时间:2023-05-30 09:47:19
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇框架剪力墙,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
一、钢框架-混凝土剪力墙体系
(一)组成及分类
钢框架-混凝土剪力墙体系是以钢框架为主体,并配置一定数量的钢筋混凝土或型钢混凝土剪力墙。由于剪力墙可以根据需要布置在任何位置上,布置灵活。另外剪力墙可以分开布置,两片以上剪力墙并联体较宽,从而可减少抗侧力体系的等效高宽比值,提高结构的抗推刚度和抗倾覆能力。钢筋混凝土剪力墙又现浇和预制两种。
(二)变形
1、钢框架-预制钢筋混凝土墙的变形
钢框架-预制钢筋混凝土墙体系是以钢框架为主体,建筑的竖向荷载全部由钢框架来承担,水平荷载引起的剪力主要由钢筋混凝土墙板来承担,水平荷载引起的倾覆力矩主要由钢框架和钢筋混凝土墙板所形成的联合体来承担。由于框架间设置了混凝土墙板,结构的抗推刚度和受剪承载力都得到显著提高,地震作用的层间位移也就显著减小。这种结构体系可以用于地震区较多层数的楼房。
2、钢框架-现浇钢筋混凝土墙的变形
“钢框架-现浇混凝土墙”体系是由现浇钢筋混凝土墙和钢框架所组成,一般应沿房屋的纵向和横向,均应布置钢筋混凝土墙体。纵、横墙的数量应根据设防烈度和楼房层数多少由计算确定,纵墙和横墙可分开布置,也可连成一体,现浇钢筋混凝土墙体水平截面的形状可以是一字型、L型、工资型。
二、剪力墙结构设计注意事项
1、对剪力墙结构,《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》都有一些规定,高规的内容要多一些,且有关于短肢剪力墙的规定(7.1.2条共8款)。一般剪力墙为hw(墙肢截面高度,个人认为此应称为“墙肢长度”,与高规表7.2.16注1及抗震设计规范6.4.9条与表6.4.7注4、混凝土结构设计规范表11.7.15注4统一)/bw(墙肢截面厚度)>8,墙肢截面高度不宜大于8m,较长的剪力墙宜开设洞口(即所谓结构洞)(高规7.1.5条)。短肢剪力墙hw/bw=5(认为按老习惯取4较合理)~8,抗震等级应提高一级。hw/bw<5(认为按老习惯取4较合理),即为异形柱。L形、十字形剪力墙等,只要其中的一肢达到一般剪力墙的要求,则不应认为是短肢剪力墙。
2、高规7.1.1条规定“剪力墙结构的侧向刚度不宜过大”,如果采用全剪力墙结构,即除门窗洞外均为剪力墙,无一片后砌的填充墙,第一周期只有1.02秒,侧向刚度过大,使地震作用过大,不经济,不合理。
3、关于底层剪力墙的厚度:高规7.1.2条规定“高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构”,当短肢剪力墙较多时,其第2款规定“抗震设计时,筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于总底部地震倾覆力矩的50%”。SATWE程序在计算时,是将各个墙肢的高厚比进行单独计算,凡hw/bw=5~8,即归入短肢剪力墙,这样算得的短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩就可能容易大于50%。而TAT程序在计算时,是将L形等剪力墙等只要其中的一肢达到一般剪力墙的要求,则不归入短肢剪力墙,在相同的结构中,这样算得的短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩就有可能不大于50%,建议宜按TAT计算该项指标。
4、在短肢剪力墙较多的剪力墙结构中,多数设计人员将较短的墙段都画为约束边缘构件或构造边缘构件,将计算需要的纵向钢筋均匀配置在整个墙段内,这是不妥的,因为配置在墙肢中和轴附近的钢筋并不能发挥作用,因此纵向钢筋应向墙肢端部集中,宜打印剪力墙边缘构件配筋计算结果复核。抗震设计规范6.4.9条规定:“抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3倍时,应按柱的要求进行设计,箍筋应沿全高加密”,SATWE等程序在计算时也是照此条规定办理。如墙厚为200mm,墙肢长度600~800mm,虽然墙肢长度达到墙厚的3~4倍,认为仍宜按柱配筋。
三、框架―剪力墙结构设计注意事项
1、剪力墙应有边框:边框梁(或暗梁)、边框柱(抗震设计规范6.5.1条,混凝土结构设计规范11.7.17条,高规8.2.2条)。不能只设几段剪力墙,就成框架―剪力墙结构体系了。
2、剪力墙承担的地震倾覆弯矩应≥50%,否则应按框架结构查抗震等级,其最大适用高度只可比框架结构适当增加(抗震设计规范6.1.3条1款)。
3、框架―剪力墙结构中不应采用短肢剪力墙。
参考文献:
[1]钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规范(JGJ3-91).
关键词: 框架剪力墙; 高层建筑
Abstract: this article from the frame shear wall structure with the basic concept of design, this paper analyzes the frame shear wall in the design process of the need to control a few parameters, and through the application of PKPM, combined the high-rise building reinforced concrete structure technical regulation JGJ3-2002 (hereinafter referred to as the "high rules") and the code for seismic design of building GB50011-2010 (hereinafter referred to as the "resistance rules") of the related provisions of the proposed some attention points.
