框架剪力墙结构中剪力墙平面布置分析

时间:2022-07-26 03:00:16

框架剪力墙结构中剪力墙平面布置分析

摘要:文章首先对剪力墙结构体系进行简单的介绍,就结构中剪力墙的数量问题进行了探析,并提出了在建筑设计与结构设计阶段的剪力墙布置详情,对提升剪力墙结构建筑物施工技术具有借鉴意义。

关键词:剪力墙结构;布置;建筑设计

Abstract: this paper first of shear wall structure system of simple introduction, the shear wall structure of the number of on this problem, and puts forward in the architectural design and structure design phase of the shear wall decorate details, to improve the shear wall structure building construction significance of reference to the technology.

Keywords: the shear wall structure; Decorate; Architectural design

中图分类号:TU398+.2 文献标识码:A文章编号:

0 前言

剪力墙结构是高层住宅建筑中广泛应用的一种结构形式。剪力墙住宅体系中,楼板和梁的布置受墙位置的制约,灵活性不大。各地方导则中对楼板厚度、配筋方式也都有比较明确的规定。所以只要选择合理的板厚和混凝土标号,楼板和梁的含钢量一般都比较稳定,且在整个结构体系中所占的比重并不大。而剪力墙的含钢量在整个结构体系中所占的比重比较大,是主导结构体系经济性的主要因素。文[5]中剪力墙所占的比率高达62.2%,而梁板所占的比率仅25.6%。所以,如何合理的布置剪力墙是剪力墙结构获得良好经济效益的根本。本文拟从选择合适的剪力墙数量和通过合理布置来发挥墙体最大效能两方面来探讨墙体布置的一些原则和方法,供同行和相关技术人员参考。

1 剪力墙数量的确定

对于一个采用剪力墙结构的建筑来说,首先必须布置足够数量的剪力墙。所谓足够,就是指在满足建筑功能要求的前提下布置具有一定抗侧力刚度的墙体,使其能够满足风和地震等荷载作用下的受力和变形要求。足够数量是一种下限的要求,可以通过位移、周期和配筋等指标来综合反映。但是剪力墙的数量也不是越多越好,过多的剪力墙一方面会给建筑功能上带来很大的限制,另一方面也会使自重和地震反应增加,造成材料上的浪费,影响经济性。一般而言,位移接近规范限制,周期在正常范围之内,配筋以构造配筋为主时的剪力墙数量就是比较优化的数量。

量化时可以采用“每平方米墙混凝土含量”或者“每平方米墙面积比率”来反映墙体在结构体系中所占的比率,进而反映墙体数量的相对合理性。

2 剪力墙布置方案分析

合理的布置剪力墙能使剪力墙获得最大的效能,用最少数量的墙体满足受力和变形要求,达到安全和经济的完美平衡。剪力墙布置需要遵循均匀、对称、分散、周边的基本原则。均匀和对称可以避免某一部分过弱或者过强造成的刚度突变,减小结构扭转效应。分散和周边有利于提高建筑的整体刚度,增大结构的抗扭能力。具体操作时,应该以建筑的平面布置和使用功能为基础,从基本的力学概念出发,通过反复试算和调整来确定最佳的墙体布置方案,必要时辅以经济技术分析。在设计过程中,需要分阶段进行控制。

2.1 建筑设计阶段

建筑布置是整个设计阶段第一步,剪力墙布置是否合理,很大程度上是由建筑平面布置决定的。建筑平面确定以后,可布置的剪力墙位置也就基本确定了,可调整的余地很小。所以从建筑方案阶段结构就应该和建筑专业积极配合,寻求对结构最有利的方案和平面形式。

(1)选择宽度较大、高宽比比较小的建筑平面。这种建筑平面往往具有较大的截面抵抗矩,是一种经济性较好的体型。表1中三个建筑的宽度分别为15.4,17.5,17.4m,宽度较窄的合肥高层墙体比率就明显高于其他两幢建筑,可见建筑的高宽比对经济性的影响还是比较明显的。规范中对高宽比的限制虽不具有强制性,也不作为规则性判断的一项,但是一般不建议超过规范限制,否则经济性往往较差。

(2)优化方案,减小建筑的不规则性。建筑平面不规则,会削弱建筑的抗扭和抗震性能。为了补偿这种性能的降低,结构上必然需要通过加大截面或者采取特殊构造等方式进行加强,这势必带来建筑成本的增加,同时也会增加设计周期和设计难度。竖向不规则,刚度突变,也会增加结构的用钢量,最典型的就是竖向刚度突变的设转换层的高层建筑。因此在初始阶段,尤其需要对建筑的规则性进行评价,通过调整方案来改善其合理性。

