芻議高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、最新【精品】范文 參考文獻 專業(yè)論文芻議高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計芻議高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：隨著社會的發(fā)展，高層建筑已成為城市建筑、生活的主 流。剪力墻是鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)中不可缺少的構(gòu)件，本文從剪力墻 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念談起，介紹了剪力墻設(shè)計中的結(jié)構(gòu)布置、參數(shù)控制、構(gòu)件計算配筋幾個方面進行了探討。關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計Abstract: with the developme nt of society, the highbuildi ng has becomea city build ing,the life of the main stream.Rein forced con

2、 crete shear wall is in dispe nsable to the high-level structure comp onent, this article from the shear wall structure of the basic con cept of desig n, this paper in troduces the desig n of shear wall structure arra ngeme nt, parameter con trol, comp onent calculatio n rein forceme nt several were

3、 discussed.Keywords: high buildi ng; Shear wall; Structure desig n中圖分類號：S611文獻標(biāo)識碼：A文章編號：引言：剪力墻結(jié)構(gòu)是由一系列縱向、橫向剪力墻及梁、板所組成 的空間結(jié)構(gòu)，承受豎向荷載和水平荷載，是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形 式。由于縱向、橫向剪力墻在其自身平面內(nèi)的剛度都很大，在水平荷 載的作用下，側(cè)移較小，因此這種結(jié)構(gòu)抗震及抗風(fēng)性能都較強，適宜 于建造層數(shù)較多的高層建筑。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該在剪力墻設(shè)計中把握要 點，使結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟。本文對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)注 意的問題進行了探討。一、剪力墻的基本概念剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼

4、筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在高 層建筑中被大量運用。剪力墻截面特點是墻肢長度遠(yuǎn)大于厚度，自身平面內(nèi)具有很大的剛度和承載力，平面外剛度和承載力都相對較小， 墻肢屬于偏心受壓或偏心受拉構(gòu)件。 同時在剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是一個 平面構(gòu)件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外， 還承擔(dān)豎 向壓力；在軸力、彎矩、剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，其受水平力作用時 似一底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下剪力墻除須 滿足剛度強度要求外.還必須滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、 能

5、量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求。二、合理的結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)的布置對建筑物的抗震性能有巨大的影響， 合理的結(jié)構(gòu)布置 是結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟的前提。主要從平面和豎向布置兩個方面進行考慮。（一）平面布置原則。高層建筑結(jié)構(gòu)平面形狀宜簡單、規(guī)則、對稱, 剛度和承載力分布均勻，宜沿兩個主軸方向或其他方向雙向布置， 兩 個方向的側(cè)向剛度不宜相差過大，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面形狀， 這樣可以減少扭轉(zhuǎn)的影響。宜選用風(fēng)壓較小的形式，還必須考慮有利 于抵抗水平作用和豎向荷載，受力明確、傳力直接。（二）豎向布置原則。豎向布置應(yīng)使體型規(guī)則、均勻，避免有較大的外挑和內(nèi)收，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。 剪力墻結(jié) 構(gòu)為了底部

6、大空間的需要，底層或底層若干層剪力墻不落地，可能產(chǎn) 生剛度突變，這時應(yīng)盡量增加其他落地剪力墻，柱或筒體的截面尺寸， 并適當(dāng)提高相應(yīng)樓層混凝土的等級，使剛度的變化減少。三、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)充分發(fā)揮各抗側(cè)力構(gòu)件的作用，在確保安 全的前提下做到經(jīng)濟合理。規(guī)范用各項技術(shù)指標(biāo)對剪力墻結(jié)構(gòu)的整體 設(shè)計進行了限定，包括位移角，位移比，周期比，剛度比，樓層受剪 承載力比等，同時也對具體構(gòu)件的設(shè)計指標(biāo)做了限定，包括軸壓比， 配筋率，配箍率等。但是滿足了規(guī)范的要求僅僅只是滿足了安全性問 題，我們還要兼顧經(jīng)濟性設(shè)計，只有安全、經(jīng)濟的設(shè)計才是合理的設(shè) 計，反過來一個合理的設(shè)計最終必然是安全、經(jīng)濟

7、的。在剪力墻結(jié)構(gòu) 中，墻體的數(shù)量和布置是對合理性影響巨大的部分，在安全性上，剪 力墻是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，在經(jīng)濟性上，剪力墻也占據(jù)了一大部分的 工程成本。剪力墻數(shù)量應(yīng)盡量減少，當(dāng)存在其他抗側(cè)力構(gòu)件如框架柱 時，還應(yīng)滿足在基本振型地震作用下，剪力墻部分承受的地震傾覆力 矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%。同時，規(guī)范規(guī)定框架部分承擔(dān) 的地震剪力至少為底部總剪力的20%,或各層框架承擔(dān)的地震總剪 力中最大值的1. 5倍。當(dāng)框架部分承擔(dān)的剪力無法滿足規(guī)范要求時， 應(yīng)對框架地震剪力進行調(diào)整，以確保在設(shè)防地震，罕遇地震時剪力 墻先于框架破壞后，由于塑性內(nèi)力重分布引起的框架分配的地震剪力 加大的情況，使框架部分