Keywords: frame shear wall; High-rise building
中图分类号:[TU208.3]文献标识码:A 文章编号:
一 、前言
随着我国城市化的快速发展,城市空间日益紧张,对高层建筑的需求越发明显。高层体系一般分为框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒中筒结构等多种体系。其中框架剪力墙结构就是集框架结构和剪力墙结构的优点于一身,取长补短,即有框架结构建筑布置灵活,空间分隔容易使用灵活;又利用了剪力墙抗侧刚度较大,在水平力作用下侧向变形较小的优点。因此这种结构体系同时具有框架、剪力墙结构的优点,是一种适用性很广的结构形式。
二 、框架剪力墙结构布置原则
框架剪力墙结构体系结构布置除应符合《高规》、《抗规》及其各自的相关规则外,框架柱和剪力墙的布置还应注意满足以下几个要求:
(1)框架剪力墙结构中剪力墙的布置一般按照“均匀 、对称 、分散 、周边”的原则布置 。
(2)框架剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系,抗震设计时结构两主轴方向均应布置剪力墙。
(3)剪力墙宜贯通建筑物全高,沿高度墙的厚度宜逐渐减薄,避免刚度突变 。
三 、工程概况
某工程位于上海市浦东新区,东北邻近唐陆路、西北紧靠新金桥路,总建筑面积约为30万 m2,包括10栋高层,其中E1,E2,A1,A2为12层,B1,B3为10层,B2,C1,C2为11层,两层地下室及裙房两层(地下二层部分为人防区,设计图纸由其他设计单位完成),高层的结构形式为框架剪力墙结构。E3为一层局部三层的框架结构,±0.000以下连成整体,中间为下沉式广场,框架的抗震等级三级,剪力墙抗震等级二级;所在地区的抗震设防烈度为7度;设计基本地震加速度为0.10g;设计地震分组为第一组;场地土类别为Ⅳ类;特征周期: Tg =0.9S; 50年一遇的基本风压值取0.55kN /m2;地面粗糙度类别为B类;风载体型系数1.3。本文仅以E1办公楼为例,下图为E1框架-剪力墙标准层结构布置图:
从结构平面布置中可以看出结构的的核心筒偏向一边,这对于结构扭转来说非常不利,所以我们可以在不影响建筑使用空间的前提下,在核心筒较远出布置一些墙肢,同时增大周边梁的刚度来解决由核心筒偏向一边而引起的扭转等问题。
四 、框架—剪力墙结构设计主要控制要点
1、框架柱倾覆弯矩及0.2Q调整系数:
(1)框架剪力墙结构中框架柱倾覆弯矩控制及计算:根据《高规》第8.1.3条、《抗规》第6.1.3条规定,框架剪力墙结构,在基本振型地震作用下,框架部分承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50% ,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定,柱轴压比限值宜按框架结构采用,其最大适用高度和高宽比限制可比框架结构适当增加。
本工程E1由PKPM计算得出的结果为:
本工程由PKPM得出的柱倾覆力矩均小于总地震倾覆力矩的50%。此结构为框架剪力墙结构。
(2) 0.2Q0调整
根据《抗规》第6.2.13条规定,侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框架-剪力墙结构和框架核心筒结构,任一层框架部分的地震剪力值,不应小于结构底部总地震剪力的20%和按框架剪力墙结构、框架核心筒结构计算的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值,对于框架剪力墙结构,一般由剪力墙吸引了大量的地震力,而框架部分所承担的地震力较小,其主要目的是为了保证框架部分在地震作用下的抗剪能力。
本工程由PKPM计算得出的结果为:
本工程各个楼层均按0.2Qox、0.2Qoy进行调整,各个楼层不满足上值时均乘以不同的调整系数来满足规范要求。
2、位移及位移比:
位移比主要为控制结构平面布置的不规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。见《抗规》第3.4.2条, 《高规》第4.3.5条及相应的条文说明。位移比不满足主要是结构平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱引起的,应调整改变结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距;同时在设计中,应在构造措施上予以加强。本工程由于地下室顶板中间有一万多平米的下沉式广场整体刚度较弱不能作为上部结构嵌固端。依据抗震审查意见为了减少多塔效应对地下室顶板的不利影响应,尽量把首层位移控制在接近1/2000范围内,主要通过以下手段使地上一层位移接近1/2000:
1增加地下室剪力墙数量;
2适当加大底部加强区核心筒及周边剪力墙的厚度;
3加大首层梁、柱截面尺寸。
为了保证结构的抗扭刚度,我们又必须保证结构周边有足够刚度就需在不影响建筑使用空间的前提下在结构周边布置剪力墙增加结构周边的刚度,同时通过加大结构周边梁的截面尺寸来保证结构的抗扭刚度。
本工程由PKPM得出的结果如下:
1)最大位移角(《高规》第4.6.3条框架—剪力墙最大值层间位移角≤1 /800)
X方向最大值层间位移角: 1 /963 首层位移角:1/1839
Y方向最大值层间位移角: 1 /967 首层位移角:1/1832
2)最大位移比(《高规》第4.3.5条最大位移层间位移和与层平均值的比值A级高度高层建筑不宜大于1.2,不应大于1.5的规定;B级高度高层建筑不宜大于1.2,不应大于1.4的规定。)
X方向最大层间位移与平均层间位移的比值: 1.16
关键词:框架剪力墙结构;剪力墙
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
1.框剪结构可应用于多种使用功能的多的高层房屋,如办公楼、饭店、公寓、住宅、教学楼、实验楼、病房楼等等,其组成型式一般有:
(1)框架与剪力墙(单片墙、联肢墙或较小井筒)分开布置,各自形成抗侧力结构;
(2)在框架结构的若干跨度内嵌入剪力墙(有边框剪力墙);
(3)在单片抗侧力结构内连续布置框架和剪力墙;
(4)上述两种或几种型式的混合。
框剪结构由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成,这两种结构的受力特点和变形性质是不同的。在水平力作用下,剪力墙是竖向悬臂弯曲结构,其变形曲线呈弯曲型,楼层越高水平位移增长速度越快,顶点水平位移值与高度是四次方关系:
均布荷载时u=qH4/8EI倒三角形荷载时u=11qmaxH4/120EI式中H—总高度EI—弯曲刚度在一般剪力墙结构中,由于所有抗侧力结构都是剪力墙,在水平力作用下各道墙的侧向位移曲线相类似,所以,楼层建立在各道剪力墙之间是按其等效刚度EIeq比例进行分配。
框架在水平力作用下,其变形曲线为剪切型,楼层越高水平位移增长越慢。在纯框架结构中,各个框架的变形曲线类似,所以,楼层剪力按框架柱的抗推刚度D值比例进行分配。
框剪结构,既有框架,又有剪力墙,它们之间通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起,在水平力作用下,使它们水平位移协调一致,不能各自自由变形,在不考虑扭转影响的情况下,在同一楼层的水平位移必须相同。因此,框剪结构在水平力作用下的变形曲线呈反S形的弯剪型位移曲线。
框剪结构在水平力作用下,由于框架与剪力墙协同工作,在下部楼层,因为剪力墙位移小,它拉着框架变形,使剪力墙承担了大部分剪力;上部楼层则相反,剪力墙的位移越来越大,而框架的变形反而小,所以,框架除负担水平力作用下的那部分剪力以外,还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力,因此,在上部楼层即水平力产生的楼层剪力很小,而框架中仍有相当数值的剪力。
