初探框架剪力墙高层建筑结构设计

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  【摘 要】 合理搞好框架-剪力墙结构的设计,会对建筑物的安全使用以及技术经济上的指标高低产生直接性的影响。因此,合理对建筑框架-剪力墙结构进行设计,不仅能够减少大量的重复工作,还可以与经济的目标相符合。当通过上面的技术措施,进行有效的控制混凝土的框架-剪力墙施工质量时,也就为下一分部的工程奠定了非常优良的基础,促使工程的质量得到了不断的提高。
  【关键词】 框架;剪力墙;高层建筑;结构设计
  目前,经济的增长对土地资源的需求越来越大,在我国现有的土地资源中,用于住宅建筑的土地面积只占有很少一部分,这样一来就对城市发展造成了影响。为了解决住宅土地问题,高层建筑兴起,虽然在一定程度上高层住宅建筑缓解了住宅土地紧张的情况,但由于高层住宅建筑的结构要求很高,一旦出现问题,就会发生重大事件,所以对于高层住宅建筑的结构设计要格外慎重,特别是剪力墙结构体系。高层住宅建筑的剪力墙结构体系的水平决定了建筑物的经济性能与安全性能,这就要求结构设计人员要根据相关要求和专业知识,优化高层结构体系。
  1 高层框架剪力墙结构的标准
  框架剪力墙结构的体系是在框架结构中布置一定的剪力墙而组成的体系。因框架结构有侧向的刚度差,在水平荷载的作用下,其变形较大,抵抗水平荷载的能力也较低,然而却又有平面布置上的灵活以及立面处理比较容易变化的优点;而剪力墙结构则有强度与刚度大的和其水平位移比较小的优点,以及使用空间受限缺点。把它们结合起来,并相互的取长补短,就可形成一种受力的特性比较好的结构体系:框架剪力墙结构体系。框架—剪力墙结构的作用原理,是借助楼板降低抗侧力单元所产生的两种性质不同的变形对结构在竖直方向和水平方向所产生的负荷。
  1.1框架剪力的调整
  对框架—剪力墙结构最基本的要求是能够抵抗一定等级的地震,具体的各层框架总剪力标准要符合以下规定:第一,当Vf超过0.2V0时,该楼层的框架总剪力可以不做要求;当Vf没有达到要求时,该楼层的框架总剪力应按0.2V0和1.5Vf,max(二者的较小值采用);第二,在第一点的基础上,根据调整前和调整后总剪力的比值进行调整,调整的内容包括每根框架柱、与框架柱相连框架梁的剪力以及端部弯矩标准值,同时要保持框架柱的轴力标准值没有发生改变;第三,为了确保计算数据以及结果的准确性,在使用按振型分解反应谱法进行地震作用计算时,要注意其计算顺序是在第一点所规定的调整之前。
  1.2框架剪力墙的基本假定
  框架—剪力墙结构体系涉及到的问题很多,对计算提出了更高的要求,特别是分析框架—剪力墙结构体系在水平荷载作用下的内力。为了减少计算量,一般情况下会把它当做为平面结构进行计算,并在分析结构的过程中使用假设法,比如:假设楼板在自身平面内可以承受的负荷量没有限制,那么即使是在水平荷载的作用下,框架和剪力墙的相对位置是固定不变的;假设能够保证结构体形规整、剪力墙设置对称均匀,并且结构在水平荷载作用下没有发生扭转现象。在以上基本假定的基础下,在水平荷载作用下,同标高处的剪力墙和框架在水平上的相对位置会保持不变。在这种情况下,把所有剪力墙综合在一起,就形成总剪力墙,同理,将所有框架综合在一起,就形成总框架。除此之外,楼板还起到保持各片平面结构的水平侧移的作用。
  1.3剪力墙结构布置
  剪力墙的作用是在承受竖向荷载、水平地震作用和风荷载三个方面上表现出来的。如果平面为矩形、T形和L形,剪力墙结构的布置方向是沿纵横两个方向;如果平面为三角形和Y形,那么剪力墙的布置方向是沿任意三个方向;如果平面为多边形、圆形和弧形,那么剪力墙的布置方向是沿环向和径向。剪力墙是沿竖直方向贯通整个建筑物内部结构的,并且要保证剪力墙不会中断。顶层若存在用于设置大房间而取消剪力墙的部分,那么就要加强其他部分的剪力墙的构造;若底层存在取消剪力墙的部分时,要设置转换楼层,还要根据相关规定进行结构设计。剪力墙的厚度不是一成不变的,其可以根据阶段变化而适当改变,按照规定,剪力墙厚度每次减少的量是50~l00mm,这样的做法是为了保证剪力墙刚度均匀,连续改变、厚度改变以及混凝土强度等级的改变是为了错开楼层。通常情况下,减小厚度要两侧同时内收,以避免上下剪力墙结构发生偏心情况。
