高层住宅剪力墙结构的优化控制因素分析

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  [摘 要]近年来,随着经济社会发展步伐的日益增速,一定程度上带动了高层建筑物的持续增多。而作为一种新型的建筑类型,因为可以很便捷地设计钢筋混凝土结构,横梁和支撑柱还不用裸露在外,增大使用空间,因而剪力墙在高层住宅中得到了越来越多的应用。本文结合剪力墙结构在高层住宅建筑中应用的基本情况,分析阐述了设计中应当把握的技术问题和优化措施,对推广应用剪力墙结构具有一定的参考价值。
  [关键词]高层建筑工程;剪力墙结构;控制措施
  中图分类号:TU973.16 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)23-0112-01
  引言
  近年来,随着人们生活水平的明显改善,对房屋住宅的空间标准要求也日益提高,高层住宅建筑的开发明显增多。以往高层房屋建筑中,普通结构经常会裸露出一些屋梁和支撑柱,使居住空间受到了一定的限制。而剪力墙结构的高层住宅,省去了裸露在外的梁柱,不仅传承了传统住宅的结构优势,而且具有良好的抵御侧移的坚固性和很高的地震外来承受能力,还节省了施工成本,使高层建筑的质量安全得到了极大的保证,所以目前得到了很多人的欢迎,已经广泛地应用到了高层住宅建筑中。
  1 如何设置剪力墙
  1.1 剪力墙的双向设计和防止侧移的坚固性能
  对于高层建筑来说,拥有足够的空间是提升居住舒适度的重要保证,所以在设计剪力墙建筑结构的时候,应采取双向选择的方式,确保足够的使用空间。在设计抗震剪力墙系统的时候,也应当尽量不采用单向的形式,而且双向剪力墙对侧移应力的抵御能力应当相似,也就是自振周期应当基本相同。同时,由于剪力墙一般需要具备抵御侧移的良好坚固性和承担很大的承重力,所以在设计剪力墙体的时候也不要过于密集,以保证剪力墙结构侧向的坚固程度适中,从而使剪力墙结构的自身重力减少,确保其增强抗震性能。
  1.2 在设计的时候应当确保纵向坚固程度匀称
  科学地设计剪力墙结构可以有效地增强抵御侧移的坚固程度,如果剪力墙边缘的高度有间断,就会使坚固的性能瞬间发生改变,因而在施工设计的时候最好从上而下地进行。顺着墙体边界的高度可以适当增加厚度和调整混凝土的级次,也可以对墙肢进行适当的削减,以保证顺着边缘的高度节俭缓冲抗侧移的坚固性能。
  1.3 要设计好墙肢高度和宽度的比例
  在设计高层剪力墙结构的时候,为了防止出现比较脆的剪力损害,所以可以设计成延性结构。特别是在设计抗震的剪力墙结构时,这种延性更符合要求,一般中墙高度宽度的比例最好是大于2,如果剪力墙的长度大,可以利用增加的洞口使其变成若干个比较匀称的单独小墙,联肢或者整体的均可,这样也能达到高度宽度比例不小于2的要求。
  1.4 设计剪力墙洞口应当注意的问题
  增加剪力墙的洞口,对其符合力学原理非常重要,在施工设计的时候,应当注意以下三点。
  一是洞口应当以一定的规则排列,墙肢和结构梁应当清晰,使其具备合理的应力区间,同时也满足常规的计算简图标准,以增强科学高效性能,但是在设计洞口的时候墙肢的坚固程度一定要接近。
  二是如果洞口发生了错开或者叠合,出现了开洞不规则的情况,由于承受的应力具有很大的复杂性,就会使剪力墙出现明显薄弱的地方,而传统的计算方法不能得出实际的内部应力数值,所以在设计的时候一定要防止出现上述情况。但是如果在施工设计时不能有效地避免,可以通过采取有限元的办法对内部应力系数进行测算,同时将一些轻质的材料填充到洞口,弱化其不规则性,增强剪力墙的性能。