框剪结构在水平力作用下,框架与剪力墙之间楼层剪力的分配比例、框架各楼层剪力的分配比例以及框架各楼层剪力分布情况,是随着楼层所处高度而变化,与结构刚度特征值λ直接相关。框剪结构中的框架底部剪力墙为零,剪力控制部位在房屋高度的中部甚至在上部,而纯框架最大剪力在底部。因此,当实际布置有剪力墙(如楼梯间墙、电梯井道墙、设备管道井墙等)的框架结构,必须按框剪结构协同工作计算内力,不应简单按纯框架分析,否则不能保证框架部分上部楼层构件的安全。
框剪结构,由延性较好的框架、抗侧力刚度较大并有带边框的剪力墙和有良好耗能性能的连梁所组成,具有多道抗震防线,从国内外经受地震后震害调查表明,的确为一种抗震性能很好的结构体系。
框剪结构在水平力作用下,水平位移是由楼层层间位移与层高之比Δu/h控制,而不是顶点水平位移进行控制。层间位移最大值发生在(0.4~0.8)H范围的楼层,H为建筑总高度。具置应按均布荷载或倒三角形分布荷载,可从协同工作侧移法计算表中查出框架楼层剪力分配系数ψf或ψˊf最大值位置确定。框剪结构在水平力作用下,框架上下各楼层的剪力取用值比较接近,梁、柱的弯矩和剪力值变化较小,使得梁、柱构件规格减少,有利于施工。
2.框剪结构布置的规定和要求
框架—剪力墙结构的结构布置除应符合规范中有关框剪结构设计的规定外,其框架和剪力墙的布置尚应分别符合框架结构和剪力墙结构的有关规定。
框架—剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系,主体结构构件之间不宜采用铰接。抗震设计时,两主轴方向均应布置剪力墙。梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合,框架的梁与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。
2.1框架—剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求:
(1)剪力墙宜均匀对称地布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位;在伸缩缝、沉降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙。
(2)平面形状凹凸较大时,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。
(3)剪力墙布置时,如因建筑使用需要,纵向或横向一个方向无法设置剪力墙时,改方向可采用壁式框架或支撑等抗侧力构件,但是,两个方向在水平力作用下的位移值应相接近。壁式框架的抗震等级应按剪力墙的抗震等级考虑。
(4)剪力墙的布置宜分布均匀,单片墙的刚度宜接近,长度较长的剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙,单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8m。每段剪力墙底部承担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。
(5)纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。房屋纵向长度较长时,不宜集中在两端布置纵向剪力墙,否则在平面中适当部位应设置施工后浇缝以减少混凝土硬化过程中的收缩应力影响,同时应加强屋面保温以减少温度变化产生的影响。
(6)楼电梯间、竖井等造成连续楼层开洞时,宜在洞边设置剪力墙,且尽量与靠近的抗侧力结构结合,不宜孤立地布置在单片抗侧力结构或柱网以外的中间部分。
(7)剪力墙间距不宜过大,应满足楼盖平面刚度的需要,否则应考虑楼盖平面变形的影响。
2.2在长矩形平面或平面有一向较长的建筑中,其剪力墙的布置宜符合下列要求:
(1)横向剪力墙沿长方向的间距宜满足规范的要求,当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时,剪力墙的间距应予减小。
(2)纵向剪力墙不宜集中布置在两尽端。剪力墙上的洞口宜布置在截面的中部,避免开在端部或紧靠柱边,洞口至柱边的距离不宜小于墙厚的2倍,开洞面积不宜大于墙面积的1/6,洞口宜上下对齐,上下洞口间的高度(包括梁)不宜小于层高的1/5。
(3)剪力墙宜贯通建筑物全高,沿高度墙的厚度宜逐渐减薄,避免刚度突变。当剪力墙不能全部贯通时,相邻楼层刚度的减弱不宜大于30%,在刚度突变的楼层板应按转换层楼板的要求加强构造措施。
(4)框剪结构中,剪力墙应有足够的数量。当基本振型分析框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,框架的抗震等级应按框架结构考虑。
[关键词] 剪力墙 少量 框架结构
建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时,这种墙体既承担水平构件传来的竖向荷载,同时承担风力或地震作用传来的水平地震作用。剪力墙即由此而得名(抗震规范定名为抗震墙)。剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙,因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。剪力墙结构体系,有很好的承载能力,而且有很好的整体性和空间作用,比框架结构有更好的抗侧力能力,因此,可建造较高的建筑物。剪力墙的间距有一定限制,故不可能开间太大。剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板,可以不设梁,所以空间利用比较好,可节约层高。
1剪力墙的设计原则
剪力墙抗震等级可按照《抗震规定》第6.1.3条确定,按照构造配筋设计可不考虑剪力墙的配筋计算数值,直接按照构造配筋绘制施工图。
在剪力墙很少的框架结构中,框架是主要的抗侧力结构,在多发地震作用下,剪力墙副主框架结构满足规范对框架结构的弹性层间位移角要求,提供的剪力刚度,在罕遇地震作用时,剪力墙退出工作。
2少量剪力墙结构体系
带有少量剪力墙的框架结构,属于一种特殊的结构形式,但仍是框架结构,明确结构体系的目的在于分型框架及剪力墙在结构中的地位,其中框架是主体,是承受竖向荷载的主体也是主要的抗侧力结构。结构分析计算中除了应按照纯框架接哦股计算外,还要考虑剪力墙与框架的协同工作。可以理解为是一种补充计算的要求,设计中要要满足按照纯框架结构进行计算和包络设计的要求。更需要注意的是,这一特殊的框架结构,现行规范和规程对钢筋混凝土框架结构的所有要求都应该得以满足。因此,按纯框架结构的要求进行设计计算是必须的。对这类框架结构按纯框架结构和按照框架与剪力墙谢工工作分别计算,包络设计是必须的。
3设计中的相关问题
布置少量剪力墙的框架结构与剪力墙较少的框架结构定量上无明确的界限,在结构位移能满足框架限值要求的前提下,可将框架和剪力墙协同工作的结构描述为配置少量剪力墙的框架结构,挡结构位移满足框架剪力墙结构限值的情况下,可将框架剪力墙协同工作的结构描述成框架―剪力墙结构。对于结构体系的定性把握界限的模糊性,加大了结构设计中的对于结构体系描述的困难。少量剪力墙的框架结构中,剪力墙只用来辅助框架结构,满足规范对框架结构在多遇地震下结构的弹性层间位移角限值要求,换句话说,用的只是剪力墙的弹性刚度(即只与EI有关,而与结构开裂以后的弹塑性刚度没有关系,所以,可不关注剪力墙及连梁的超筋问题),少量的剪力墙(由于墙的数量太少)并没有象框架-剪力墙结构中的剪力墙那样,起到一道防线的作用,所以对少量剪力墙中的剪力墙设计应有别于框架-剪力墙结构中的剪力墙。
4两个结构主要的区别就是承重不一样
