程实际,总结了自己的设计心得体会和一些在设计中需要注意 的问题。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,可以设计成延性抗震墙,大震时通过连梁和墙肢底部的塑 性铰范围内的塑性变形,耗散地震能量,在与其他结构共同工作的 同时,能吸收大部分的能量,降低其他结构的抗震要求,在设防较 高的地区(8 度及区以上地区)优点更为突出。 【关键词】剪力墙结构;墙厚;边缘构件;连梁 剪力墙广泛用于多层和高层钢筋混凝土房屋,结构专业新规范自 2000 年开始陆续颁布,剪力墙结构的设计与 89 规范相比,增加了 许多新的规定,给设计人员带来了新的课题,所以有必要对剪力墙 结构作一个重点研究。 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, 可以设计成延性抗震墙,大震时通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围 内的塑性变形,耗散地震能量,在与其他结构共同工作的同时,能 吸收大部分的能量,降低其他结构的抗震要求,在设防较高的地区 (8 度及区以上地区)优点更为突出。 对剪力墙结构的设计计算,因其是剪力墙大开口而成,所以基本 上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆-系簿壁柱空间分析 方法或空间杆-墙组元分析方法,其中空间杆墙组元分析方法计算 模型更符合实际情况,精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析 程序使用较早、应用较广,但对墙肢较长的剪力墙,应该用空间杆 墙组元程序进行校核。 剪力墙的数量可多可少,剪力墙肢可长可短,主要视抗侧力的需 要而定,还可通过不同尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置; 由于减少了剪力墙数量,而代之以轻质填充墙,不仅房屋总重量可 以减轻,同时也可适当降低结构刚度,使地震作用减小,这不仅对 基础设计有利,而且对结构抗震较为有利,同时也可降低工程造价, 还可加快施工进度。这种结构体系通常视建筑平面及抗侧力的需 要,将中心竖向交通区处理成为筒体,以承受主要水平力。 抗震墙由墙肢和连梁两部分组成。设计时应遵循强墙弱梁、强剪 若弯的原则。 即连梁的屈服先于墙肢, 连梁和墙肢均应为弯曲屈服。 与旧规范相比,新规范在剪力墙抗震设计特别是在抗震构造方面有 比较大的变化。主要包括: (1)底部加强区高度的变化。 (2)墙肢组合截面的弯矩、剪力设计值和连梁组合的设计值。 (3)分布钢筋的最小配筋率。 (4)增加了剪力墙的轴压比的限值。 (5)将边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件;两种边缘构 件的构造不同,加强了应加强的部位,放松了可放松的部位,使抗 震墙的设计更具合理性。 (6)新规范取消了旧规范的“弱连梁”和 “小墙肢”的术语, 代之以“跨高比”和墙肢长度和厚度的比值,应当说在概念上是没 有区别,但 89 规范虽然对“弱连梁”作了规定,但在设计中难以 确定什么是弱连梁。 在进行抗震墙设计时应注意如下的要求: 1.抗震墙的布置要求 作为主要的抗侧力构件,合理的布置是构建良好抗震性能的基础。 应遵循 “八字方针”即“对称、均匀、周边、连续”外,还须注 意: 1.1 将长墙分成墙段 对于抗震墙结构和部分框支抗震墙结构,若内纵墙很长,且连梁 的跨高比小、刚度大,则墙的整体性好,在水平地震作用下,墙的 剪切变形较大,墙肢的破坏高度可能超过底部加强部位的高度,新 规范规定将长墙分成墙段,使墙的高宽比大于 2。墙段由墙肢和连 梁组成。旧规范也有相同的规定。二者的区别在于连梁。旧规范为 弱连梁,而新规范为跨高比不小于 6 的连梁,其目的是:设置刚度 和承载力较小的连梁,在地震作用下可能先破坏,使墙段成为抗侧 力单元,且墙段以弯曲变形为主。 1.2 避免墙肢长度突变 抗震墙和部分框支抗震墙结构的墙肢的截面长度,沿高度不宜有 突变,当抗震墙的洞口比较大时,以及一、二级抗震墙的底部加强 区,不宜有错洞布置的剪力墙。 2.框支层墙体的布置要求 对框支层刚度的要求:部分框支的抗震墙结构的框支层,抗震墙 减少,侧向刚度降低,在地震作用时有可能将变形集中在框支层, 框支层是使结构具有良好抗震性能的关键部位。对于矩形平面的部 分框支抗震墙结构,为避免框支层成为薄弱层或软弱层,新规范规 定:框支层的侧向刚度不应小于上一层非框支层侧向刚度的 50%。 框支墙落地的间距不宜过大:框支层的水平地震剪力主要由落地 剪力墙承担,作用在紧邻框支层的上一层非落地剪力墙的水平力亦 通过框支层楼板传到落地墙,为保证楼板有足够大的平面内刚度 (传递水平力) ,新规范规定:落地墙的最大水平间距不宜大于 24 米,取消了原“四开间”的含糊概念。 部分落地墙宜设计成筒体,以增加抗扭刚度和抗侧刚度。此条在 实践中似较难作到,但须与建筑专业很好协调的话,相信一定会有 很明显的效果。 3.框架-抗震墙结构的抗震墙布置要求 框架-抗震墙结构在实际工程中运用最多(对高层而言) 。布置要 点是:位置和数量,抗震墙的数量以满足刚度即满足层间位移限值 为宜,位置相对灵活,但应符合规范相关的具体规定。 (1)沿房屋高度,抗震墙宜连续布置,宜全长贯通,避免切断, 且洞口宜上下对齐, 避免墙肢长度的突变。 对外墙而言较容易作到, 这与上述的“八字方针”相统一,内墙有时相对较困难。 (2)不宜开大洞口,避免削弱抗震墙的刚度。虽然取消了旧规范 对洞口面积的限值的规定,但在实际中对此条规定较难掌握,由此 引起的争执亦屡见不鲜。 (3)洞边距柱端(指距柱内侧)不小于 300 ㎜,以保证柱作为边 缘构件的作用和约束边缘构件的长度。 (4)双向抗侧力的结构形式。且纵横墙宜相连,使彼此成为有翼 缘的剪力墙,不但可以增加刚度,同时还能有效地提高塑性变形的 能力。 (5)对于较长的房屋,不宜在房屋的端部设剪力墙,以避免

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