(3)减少防震缝的设置。防震缝是减小建筑平面不规则性的有效方法,但是对于一些相对规则的建筑可以选择不设防震缝,而是采取其他的措施来减低不规则性的影响。因为设置防震缝以后会带来结构刚度的降低,而要补偿这种刚度必然要增加墙体或者加大截面,使成本增加。同时防震缝两侧需要增加墙体,基础部分需要加宽,也会带来造价上的升高。

(4)减少转角窗的设置,尽量增加角部墙体及其翼缘的长度。角部是结构受力的关键部位,转角窗的设置会大大的削弱结构的刚度,所以要尽量少设或者不设。必须设置时也应该结合窗的高度设置高梁。角部的墙体受力较大,较小的墙体尺度往往配筋较大甚至超筋,所以要尽量增加角部墙体的长度。

2.2 结构设计阶段

结构布置是在建筑布置基础上进行的,受到建筑平面的制约,应该从尽量不影响建筑使用的角度出发,结合力学概念进行墙体的初步布置,并结合电算指标进行精细化调整。

(1)整体布置上剪力墙应尽可能均匀、对称。不能对称时,应尽量均匀,使结构的刚度中心和质量中心接近或重合,以减小扭转效应。由于建筑平面确定后质心的位置就确定了,所以可以通过增减墙体数量,改变墙肢长度和连梁高度等方法来调整刚心的位置。距离刚心越远、长度越大的墙体对这种调整越敏感、越有效,是调整时的主要对象。

(2)建筑物的周边尤其是四角应结合建筑的立面要求尽量布置墙体,也即强化周边,而内部的墙体在满足位移的条件下可以适当减少,也即弱化内部,这对增大结构的抗扭能力非常有效。角部墙体的长度应结合立面和整体刚度尽量选择较长的墙体及翼缘,对于和角部墙体直接相连的连梁宜尽量取高。

(3)较长的剪力墙通过开设洞口,将其分为均匀的若干墙段,墙段之间采用弱梁连接,形成联肢墙体。联肢墙体相对于长墙来说由于构件分散,是一种效率更高的墙体,经济性更好。同时也可以避免个别墙体长度过长,吸收的地震力过大的不均衡现象。

(4)剪力墙应沿房屋纵横两个方向双向布置,并使两方向的刚度尽量接近。墙体尽量拉直对正,形成贯通的联肢墙体或者框架。常见的住宅一般都是矩形的平面,纵向长度较长,刚度一般较易满足。但是横向刚度较小,层数较多时常常出现刚度不足的现象。可以充分利用两侧山墙的位置布置较长的墙体来增大刚度,必要时可以加厚。两方向的刚度是否接近可以通过周期得到反映。

(5)墙肢截面宜简单、规则。应结合建筑平面,多采用L,T,Z及十字形、筒形等带翼缘的截面形式,且可能的条件下使翼缘长度大于其厚度的3倍。少采用稳定性和抗震性较差的一字形墙体。避免采用尺寸过于短小的墙体。

(6)楼梯间和电梯间处布置剪力墙形成筒体。电梯间处楼板缺失,楼梯梯段处为斜板,为了保证水平力的传递这些位置宜布置剪力墙体。而且这些剪力墙常常能形成筒体,刚度很大,效率较高。但是注意筒体如果带来结构刚度的较大偏置应减少此处的剪力墙设置。筒体要多利用外部的墙体,内部的剪力墙不宜过多、过厚或过于细碎。内部过多的墙体对结构作用较小,还会增加该部位的用钢量。

(7)少采用短肢剪力墙。墙体布置可以长短结合,并应布置一定数量的长墙。长墙抗震性能好,边缘构件少,配筋一般也不大,经济性较好。而短肢剪力墙含钢量较高。

(8)合理地确定墙柱截面。墙柱一般是压弯构件,其配筋量在多数情况下至少是多数部位都采用构造配筋,因此在满足轴压比及稳定性要求的前提下,墙柱截面不宜过大,否则用钢量将随其截面增大而增加。

3 结语

综上所述,在剪力墙结构体系的住宅中,剪力墙的含钢量在整个结构体系中所占的比重最大,是主导其经济性的主要因素。文章总结了剪力墙结构数量的布置,并阐述了剪力墙结构布置设计的分析方法。提出选择适当的剪力墙数量和合理的布置剪力墙是降低结构含钢量,获得良好经济效益的根本。但由于建筑个体的差异性,剪力墙布置具有很大的灵活性。原则是均从基本的概念出发,具体布置方法需要设计人员在实践中体会。

参考文献:

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[4] 杜明千,邓莎莎.上海地区住宅含钢量“偏高”原因浅析[J].建筑结构与设计,2009:36-38.

[5] 李伟霞.剪力墙结构小高层含钢量分析[J].山西建筑,2009,35(13):83-84.

注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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