剪力墙结构和框架剪力墙结构(简称框剪结构)有很大区别,剪力墙结构无明柱、明梁、无填充墙,所有强提除门窗预留洞以外全部采用混凝土浇筑。而框剪结构的主要结构是框架,既由梁柱构成,很小一部分是剪力墙,墙体全部采用填充墙体。全剪力墙结构一般很少使用,虽然体整体性好,但他的自身重量太大,对基础的要求很高。我们现在高层、小高层建筑绝大多数采用框剪结构。剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙是建筑的一种竖向承重构件,但其受力方式与柱子是不同的。一般在结构体系中,由于剪力墙的刚度比较大,所以在承担结构的侧向力方面有较大的贡献,而在受力是往往剪力墙不出现反弯点。一般剪力墙用于高层建筑中较多,当然在底框结构中也要布置剪力墙。
框架结构是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱,再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工,效率较高,工程质量较好。框架结构由梁柱构成,构件截面较小,因此框架结构的承载力和刚度都较低,它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,楼层越高,水平位移越慢,高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力,这时,现浇楼面也作为梁共同工作的,装配整体式楼面的作用则不考虑,框架结构的墙体是填充墙,起围护和分隔作用,框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间,但抗震性能差,框架-剪力墙结构也称框剪结构,这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙,构成灵活自由的使用空间,满足不同建筑功能的要求,同样又有足够的剪力墙,有相当大的刚度,框剪结构的受力特点,是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式,所以它的框架不同于纯框架结构中的框架,剪力墙在框剪结构中也不同于剪力墙结构中的剪力墙。因为,在下部楼层,剪力墙的位移较小,它拉着框架按弯曲型曲线变形,剪力墙承受大部分水平力,上部楼层则相反,剪力墙位移越来越大,有外侧的趋势,而框架则有内收的趋势,框架拉剪力墙按剪切型曲线变形,框架除了负担外荷载产生的水平力外,还额外负担了把剪力拉回来的附加水平力,剪力墙不但不承受荷载产生的水平力,还因为给框架一个附加水平力而承受负剪力,所以,上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小,框架中也出现相当大的剪力。
5关于少量剪力墙的框架结构
(1)少量剪力墙的框架结构仍应归类为框架结构;
(2)只有在纯框架结构强度计算满足规范要求,而框架结构的弹性位移角不满足1/550的要求时,才设置少量剪力墙以使结构的弹性位移满足1/550的要求,设置剪力墙的根本目的是为了利用剪力墙的弹性刚度,满足规范对框架结构的弹性位移限值要求;
(3)规范只规定“结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作”,但仅进行协同工作计算是不够的,对框架结构应分步计算,即按纯框架结构(去除剪力墙)计算、按框架-剪力墙结构计算,采用包络设计的原则,框架的抗震等级按框架结构确定;
(4)应特别注意:对少量剪力墙的框架结构应验算在剪力墙失效后(去除剪力墙)结构的弹塑性变形,并应使其满足规范对框架结构的要求。
(5)剪力墙的设计
规范未明确少量剪力墙的框架结构中剪力墙的设计原则,这给剪力墙设计带来相当的困难,剪力墙的设计也成为此类结构设计的焦点,其关键问题集中在剪力墙的抗震等级的确定和配筋原则等。
有文献要求按框架-剪力墙结构确定剪力墙的抗震等级并配筋,实际工程中问题很多,首先,结构体系混淆不清,与框架-剪力墙结构混为一谈,其次,由于设置的剪力墙很少,剪力墙的超筋现象很普遍,也无法按一般剪力墙设计。
结论
布置少量剪力墙的框架结构在实际工程中难以广泛应用,应谨慎把握设置少量剪力墙的框架结构,如必须设计少量剪力墙结构应对结构体系的摇摆性进行足够认识和理解。
参 考 文 献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程 2005 中国建筑工业出版社
关键词:高层住宅 框架 剪力墙 设计方法
近年来,人们生活水平不断提高,对居住环境的要求越来越高,高层住宅以其节省用地、使用合理等优点,越来越受到人们的青睐,本文就结合高层项目就框架剪力墙的设计进行总结归纳。
一、框架-剪力墙结构体系的受力特点
我们知道框架是由梁柱线性杆件组成的,框架的受力特点类似竖向悬臂剪切梁,其变形曲线为剪切形,在纯框架的结构中,所有框架的变形曲线都是类似的,所以,水平力按各框架的抗推刚度D比例分配,剪力墙是竖向悬臂弯曲结构,其变形曲线为弯曲形,在平面内有很大的抗弯曲刚度,在一般剪力墙结构中,所有抗侧力构件剪力墙的侧移曲线都是类似的,水平力在各片剪力墙之间按其等效刚度EI比例分配。
在同一结构单元中,二者是通过水平面内刚度无限大的楼板连接在一起的,以至于它们不能单独按各自的弯曲变形或剪切变形而自由变形,它们在同一楼层的位移必须相等,在不考虑扭转的情况下,由于框架与剪力墙共同工作,彼此相互作用,这样,在框架-剪力墙结构上部,剪力墙被框架向后拉,在框架-剪力墙结构下部,剪力墙被框架向前推,而框架的受力情况正好与此相反,沿竖向剪力墙与框架之间水平力的分配不是一个定值,它随着楼层的改变而改变,水平力在框架与剪力墙之间既不按等效刚度EI分配,也不能按抗推刚度D分配,框架-剪力墙结构中,顶部剪力不为零,这是因为顶部剪力墙共同工作,相互之间必然产生荷载;框架的最大剪力值在结构中部,框架底部剪力为零,全部剪力均由剪力墙承担。
框架-剪力墙结构中剪力墙的布置
剪力墙的布置一般原则是均匀、分散、对称、周边及均匀,分散原则是要求剪力墙片数不要太少,而且每片剪力墙刚度不要太大,连续尺寸不要太长,使抗侧力构件数量多一些,分散一些,每片剪力墙的弯曲刚度适中,在使用中不会因为个别墙的局部破坏而影响整体的抗侧力性能,也不会使个别墙的受力太集中,负担过重而引起过早的破坏,刚度过大的墙承担的内力也大,相应的基础处理难度增加,同时也考虑到剪力墙相距太远,楼面刚度要求大,很难满足要求,周边的原则是考虑建筑物抵抗扭转能力,便于保证刚度中心与平面中心相吻合。
剪力墙布置在周边对称位置,增加抵抗扭转的内力臂,在不增加剪力墙面积的情况下,提高抗扭转能力,剪力墙布置的位置应设在平面形状变化处,即:角隅、端角、凹角,这些部位往往是应力集中处,设置剪力墙给予加强是很有必要的;高层建筑的楼梯间、电梯间、管道井处等的楼面开洞严重地削弱楼板刚度,对保证框架与剪力墙协同工作极为不利。
因此,在工程设计中用剪力墙来加强这些薄弱端部,如楼梯间、电梯道处、竖向管道井设计加强的钢筋混凝土墙是十分有效的,剪力墙的间距:现浇钢筋混凝土楼盖L/B=2~4为宜;装配整体式钢筋混凝土楼盖L/B=1~2.5为宜,原则是建筑物愈高、抗震设防烈度愈高,间距取值愈小,剪力墙应沿建筑物全高设置,不得沿高度有突变,剪力墙应落地,剪力墙并应在两个主轴方向组合部署成L形、T形或形成封闭的筒,这样可以提高剪力墙自身的刚度,且一片剪力墙的长度不宜大于8m,当超过时,应利用洞口分割成两片墙,功能上不需要洞时,洞口可用不同的材料或轻质材料填充,过长的剪力墙中央部分的钢筋尚未到达屈服阶段,墙端部的钢筋早因变形过大而断开破坏、工程具体情况、建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。
三、框架-剪力墙结构方案的确定
1、框架-剪力墙结构方案选型
对于有抗震设防的框架-剪力墙结构,正确而合理的设计方案其首要任务必须满足抗震设防的要求,在场地地基、建筑体型、结构体系的质量、刚度分布、构件强度、延性等方面要慎重考虑。