8、成為有效的抗震第二道防線。下面是對結(jié)構(gòu)設(shè)計中須重點關(guān)注的幾種技術(shù)指標(biāo)的調(diào)整原則的 淺析，若有不對之處，請廣大同行指正。1、樓層最小剪力系數(shù)（剪重比）的調(diào)整原則在滿足短肢剪力墻 承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超 過40%勺前提下盡可能少布置剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目 標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近規(guī)范限值（不小于限值）。這樣能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，有效減小地震作用的輸入， 同時降低工程造價。2、樓層層間最大位移與層高之比（位移）的調(diào)整原則規(guī)范規(guī)定多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層最大的彈性層間位移在計算時，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結(jié)構(gòu)整體

9、彎曲變形，應(yīng)計入扭 轉(zhuǎn)變形。由此可見，對于一般的高層建筑，重點是樓層間的剪切變形 及扭轉(zhuǎn)變形。剪切變形的控制是以豎向構(gòu)件的多少來決定的， 但豎向 構(gòu)件足夠多（剪重比偏大）而布置不合理，則會造成扭轉(zhuǎn)變形過大， 同樣不能滿足層間位移的要求。因此，對于高層建筑應(yīng)盡可能使扭轉(zhuǎn) 變形最小，而不能僅根據(jù)層間位移不夠不加分析地增加豎向構(gòu)件的剛 度。3、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期 Tt與平動為主的第一自振周 期T1之比（周期比）的調(diào)整原則第一自振周期Tt之比（周期比）的調(diào)整原則新 高規(guī)A、B級區(qū)分規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主 的第一自振周期T1之比，A級高層建筑不應(yīng)大于0.90 , B級高層建

10、筑不應(yīng)大于0.85。限定周期比是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、 更合理，使結(jié)構(gòu)不至于出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在實際工程設(shè)計中，應(yīng) 將結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件盡可能沿建筑周邊布置，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度， 這樣既可以提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，同時又能較大幅度的提高結(jié)構(gòu)的整 體剛度。4、剪力墻連梁超限的調(diào)整原則剪力墻連梁的跨高比不宜小于 2.5，跨高比小于2.5的連梁很容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)范限值， 且縱筋最大配筋率大幅降低，不利工程設(shè)計。咼規(guī)規(guī)定跨咼比不小于5的連梁宜按框架梁進行設(shè)計。即跨高比不小于5的連梁剛度不 應(yīng)折減。而跨高比在56間時，若連梁剛度不折減則也易出現(xiàn)剪力 或彎矩超限。本人認(rèn)為該條文在實際工程設(shè)計中

11、若能充分利用，則對 節(jié)省工程造價有非常明顯的影響，即將跨高比不大于5的連梁（抗震 計算時折減）和減小剪力墻墻肢長度使連梁跨高比變?yōu)榇笥?6的框 架梁（剛度不折減），而后者的鋼筋及混凝土用量均小于前者，這對 于節(jié)省工程投資具有很重要的意義。四、剪力墻設(shè)計剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載，通過樓 面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門窗洞口上的梁）內(nèi)產(chǎn)生彎 矩以外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力?？梢园凑占袅Φ氖芎擅娣e簡單計 算。在水平荷載作用下，剪力墻受力分析實際上是二維平面問題，精 確計算應(yīng)按照平面問題進行求解。 可借助于計算機，用有限元方法進 行計算。計算精度高，但工作量較大。在工程

12、設(shè)計中，可以根據(jù)不同 類型剪力墻的受力特點，進行簡化計算。整體墻和小開口整體墻：在 水平力的作用下，整體墻類似于一懸臂柱，可以按照懸臂構(gòu)件來計算 整體墻的截面彎矩和剪力。小開口整體墻，由于洞口的影響，墻肢間 應(yīng)力分布不再是直線，但偏離不大?？梢栽谡w墻計算方法的基礎(chǔ)上 加以修正。聯(lián)肢墻：聯(lián)肢墻是由一系列連梁約束的墻肢組成，可采用 連續(xù)化方法近似計算。壁式框架：壁式框架可以簡化為帶剛域的框架， 用改進的反彎點法進行計算?？蛑Ъ袅烷_有不規(guī)則洞口的剪力 墻：此兩類剪力墻比較復(fù)雜，最好采用有限元法借助于計算機進行計 算?？蚣芙Y(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律 是完全不同的。框架的

13、側(cè)移曲線是剪切型，曲線凹向原始位置；而剪 力墻的側(cè)移曲線是彎曲型，曲線凸向原始位置。在框架剪力墻（以 下簡稱框剪）結(jié)構(gòu)中，由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大，在同一 高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使框剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線 既不是剪切型，也不是彎曲型，而是一種彎、剪混合型，簡稱彎剪型。 在結(jié)構(gòu)底部，框架將把剪力墻向右拉；在結(jié)構(gòu)頂部，框架將把剪力墻 向左推。因而，框剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些， 比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些；其頂部側(cè)移則正好相反?？蚣芎图?力墻在共同承擔(dān)外部荷載的同時，二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著 相互作用?？蚣芎图袅χg的這種相互作用關(guān)系， 即為協(xié)同工作原 理。五、

