关于高层建筑结构剪力墙布置的合理性探讨

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  【摘 要】 在房屋或者构筑物中,剪力墙担负的主要任务是承受风荷载以及由地震引发的水平荷载。在框剪结构这个大体系中,剪力墙发挥着举足轻重的作用。所以,在建筑工程中合理布置剪力墙是一个非常关键的因素。
  【关键词】 高层建筑;剪力墙;布置
  为了使剪力墙可以发挥最大的效能,我们要对剪力墙进行合理的布置,争取能够使用最少量的墙体同时满足变形、受力两方面的要求,而且还要达到经济与安全的完美平衡。剪力墙在布置的过程中要遵循以下4个基本原则:均匀的、分散的、对称的、周边的。其中周边与分散两个原则对提高整个建筑体系的刚度有帮助,也就是可以增大建筑结构的抗扭转能力。均匀、对称这两个原则可以减小结构扭转效应的发生,避免建筑物的某一部分由于过强或过弱引起的刚度突变。在进行具体操作的时候,我们要在建筑的使用功能以及平面布置的基础上,以基本的力学为出发点,然后在通过反复调整、试算,最终才能够确定一个最佳的布置方案,如果有必要还可以使用经济技术分析作为辅助工具。
  一、优化剪力墙的数量
  在有剪力墙结构的高层建筑中,整体结构的抗震性能与剪力墙的数量有着密不可分的关系,地震多发区的高层建筑,如果剪力墙的数量过多,并且墙肢厚度过大但是墙肢长度不变,那么会导致建筑结构的自振周期缩短,进而引起地震作用加大,最终的结果是:一方面增大了上部结构内力,另一方面也增大了材料耗用,造成了基础设计上出现困难,在经济上也非常的不合理;如果剪力墙的数量过少,后果是:房屋变形增大,会使房屋正常的使用功能受到影响到。改变剪力墙的数量可以从以下两个途径实现:1、在不改变墙体厚度的前提下,改变墙肢的数量与长度;2、在不改变建筑方案的前提下,改变墙体的厚度.
  二、建筑设计阶段
  整个设计阶段的第一步是建筑布置,是否能够合理布置剪力墙,很大程度上取决于建筑平面的布置。当建筑平面完全确定后,剪力墙的布局也就定了,基本上不可以在调整。因此,从建筑方案阶段开始,结构就必须与建筑专业进行积极的配合,最终找到一个对结构来讲最有利的平面形式和方案。
  (1)建筑平面要选择宽度较大但是高宽比相对较小的,这具有较好经济性,可以有较大的截面抵抗矩。建筑的高宽比在很大程度上影响了建筑的经济性,在规范中并没有强制限制高宽比,它也不是规则性判断中的一项,但是专家并不建议超过建筑的规范限制,因为会导致较差的经济性。
  (2)减少防震缝的设置。减小建筑平面的不规则性的最有效方法就是防震缝,但是防震缝会降低结构刚度,为了补偿损失的刚度会使成本增加,所以对那些相对来讲比较规则的建筑可以不设防震缝,而是通过其他方法降低不规则性影响。
  (3)優化方案,减小建筑的不规则性。如果建筑平面不规则,会使建筑的抗震性以及抗扭性能削弱。为了补偿抗震性和抗扭性能的降低,要采取加大截面等方式加强,从而增加建筑成本,另一方面设计难度和设计周期也会增加。所以,在初始阶段,就需要评价建筑的规则性,如果有必要通过调整方案使其更加合理。
  (4)减少转角窗的数量,尽可能多的增加角部墙体以及其对应的翼缘的长度。转角窗的设置在很大程度上削弱了建筑结构的刚度,所以能不设置就不设置。当不可避免的需要设置时,要结合窗的高度进行窗高梁的设置。一般情况下,角部的墙体受力相对较大,较小的墙体尺度就需要配筋较大,因此要尽可能的增加角部墙体的长度。
  三、结构设计阶段
  在建筑布置基础上进行的结构布置,受到建筑平面的制约,在不影响建筑的使用基础上,在对墙体进行初步布置时要结合力学概念,同时结合电算指标完成精细化调整。
  (1)建筑物的周边要尽量多的布置墙体,达到强化周边的目的,另一方面内部墙体在满足位移的前提下要适当减少,也即是弱化内部结构,这非常有效的增大了整体结构的抗扭转能力。
  (2)在建筑的整体布置上,剪力墙要满足均匀、对称的原则。当不能完全对称时,要尽量的均匀,这样可以使整个结构的质量中心与刚度中心相接近甚至重合,从而达到减小扭转效应的作用。刚心的位置在建筑平面确定后就基本确定了,所以如果想调整刚心的位置可以通过以下途径:改变墙肢长度,变化墙肢的连梁高度,增减墙体数量。长度越大、距刚心越远的墙体由于对此种调整方式更敏感、有效,所以一般是调整的主要对象。
  (3)对于较长的剪力墙可以通过开设洞口的形式把它分为若干个均匀的墙段,在这些墙段间采用弱梁完成连接,最后形成联肢墙体。相对于长墙,联肢墙体的构件分散,所以是是一种经济性更好、效率更高的墙体。联肢墙体还可以避免由于墙体过长,吸收地震力不均衡现象的发生。
  (4)墙肢截面要满足规则、简单。稳定性能差并且抗震性不好的一字形墙体应该尽量少采用。同时也要避免采用那些尺寸太过短小的墙体。
  (5)沿房屋纵向、横向两个方向布置剪力墙,同时保持两方向的刚度接近。一般情况下,住宅都是矩形平面,纵向长度相对较长,比较容易满足刚度方面的需求。另一方面,横向刚度相对较小,当建筑层数较多的时候就可能出现刚度不足的情况。这种情况下,可以通过布置长墙来增大整体刚度,如果有必要可以加强厚度。纵向、横向两个方向的刚度是不是接近可以通过周期反映出来。
  (6)电梯间与楼梯间位置如果需要布置剪力墙则要形成筒体。当出现以下情况为了保证平衡需要布置剪力墙体:楼梯的梯段处是斜板,电梯间位置的楼板发生缺失。这些位置的剪力墙通常情况下可以形成筒体,效率高、刚度大。筒体要尽量多的利用外部墙体,不宜过多的在内部布置剪力墙,同时剪力墙不能过厚,也不能过于细碎。过多的内部墙体会增加这一部位的用钢量。
  (7)合理确定墙柱截面。一般情况下,墙柱是压弯构件,它的配筋量在很多情况下是多数部位都需要构造配筋,所以为了整个建筑结构的稳定,墙柱的截面不宜过大。
  (8)减少短肢剪力墙的数量。墙体的布置一般是长短结合,但是应布置一些长墙。因为长墙具有良好的抗震性能,并且边缘构件少,配筋不大,这样具有较好的经济性,反之短肢剪力墙的含钢量高。
  四、结论
  (1)从结构和建筑同时控制完成剪力墙的布置需要,同时要注重概念的设计。
  (2)在拥有剪力墙体系的建筑住宅中,其中剪力墙的含钢量占有最大的比重在整个建筑的结构体系中,含钢量是影响经济性的主导因素。
  (3)为了得到良好的经济效益,降低建筑整体结构的含钢量是根本,可以通过合理布置剪力墙和选择合适的剪力墙的数量两个途径实现。也就是把最少数量的墙体合理的布置在需要的地方。
  (4)建筑个体之间的具有很大的不同,所以剪力墙的布置很灵活。一般情况都是从基本概念出发,再根据设计人员的实践经验具体布置。
  参考文献:
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