2、框架-剪力墙结构设计
框架-剪力墙结构具有较好的延性和耗能能力,是一种较为理想的抗震结构型式,对于框架-剪力墙结构,合理设计框架、剪力墙以及连梁,对框架剪力墙结构抗震能力是非常重要的,钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ3-91)考虑了框架-剪力墙结构中剪力墙开裂后刚度降低,使框架承受的水平荷载大于弹性分析结果,则规定框架承受水平剪力不小于0.2V01框架-剪力墙结构进入弹塑性阶段后,剪力墙上部弯矩增大,下部弯矩减小,反弯点位置下移,剪力墙担负的剪力上、下部变化较大,中部变化较小,但是剪力墙设计控制内力变化不大,框架-剪力墙结构屈服以后,结构的刚度特征值λ将改变,框架的最大剪力层转移,如果屈服顺序依次为剪力墙框架梁框架柱,则λ值增大,框架的最大剪力层下移;如果是框架梁先屈服,则λ值降低,最大剪力层上移,框架-剪力墙结构抗震设计中,应尽可能设置抵抗地震的多道防线,一般情况下,剪力墙作为第一道防线首先屈服,将框架设计作为第二道防线。
因此,要充分认识到框架在剪力墙屈服后增加的荷载效应,让框架柱承担竖向荷载的构件有充分的安全储备,并且针对第二道防线,框架结构作抗震验算,总之,适当处理构件的强弱关系,使其形成多道抗震防线,是增强结构抗倒塌能力的重要措施。
四、合理分析计算结果
1、合理分析,正确简化计算程序要求的计算,如TBSA程序对剪力墙按薄壁柱考虑的分析是有条件的,即剪力墙的总高度比截面最大尺寸要大得多,洞口上下基本对齐,上下层剪力墙截面不要突变,每片剪力墙不得多于19个墙段,实际工程中如果不符合这个要求,将影响计算结果的正确性1对于屋顶上部设置扩播电视电信的钢塔,用TBSA程序计算时,首先将钢塔转换成为等刚度、等质量的薄壁筒体与下面结构整体计算,然后,再按得到的内力另外进行钢塔的设计,框架-剪力墙结构中,剪力墙不落地时,形成框肢剪力墙结构,用TBSA程序分析,先将计算洞口划分为平面剪力墙或较简单的L形和I形剪力墙,转换层设托梁支承,用无柱连接点与上层剪力墙连接,当每片墙的支承柱数为3根或更多时,转换梁的刚度要取得很大的高度,这种简化便于整体分析,但转换层和上下相邻层的内力和配筋运用另外的计算程序进行设计。钢管混凝土、型钢混凝土构件有按刚度相等的条件转换成圆形或矩形截面的混凝土构件进行整体计算,求得内力后再按有关规定对构件进行承载力设计。
关键词:框架一剪力墙;剪力墙数量;剪力墙布置
前言
现代社会,人们对于环境、生存质量的要求逐渐提高,然而随着地震等自然灾害的发生,各种的问题随之而来,给人们的日常生活带来了极大的危害和困难。近些年来我国地震的反复发生给人们敲醒了警钟,在地震中致命的不是地震本身,而是未采取抗震措施或抗震措施采用的不当低质量的建筑物的倒塌,因此结构的选型、施工的质量等问题是建筑行业必须关注的重要问题。
一般来说,框架结构的受力比较均匀,加设剪力墙之后,更提高了抗震性能,本文从框架-剪力墙结构入手,说明了在当前的建筑设计中,一些合理的结构方案布置会带来更好的抗震效果,为我们的生活提供了更加安全保障。
一、框架-剪力墙结构概述
过去,由于人们对于地震等自然灾害的认识不足,造成了在地震中大面积建筑物的倒塌,这主要是自然和人为两个因素造成的。自然因素是近些年我国地质灾害增多,很多的未进行抗震设防的建筑难以抵制;人为因素主要是指在建筑、结构的设计和施工中缺乏一定的标准,或是抗震设计达不到法规的要求,造成房屋倒塌的危险。
因此,抗震性能良好的建筑物被广泛兴建,特别是框架-剪力墙结构的建筑物,以其良好的抗震性能受到工程师的青睐。在框架-剪力墙结构的建筑物中,合理布置剪力墙,即满足建筑对大空间使用的要求,又使材料的刚性和空间的配置能够达到规范的要求,这种情况下,房屋的承载能力和防震能力会进一步提升,从而减少地震等自然灾害对于房屋的影响。
1.框架-剪力墙结构概述
框架-剪力墙结构俗称框-剪结构,这种结构主要是由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙组成,剪力墙的作用是主要的抗侧力构件,是抗震设防的第一道防线。这种结构普遍应用于高层建筑或抗震设防烈度较高地区的多层建筑。规范规定,在基本振型地震作用下,当剪力墙承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,我们定义为框架-剪力墙结构,房屋最大高度、框架及剪力墙的抗震等级按框架-剪力墙结构取值;当剪力墙承受的地震倾覆力矩不足结构总地震倾覆力矩的50%时,我们定义为带有少量剪力墙的框架结构,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定,最大适用高度可比框架结构适当增加。
2.框架一剪力墙结构的优点
2.1. 在抗震设防烈度相同时,框架一剪力墙结构因其抗震能力较接近剪力墙结构,规范允许的房屋最大高度比框架结构要高很多;
2.2 框架一剪力墙结构比起剪力墙结构,其建筑空间布置更加灵活,可以有较大的空间区域,更容易满足使用功能的需求,如办公楼、医院的住院楼等;
2.3. 框架一剪力墙结构在水平荷载作用下的整体侧向变形介于弯曲型与剪切型之间,是中庸的类型;在建筑材料用量、工程造价、施工速度、使用的舒适度等各方面都比较适中。
3.框架一剪力墙结构的受力特点
框剪结构的受力特点,是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式,所以它的框架不同于纯框架结构中的框架,剪力墙也不同于纯剪力墙结构中的剪力墙。框架结构的变形是剪切型,上部层间相对变形小,下部层间相对变形大;剪力墙结构的变形为弯曲型,上部层间相对变形大,下部层间相对变形小。框架一剪力墙结构,由于两种结构协同工作,变形协调,形成了弯剪变形,从而减小了结构的层间相对位移比和顶点位移比,使结构的侧向刚度得到了很大的提高。
因此,在这种结构中,需要合理地确定剪力墙的位置、数量,成为关键问题。
二、.剪力墙数量的合理确定
2.1地震荷载与剪力墙刚度之间的关系
地震荷载与剪力墙刚度成正比关系,即地震荷载随剪力墙刚度的增大而增大,随剪力墙刚度的减小而减小,剪力墙刚度越大,吸收的地震荷载也越大。但如果剪力墙的布置过少,则其刚度会相应的减少,房屋的变形增大,层间位移角不满足规范要求,不能抵抗地震荷载;反之,如果剪力墙布置的过多,则其刚度会相应的很大,房屋的自振周期减小,引起了地震荷载的增大,而且所耗的材料也会增大,施工工期也会加长,同时限制了建筑空间的有效使用。所以,我们要研究的主要任务是怎样合理选取剪力墙的刚度,选取一个合适的剪力墙刚度不仅减小了地震荷载,而且又满足了房屋的使用和变形要求。
2.2剪力墙合理数量的确定
根据参考文献[1]中有关公式,可以大致算出剪力墙的用量。但实际设计过程中,多数工程师更倾向于先参考以往类似布局及房屋高度的工程,根据实际工程情况,在征得建筑师的同意并在其密切配合下,利用方便的计算程序,经过多次试算,最终确定剪力墙的布置数量。另一方面,剪力墙数量的合理与其布置的位置密切相关。
三、剪力墙位置的合理设置
《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定:框架-剪力墙结构可采用下列形式:
1 框架与剪力墙(单片墙、联肢墙或较小井筒)分开布置;
2 在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙(带边框剪力墙);
3 在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙;
4 上述两种或三种形式的混合。
对于框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求:
1 剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大;