14、優(yōu)化高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施1、避免出現(xiàn)獨立小墻肢與剪力墻剛度不宜過大高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（簡稱高規(guī)）中規(guī)定，墻肢 截面高度與厚度之比不大于4時，宜按框架柱進行截面設(shè)計，比值大 于4,不小于8時，為短肢剪力墻，一旦出現(xiàn)短肢剪力墻的情況，規(guī) 范對墻肢軸壓比、配筋等都有更加嚴(yán)格的限制，設(shè)計施工都比較困難。 在實際設(shè)計中，獨立小墻肢基本上可以通過合并洞口等方法消除， 或 合理布置剪力墻，使小墻肢成為墻體翼緣，其受力狀態(tài)明顯好于獨立 小墻肢，僅適當(dāng)加強配筋即可。同時剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性， 細(xì)高的剪力墻容易設(shè)計成彎曲破壞的延性剪力墻， 從而可避免脆性的 剪切破壞。2、注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計高

15、層建筑功能和形式日益多樣化，當(dāng)多功能綜合大樓要求一棟建 筑物的上部伸部）和下部使用功能不同時，結(jié)構(gòu)布置也要相應(yīng)改變， 要設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件銜接上下結(jié)構(gòu)，傳遞內(nèi)力，設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件的樓層稱為 轉(zhuǎn)換層。因此，對于高位轉(zhuǎn)換的底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)這樣的復(fù)雜結(jié) 構(gòu)，應(yīng)當(dāng)慎重設(shè)計。由于高位轉(zhuǎn)換時剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高， 調(diào)整轉(zhuǎn)換層本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，轉(zhuǎn)換層本身 的剛度和質(zhì)量不宜大，最終可通過水平力作用下精確的空間分析檢查 轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角是否基本均勻。 宜盡量選用剛度和重量較小 的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，計算時應(yīng)多取參與組合的振型數(shù)。通過計算仔細(xì) 分析可能存在的薄弱部位，研究具體的內(nèi)力分配特點

16、，通過調(diào)整內(nèi)力 和構(gòu)件配筋設(shè)計改善薄弱部位的性能。3、優(yōu)化連梁設(shè)計根據(jù)高規(guī)在連梁設(shè)計方面的規(guī)定，對于連梁非抗震及抗震設(shè) 計時高跨比大于2. 5及小于2. 5兩種情況.在截面受剪承載力及配 筋方面有不同規(guī)定。為此應(yīng)將連梁進行塑性調(diào)幅，以降低剪力設(shè)計值。 塑性調(diào)幅可采用兩種方法：(1)在內(nèi)力計算前將連梁剛度進行折減；(2) 在內(nèi)力計算之后，將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數(shù)。無論 采用何種方法.連梁調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計值不應(yīng)低于使用狀況的 值，也不宜低于比設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計值，以避免在正常使用條件下或較小的地震作用下連梁出現(xiàn)裂縫。同時要注重連梁的固結(jié)處理。4、加強部位的設(shè)計在

17、剪力墻設(shè)計時，一般高層剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強部位的高度可 取嵌固部位以上墻肢總高度的1/10和底部兩層高度二者的較大值； 底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強部位的高度可取框 支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/10二者的較大 值。當(dāng)將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生 在地上樓層，同時將影響到地下1層，此時地下1層的抗震等級不能 降低，加強部位的范圍應(yīng)向下延伸到地下1層，并根據(jù)不同的抗震等 級設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件或約束邊緣構(gòu)件。5、剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計振動臺模擬地震試驗結(jié)果表明建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、 底部外圍的小墻肢、連梁等是剪力墻結(jié)構(gòu)的抗

18、震薄弱環(huán)節(jié)。 當(dāng)有扭轉(zhuǎn) 效應(yīng).建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂；在地震作用下， 高層剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主， 底部外圍的小墻肢，截面面 積小且承受較大的豎向荷載.破壞嚴(yán)重，尤其“一”字形小墻肢破壞 最嚴(yán)重；在剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于墻肢剛度相對減小，使連梁受剪破壞 的可能性增加。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對這些薄弱環(huán)節(jié)，更應(yīng) 加強概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施。例如，剪力墻在平面上分布要求均勻，使其鋼度中心和建筑物質(zhì)中心盡量接近，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；適當(dāng)增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度(宜取250mm對低部外圍的小 墻肢根據(jù)需要可取用300ram)，加強墻肢端部的暗柱配筋，嚴(yán)格控制 墻肢截面的軸壓比，以提高墻肢的承載力延性，高層結(jié)構(gòu)中連梁是一 個耗能構(gòu)件，連梁的剪切破壞會使結(jié)構(gòu)的延性降低，對抗震不利，設(shè) 計時應(yīng)注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的受彎屈服先