  1.4合理设计剪重比
  对于抗震设计比,其剪重比是非常重要的一个参数,尤其是在高层建筑的框支剪力墙结构的设计之中更是这样。因为剪重比能否合理和规范,对于剪力墙而言就具有非常重要的意义。若剪力墙的结构设计周期太长,就可能受到加速度变化以及地面位移的破坏,然而,传统振型的分解法很难作出较为准确计算。因地震影响系数常常会出现波动较大现象导致下降比较快,这在长期的作用之下就会给选值增加了一定难度,从而导致计算出来的结构效应未能符合实际的情况。所以,在建筑的框支剪力墙的结构设计之中,一定要和各楼层的水平地震力并确定最小值,只有满足了最小值才可符合安全方面上的要求。如若不满,则要及时进行调整。
  2 框架剪力墙结构施工技术
  2.1钢筋工程
  在钢筋工程的建设之中,会用到量比较大的并规格和形状不同的钢筋材料,如一级钢(直径为6、8mm);三级钢(直径12,18和20mm)等。而在钢筋工程的建设之中,其最主要的技术难题则为:较为密集钢筋的节点,会导致在钢筋的安装以及浇筑中,易出现移位等的现象。通常可采用如下方法来解决:
  2.1.1对箍筋框进行固定
  在钢筋工程的建设之中,应按照实体进行放样,可制作并加工定型的模具,如柱筋等,可对柱筋框进行定位,或采取竖向和水平的墙体梯格筋来控制的钢筋位置,这样就可减少出现钢筋位移。
  2.1.2明确钢筋的梁柱节点
  对于大型的高层建筑中的钢筋,其使用量一般较大,因此可能会出现密集梁柱的节点,为确保其每个的节点准确性以及有序性,通常会之前通过计算机来对现场钢筋进行相应的绘图和放样,随后按1:1比例来制作模块与样板,并放置于施工的现场,这样才可为施工钢筋的梁柱节点的建设作出指导。
  2.2模板工程
  对于模板工程的设计与建设,通常应注重如下几个的技术难点:(1)内外侧的模板设计。在对模板进行配板中,需注意外墙的模板的内侧模板是比外侧模板短到200~300mm,因为这样可确保配板的准确性,此外,在进行支模时,应以浇筑过的墙体来作参照物,并把外侧模板仅仅的贴着墙体,并且为对墙体进行保护,通常会在模板和墙体的接触处垫上海绵,以此来确保墙体的完整性。(2)对内侧模板进行固定。在对模板进行浇筑时,常会有内侧模板以及内侧的模拟墙根向外或向内移动状况,这就严重的影响到了模板准确性,所以,设计者通常会在模板的内侧放一个较短的钢筋头以此来控制它位置,以确保稳定性。(3)应确保墙模和楼板间的紧密。通常而言,在浇筑时会有漏浆现象,这可导致模板的稳定性出现降低现象。为此,只需将砂浆或水泥填到有缝隙的地方便可。
  2.3混凝土工程
  眾所周知,混凝土工程事关整个的框架-剪力墙结构的抗震性能和刚度,而为了确保混凝土的工程的质量与使用的寿命,通常应注意如下的几点要求:(1)在对混凝土工程进行建设的过程中,应先对混凝土进行相应的调和配置,并且在调配过程中,应控制好每种材料比例,如若调和配置不慎,那么就很有可能导致出现塌落事件,这可能会直接的威胁到人员的安全。(2)在进行浇筑中,应重点的注意到浇筑顺序,通常而言会采取退浇筑法,即先进行浇筑等级以及强度比较高的柱头混凝土,随后再进行等级比较低梁板的混凝土浇筑,以此来确保混凝土质量。此外,在进行浇筑大截面梁之时,需要采用分层的浇灌方法,并将各种的配料进行捣实,以确保其密度。(3)完成后,工程的设计者还要按照现场阴湿的状况,进行安排专业人员去对其进行必要的洒水养护,以此来确保它的表面湿润时间应大于或等于7个小时。
  3 结束语
  剪力墙结构体系对高层建筑的经济性能和结构安全性能起到了决定性作用,所以结构设计人员不仅要根据相关规定进行设计,还要考虑到当地具体的情况以及建设单位的要求,严格控制相关因素,使高层结构体系达到最优化。
  参考文献:
  [1]侯贯泽,刘树堂,简国威.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构,2009,08.
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