2 平面形状凹凸较大时,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;
3 纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[形等型式;
4 单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40%;
5 剪力墙宜贯通建筑物的全高,宜避免刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜上下对齐;
6 楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置;
7 抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
剪力墙的布置还应注意以下几个方面:
3.1平面布置
剪力墙应双向布置,每个方向的剪力墙应尽量做到均匀、对称,当结构的第一周期为扭转周期时,应沿结构平面的周边布置,且布置在端部、转角部位更能有效地控制结构的扭转,同时尽量做到楼层平面的刚度中心与楼层结构的质量中心相结合,保证结构的第一及第二周期为平动,且结构的第一扭转周期与第一平动周期的比值小于0.9,以满足规范的要求,提高结构抗扭能力,增加结构的安全性。
3.2剪力墙的厚度
剪力墙的厚度不应小于160mm且不应小于层高的1/20,底部加强部位的剪力墙厚度不应小于200mm,且不应小于层高的1/16。剪力墙的周边应设置边框梁,和端柱组成边框;边框梁宜与同层框架梁相同;端柱截面宜与同层框架柱相同;剪力墙底部加强部位的端柱和紧靠剪力墙洞口的端柱宜箍筋沿柱全高加密间距100mm。剪力墙的竖向和水平向分布钢筋,配筋率均不应小于0.25%,并且双排布置,拉结筋问距双向不大于600x600mrn,直径不应小于6mm。
3.3剪力墙的间距
对于长矩形平面或平面有一部分较长的建筑,其横向剪力墙沿长方向的间距宜满足规范的要求,当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时,剪力墙的间距应适当减小;且纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。
3.4剪力墙的长度
每一墙肢的长度不宜大于8m,过长的墙肢可以利用留设高度不小于2/3层高的施工洞口,划分成两个以上的墙肢,形成联肢墙。施工洞口的留设,同时也方便了施工时的运输及通行,施工洞口可后砌轻质填充墙,材料与框架间的轻质填充墙体一致。
四、结语
现今,在我国的房屋设计中,结构的抗震设计是必不可少的,抗震规范也逐渐从严控制。具有优异抗震性能的框架—剪力墙结构现已被广泛地应用于各类房屋建筑中。这种结构融入了框架及剪力墙的优势,能够更好的承担地震的负荷,保证人民的生命和财产安全,做好防震减灾工作,不仅是建筑行业的大事,也是我国经济发展和社会进步的保证。
参考文献
[1] 张瑞文. 框架—剪力墙高层建筑结构优化设计研究[J]. 山西建筑. 2010(01)
【关键词】高层建筑结构;框架-剪力墙结构;动力特性
1框架-剪力墙结构体系概述
框架-剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。由于框架结构具有侧向刚度差,水平荷载作用下的变形大,抵抗水平荷载能力较低的缺点,但又具有平面布置较灵活、可获得较大的空间、立面处理易于变化的优点;剪力墙结构则具有强度和刚度大,水平位移小的优点与使用空间受到限制的缺点。将这两种体系结合起来,相互取长补短,可形成一种受力特性较好的结构体系-框架,剪力墙结构体系。剪力墙可以单片分散布置,也可以集中布置[1]。为了初步了解结构的动力特性,对框架.剪力墙结构进行模态分析,并从影响结构的动力特性的不同因素考虑结构的固有频率和振型的变化规律。
2框架-剪力墙结构的动力特性探讨
2.1结构的模态分析
结构的地震反应决定于结构本身固有特性和地震动特性。结构体系中比较重要的动力特性是结构在无阻尼情况下的自由振动频率和相应的振型。结构在动荷载作用下结构内部构件的最大内力、位移和变形等都与结构的固有频率和振型特点密切相关,因此寻求自振频率和振型是进行各项动力分析的前提和基础,寻找结构的固有频率和振型是计算分析的主要内容,因此首先进行模态分析。本文利用ANSYS中的子空间迭代法,对初始模型进行模态分析,初步了解了框架.剪力墙结构的动力特性。
考虑竖向重力荷载对模态的影响,采用子空间迭代法进行模态求解,分析不同模型下的自振频率及前几阶振型图,观察此框架-剪力墙结构的自振频率规律及各阶模态的振型曲线、振型特性的规律。
表1前十阶振型特点,通过表1可以看出,出模型的第一振型为X方向整体平动,对应频率为O.6897Hz,周期为1.4536s,对应最大位移为0.8310mm;第二振型为Y方向整体平动,对应频率0.8740Hz,周期为1.1494s,对应最大位移为0.7865mm。第一、第二振型沿高度都呈较明显的弯曲型位移分布,即底部变形较小,而上部位移较大,且第一主振型X方向的最大位移大于第二主振型Y方向的最大位移,这是由于结构X方向为长轴方向,沿X方向布置的剪力墙间距较大,Y方向为短轴方向,沿Y方向布置的剪力墙间距较小,使x方向的刚度较Y方向的小,因此结构的振动控制方向为x方向。又由第一、第二周期相差不大,可知结构的刚度分布是比较均匀的。第三振型为绕Z方向的扭转振型,对应频率为1.3721Hz,周期为0.7288s,符合高层建筑结构设计规范中前两阶振型不能为以扭转振型为主的规定。结构以平动为主的第一自振周期
T1=1.4536s,以扭转为主的第一自振周期T3=0.7288s,其比值T3/T1=0.5014,小于《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)中规定的值0.85,从扭转变形分布特点上看,整体协调性较强,没有出现显著的局部位移放大现象,说明本结构体系平面布置对称、规则合理,立面上质量、刚度分布较均匀,结构抗扭能力满足要求。
从以上分析结果表明,本文的框架-剪力墙结构计算模型具有良好的整体性能,适合于计算研究。
2.2结构内部特性对结构动力特性的影响
几个低阶振型的运动在总运动中占主导地位,因此这里主要对结构前两阶振型即结构的X向一阶、Y向一阶进行分析,研究框架-剪力墙结构的动力特性变化规律。结构的动力特性及抗震性能跟结构的内部构造有关系,因此本文针对不同剪力墙厚度、不同楼板厚度、不同底层高度、有无中间剪力墙这几种情况来分析框架,剪力墙结构的固有频率、振型的变化规律,从而研究结构抗震性能。
2.2.1不同剪力墙厚度的模态分析
通过不同剪力墙厚度情况下结构的固有频率和幅值比较分析,随着剪力墙厚度的增加,框架-剪力墙结构的固有频率逐渐增大,结构振动的振幅即最大位移逐渐减小,这说明剪力墙厚度影响着结构的动力特性,剪力墙厚度的增加在一定程度上提高了结构的抗震能力。
2.2.2不同楼板厚度的模态分析
通过不同楼板厚度情况下结构的固有频率和幅值比较分析,随着楼板厚度的增加,框架-剪力墙结构的固有频率逐渐减小,减小趋势趋缓,结构振动的振幅即最大位移也逐渐减小,这说明楼板厚度同样影响着结构的动力特性,但影响不是很明显,楼板厚度的增加也不一定提高了结构的抗震能力。因此,对于高层框架.剪力墙结构楼板的选择要根据其结构固有特性进行验算选择适当的楼板厚度。
2.2.3不同底层高度的模态分析
通过不同底层高度情况下结构的固有频率和幅值比较可得,随着底层高度的增加,框架-剪力强结构的固有频率逐渐减少,结构振动的振幅即最大位移也逐渐减小,且X向的一阶最大位移在底层高度4.5-5.5m时变化幅度较大。以上分析说明框架-剪力墙结构的底层高度对结构的动力特性有很大影响,单从固有频率角度考虑,应该减少底层高度,单从振动幅值角度考虑,应增大底层高度,所以对于高层框架-剪力墙结构底层高度的选取,应大于楼层高度的1.5倍,小于楼层高度的2倍。