  三是如果剪力墙的洞口出现了不规则的地方,那么在测算内部应力和侧移系数的时候,一定要严格按照规范标准执行,也就是使用有限元的水平计算办法。如果运用的是杆系模型方法,在计算的时候,要对测算的结果做好分析,或者再进行一遍校核,以增强准确性。
  1.5 对剪力墙加强部位的设计
  为了实现剪力墙结构的抗震作用,在设计的时候可以增加塑性铰的结构,形成剪力墙的加强部位,但是顶部和电梯间的墙体最好不设计成加强部分,以突出塑性铰的作用,而有别于气温、收缩变化的影响。形成了塑性铰以后,剪力墙的延性已经增加,可以对其底部再进行强化,以增加剪力墙抵御剪力影响的性能。同时,为了确保剪力墙结构的安全可靠,加强部分可以适当增加尺寸,当需要增强抗震能力的时候,在设计底部高度时,可以采用墙肢高的八分之一和底部层间的最高数值。如果剪力墙有150米以上的高度,底高可以按照墙肢高的十分之一来取值,以防止加强部位过高。
  2 优化高层住宅建筑短肢剪力墙结构的关键技术
  2.1 短肢剪力墙的比例设计
  所谓的短肢剪力墙,通常是墙肢的横截面高厚比例系数在5-8之间,而常规的剪力墙比例系数一般都不小于8。如果剪力墙横截面高厚系数比3还低,在设计的时候,就要采用异形柱结构的规范标准来进行,但是高层住宅施工设计往往不能采用这种结构。而高厚系数比3高比5低的时候,由于其刚性和防震能力相对较差,所以也应当对其墙肢进行完善,因此,在施工设计短肢剪力墙的时候,高厚系数比最适合的比例就是在5-8的区间。
  2.2 短肢剪力墙的应用
  根据上述结论,在设计施工高层住宅建筑工程的时候,最好不全部应用这种短肢结构的剪力墙,因为如果短肢剪力墙过多过密,还得设计常规的剪力墙与其一同形成刚性抗震性能。而且,短肢剪力墙在利用高度上要远远低于常规的剪力墙结构,在设计抗震系数为7和8的时候,剪力墙结构的高层住宅不能超过100米和60米,在高度上受到了限制。即使筒体结构的剪力墙高层住宅,在设计9读抗震性能的时候,也不适合设计短肢剪力墙。
  2.3 优化高层住宅剪力墙结构的对策
  在设计施工高层住宅建筑工程的时候,要避免过多地设计剪力墙结构,为了增强其抗震性能,常规和筒体剪力墙结构底部首次承担地震破坏的力矩要大于整个建筑物底部的一半。
  在设计抵御地震破坏能力的时候,短肢剪力墙在设计抵御地震级次时,要超过常规剪力墙一级,以提高延性系数,而且每一层的承重取值在抵御地震性能的级次分别为1、2、3级的时候,轴压比的系数应当小于,50%、60%和70%。如果短肢剪力墙没有端柱或者翼缘,呈一字形状设计,因为不具备良好的延性,所以轴压比的系数要减少10%。
  同时,要相应的调整高层结构的剪力值,如果抗震的级次是1、2级,就要相应乘上增大比例140%和120%,以防止出现地震的时候,过早地毁坏短肢剪力墙结构。竖向设置横截面钢筋材料的比例,在底部加强部分的取值应当大于1.2%,其余的地方应当大于1%。而且无论是否增强抗震能力,剪力墙截面的厚度都应当超过200毫米。
  3 结束语
  科学合理地施工设计剪力墙结构,充分利用好其防御地震能力和坚固程度,对于高层建筑工程来说,不仅可以预留足够的使用空间,有效地减少施工成本的支出,而且能够确保建筑工程的质量安全管理,避免造成人民群众生命财产的损失。因此,在施工设计剪力墙结构房屋建筑工程的时候,一定要加强关键技术环节的科学把握,精心编制设计方案,严格依据规范施工,充分发挥其抗震的刚性和受力性能,保证剪力墙结构在高层住宅施工建设中全面地推广应用。
  参考文献
  [1]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑.2010(5).
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