2.2.4有无中间剪力墙的模态分析
从有无中间剪力墙情况下的结构的固有频率和幅值比较分析,对于沿Y方向结构中间位置是否布置剪力墙的情况,以X方向为第一主振型的一阶固有频率,无中间剪力墙较有中间剪力墙稍大些,而以Y方向为第二主振型的二阶固有频率,在无中间剪力墙情况下较有中间剪力墙情况小些,这说明沿Y方向中间位置布置的剪力墙对于以Y方向为主振型的结构的固有频率影响较大。而以X、Y方向各自为主振型的X向一阶最大位移和Y方向一阶最大位移,在无中间剪力墙情况下较有中间剪力墙情况下都有所增大,这说明有中间剪力墙的结构,无论在Y方向还是x方向上,刚度都有所增加。从以上分析可知,整体考虑,对于框架.剪力墙结构,应适当在中间位置布置剪力墙以调节结构的整体刚度,从而提高结构的抗震能力。
关键词:框架-剪力墙;组合墙;连梁;剪压比超限
中图分类号:S611 文献标识码: A
引言
随着经济的发展和科技的进步,人们对建筑的安全和经济效益的要求越来越高,框架-剪力墙结构的设计也在精益求精。这就要求我们设计人员在对框架-剪力墙结构有很好的理解与把握的基础上,在能很好的实现功能要求的前提下,通过对结构构件正确的受力分析和合理的配筋,达到节约资源的目的。
1、房屋结构中框架-剪力墙结构特点
1.1、框架-剪力墙的受力与变形特点
框架-剪力墙的结构组成不是单一的结构形式,它是由框架和剪力墙两种不同的结构组合而成,而这两种结构在水平荷载下的受力和变形都差异很大。其中框架以剪切型变形为主,此时楼层越高层间侧移越小,而剪力墙是以弯曲型变形为主,楼层越高层间侧移越大,通过本身平面内刚度很大的楼板把它们连在一起,迫使框架和剪力墙在楼板标高处发生共同变形。正是这种协同工作,使得框架下部变形减小,负担剪力较小,剪力墙下部变形增大,负担剪力增加,而框架上部变形加大,负担剪力增大,剪力墙上部变形减小,负担剪力减小。这样,框架-剪力墙结构中框架的剪力及变形都趋于均匀化。
1.2、框架-剪力墙结构的概念设计
在房屋中抗震设计一般要遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则。一般地震的破坏力是多方向性的,所以建筑物在进行抗震设计时要在各个方向布置抗侧力构件,以抵抗水平荷载,保证结构的承载力,提高建筑物的抗震性。框架剪力墙结构中,柱子的抗剪刚度相对于剪力墙来说是很小的,柱子承担的楼层地震总剪力也是很小的,而将框架作为抗震的第二道防线,应通过调整地震剪力使框架本身具有足够的抗震能力。
2、框架-剪力墙的计算方式
在框架-剪力墙结构中,剪力墙所承受的竖向荷载,一般是通过楼面传递到剪力墙上。竖向荷载在连梁内和墙肢内产生的轴力不同,一般按照剪力墙的受荷面积进行简单计算。在水平力作用下,用二维平面分析剪力墙受力问题,同时运用平面问题求解,结合计算机,利用有限元方法计算。在工程设计中,依据具体情况进行分别设计。
3、框架-剪力墙结构问题的探讨
3.1、组合墙的认识与应用
在框架-剪力墙结构设计中,我们一般都是在计算机中建好模型,利用计算机对结构进行分析和计算。而在利用计算机进行计算,一般软件在计算剪力墙端部纵筋时,先将各种各样的剪力墙分成一个个的直线墙段,再对各个直线墙段按单向偏心受力构件进行计算,在计算结果中输出的也是直线墙段单个端部暗柱的计算配筋,对于由墙肢相交的边缘构件配筋是把各个墙肢的配筋相加得出的。对于带边框柱的剪力墙,最终边缘构件配筋是先几部分构件单独计算,一部分为与边框柱相连的剪力墙暗柱的计算配筋量,另一部分为边框柱的计算配筋量,然后叠加配筋结构,并与规范构造要求比较取大值。这样就会让一些能够发挥作用的构件没有参与计算(例如翼墙),并且两个方向同时取各工况下的最大配筋,明显与现实中有的情况不符(例如X向和Y向地震不可能同时出现),导致计算结果偏于保守,还可能会产生相邻墙体配筋相差较大,使计算结果不合理。正是基于上述原因,我们有必要对组合墙进一步的分析。
组合墙的配筋原理是假定该组合墙满足平截面假定,按照双偏压原则进行配筋计算。它的内力是通过将组合墙中的各个墙肢或柱的内力按各个工况组合向组合墙的中心转化得到的。因此在用计算机对组合墙进行计算时,我们首先要确定一组组合墙是否满足平截面假定。
《建筑抗震设计规范》中第6.2.13条第1项规定:抗震墙结构、部分框支抗震墙结构、框架-抗震墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构、板柱-抗震墙结构计算内力和变形时,其抗震墙应计入端部翼墙的共同工作。第6.2.13条第3项条文说明:抗震墙应计入腹板与翼墙共同工作。2001规范规定:“每侧由墙面算起可取相邻抗震墙净间距的一半、至门窗洞口的墙长度及抗震墙总高度的15%三者的最小值”,可供参考。《混凝土结构设计规范》中第9.4.3条规定:在承载力计算中,剪力墙的翼缘计算宽度可取剪力墙的间距、门窗洞间翼墙的宽度、剪力墙厚度加两侧各6倍翼墙厚度、剪力墙墙肢总高度的1/10四者中的最小值。规范在进行受力计算时是以平截面假定为基础的,我们可以认为当翼墙的长度小于规范允许的计算长度时,可以将该段翼墙定义为组合墙的一部分。这样在设计时就可以将满足规范要求的定义为组合墙,按照组合墙的形式进行计算和配筋,使结果更加经济合理。
3.2、框架-剪力墙结构中连梁超限的问题
连梁作为结构的第一道防线,在地震作用下,使连梁屈服先于墙肢,在连梁端部出现弯曲屈服塑性铰,以此消耗地震能量,并且让墙肢形成多铰机构,使结构具有更大的延性。框架-剪力墙结构中,连梁与框架梁相比容易超限的原因:一方面是连梁跨度小,另一方面是连梁线刚度大,对墙肢的约束作用大,梁端的约束弯矩也大。较大的弯矩除以较小的跨度,连梁剪力较大,容易超限。而连梁的超限,一般都是剪压比超限。剪压比超限会使连梁出现脆性破坏,也就意味着地震时延性连梁的失效。因此,我们要控制连梁的剪压比,保证在地震作用下连梁能很好的发挥作用。
对于连梁的剪压比超限,我们习惯于加大连梁高度来减小连梁的剪压比。但连梁剪压比并不是随着梁高的增加而一味的降低,它是和连梁与墙肢(框架柱)的线刚度之比K相关的。当K小于1/3时,连梁的剪压比随梁高的加大而增加,随梁高的减小而降低;当K大于1/3时,连梁的剪压比随梁高的加大而降低,随梁高的减小而增加。常见的连梁线刚度相较于墙肢或框架柱的线刚度是较小的,我们可以采用减小梁高来降低连梁的剪压比,即对连梁刚度折减、减小连梁计算高度、采用双连梁的方法,也可以采用弯矩可塑性调幅或连梁的铰接处理的方法进行调整。
对连梁刚度进行折减,可以使连梁线刚度减小,对墙肢的约束作用减小,梁端的约束弯矩、梁端剪力也相应减小,以此来调控剪压比。对于刚度折减后仍不能满足要求的,我们可以局部的减小连梁计算高度,但在实际施工图中还是按原来的连梁截面,纵向钢筋按照减小后的连梁约束弯矩进行计算,这样既满足了“强剪弱弯”的要求,又使连梁的计算满足规范。对跨高比较小的深连梁,可以从中间以水平缝隔开形成“双连梁”。在结构设计中,一般是将双连梁按连梁抗剪截面面积相等的原则等效,等效连梁的宽度是“双连梁”宽度的两倍,高度和“双连梁”相等,按简单等效后的连梁截面进行结构分析计算,再根据计算结果对连梁进行配筋计算。在调幅法中,我们可以通过对梁端弯矩和剪力进行塑性调幅,但要考虑连梁内力重分布时,抗震墙的地震效应设计值要加大。在连梁的铰接处理中,我们要注意对抗震墙的包络设计,即对抗震墙按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析,并按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。
结束语
框架-剪力墙结构作为当代建筑中一种重要的结构形式,在社会的发展与进步中发挥着举足轻重的作用,作为一名结构工程师,我们应在灵活运用已有成果的基础上,不断的改进和完善这种结构形式,使它更加经济适用。
参考文献
[1]高文皂,沙晓东,高强.剪力墙连梁的剪压比超限问题初探[J].建筑结构,2010,04:495-501.
关键词:小高层住宅;结构体系;异形柱框架剪力墙
目前,国家住宅规范中规定,中高层住宅为7~9层的住宅,高层住宅为10层及以上的住宅。对于层数为7~11层的住宅,它们具有共同的特点就是其平面布局类似于多层住宅,有载人电梯但无消防电梯,这类住宅摒弃了12层以上高层住宅的缺点,同时保持了多层住宅节约用地、接近自然的优势,同时具有良好的通风、采光、观景效果和良好的户内布局等优点,因此这类住宅更能满足人们的需求。中高层住宅常采用的结构体系有异形柱框架剪力墙结构、短肢剪力墙结构和一般剪力墙结构,通过对中高层住宅的3种常用结构体系的论述,对其进行分析比较。
1 异形柱框架剪力墙结构
异形柱是指截面形式为L形、T形和十字形,且截面各肢的肢高与肢厚的比值不大于4的柱。当楼层较多时,异形柱往往因柱截面、轴压比、抗侧刚度的影响,难以满足要求。此时常用的做法是增大异形柱的肢长,使柱肢高宽比大于4.0,演变为短肢剪力墙,或者与短肢剪力墙一起使用,使结构变为异形柱框剪结构。异形柱结构的一个独立单元内,结构的平面形状宜简单、规则、对称,减少偏心,刚度和承载力分布均匀。异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通;异形柱截面肢厚中心线宜与框架梁及剪力墙中心线对齐。对异形柱结构中处于受力复杂、不利部位的异形柱宜采用一般框架柱,改善结构的整体手里性能。
异形柱框架剪力墙结构中的剪力墙间距不宜太大,当剪力墙之间的开洞较大时,剪力墙的间距宜适当减小。结构竖向布置时要求立面及剖面规则、均匀,避免过大的外挑和内收;结构的侧向刚度沿竖向宜均匀变化,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力沿竖向的突变,竖向结构构件的截面尺寸和材料强度不宜在同一楼层变化;异形柱框架剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐连续贯通房屋全高。试验研究及理论分析表明:异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载作用方向不同而有较大的差异。在T形、L形和+形3种异形柱中L形柱差异最为显著。
2 短肢剪力墙结构
短肢剪力墙属于剪力墙结构,根据JGJ3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》,短肢剪力墙是指墙肢截面高度和厚度之比为5~8的剪力墙。高层住宅不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构,在楼梯、电梯间等位置处设置筒体或一般剪力墙,与部分的竖向构件,在间隔墙交接处布置适量的短肢剪力墙共同抵抗水平力。短肢剪力墙形式为L形和T形,也有少量的十字形、Z字形、一字形。各墙肢间布置框架梁或连梁把短肢剪力墙和核心筒连成一个整体。短肢剪力墙结构的布置时要求:
① 内外剪力墙应尽量拉通,对直,平面布置上宜周边布置均匀,增大房屋的刚度,从而减小结构的扭转周期;要求每片剪力墙的抗侧刚度相差不大,避免出现刚度特大的剪力墙造成受力过于集中;对称布置有利于使结构的质心和刚心重合,可以减少建筑物受到的扭矩;纵横向剪力墙宜合并布置成T形、L形、)形、+形,以使纵墙可以作为横墙的翼缘,横墙可以作为纵墙的翼缘,提高其承载力和刚度。短肢剪力墙宜布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处,短肢剪力墙宜设置翼缘,满足竖向荷载和抗侧力的需要。
②在竖向布置上剪力墙应连续,剪力墙的洞口宜上下对齐,成列布置,使剪力墙形成明确的墙肢和连梁,成列开洞的抗震墙传力途径合理,受力明确。不宜采用错洞墙。
③在外凸部分、平面外边缘和角点处,应力集中的部位,设置短肢剪力墙时要满足平面刚性和抗扭的要求,这些部位都是整个结构体系抗震比较薄弱的部位,当存在扭转效应时,这些部位的墙肢容易先开裂,因此在这些部位应加强抗震构造措施,例如采取减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率等方法。
④剪力墙的门窗洞口宜规则,均匀布置,上下对齐,形成明确的墙肢和连梁,应避免各墙肢间刚度相差悬殊。
⑤一字形短肢剪力墙延性及平面外稳定性十分不利,因此不宣布置单侧楼面梁与之平面外垂直或者斜交。同时剪力墙的布置并不是越多越好,因为布置过多的剪力墙虽然结构刚度增大,能抵御很大的地震力,但在使用功能上有时很不方便,且结构自重将明显增加,造成结构和基础材料的过多消耗。因此,在短肢剪力墙的布置中,初始墙率的选取极为重要 以七度抗震设防地区短肢剪力墙结构体系(墙厚200 mm)墙率的范围为4.5%~6.0%较合适。结构的刚重比和剪重比均随着墙厚的增加而增大,这说明增加墙厚可以提高结构的安全性和稳定性。增加结构的墙肢长度也可以提高结构的抗侧移刚度。
3 一般剪力墙结构
按照《高层建筑混凝土结构技术规程》规定,剪力墙是指墙肢截面的高度与厚度之比大于8的剪力墙,而一般剪力墙结构就是指除短肢剪力墙以外的纯剪力墙结构。剪力墙结构中,剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置,避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙结构应具有延性,高宽比大于2的剪力墙属于弯曲破坏的延性剪力墙,可以避免脆性的剪切破坏,因此较长的剪力墙宜开设洞口,将其分成长度较为均匀的联肢墙或整体强,墙段之间宜采用连梁连接,墙肢截面高度不宜大于8 m。相对于其他结构形式,一般剪力墙结构的墙肢高度较大,平面内的刚度和承载力大,而平面外刚度及承载力小,应沿梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙,抵抗该墙肢平面外弯矩。一般剪力墙结构的布置原则、计算方法等与短肢剪力墙的类似。
关键词: 框架―剪力墙 特一级 超长结构
中图分类号:TU2 文献标识码: A
1、框架―剪力墙结构建筑特点
框架―-剪力墙结构体系是指把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系。这种结构既具有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度和较强的抗震能力,因而广泛应用于高层公共建筑中。
在框架―剪力墙结构中,框架和剪力墙同时承受竖向荷载和侧向力。在竖向荷载作用下,框架和剪力墙分别承担其受荷范围内的竖向力;在侧向力作用下,框架和剪力墙协同工作,共同抵抗侧力。框架结构的变形是剪切型,上部层间变形小,下部层间变形大。剪力墙结构的变形是弯曲形,上部层间变形大,下部层间变形小。当框架结构和剪力墙结构相互配合,相互作用的时候,原来各自的变形就会综合成弯剪变形,减小了层间的相对位移和顶点位移,使得整个结构受力更为均匀,结构更为稳定。
2工程概况及基本参数
某医院门急诊儿科综合楼,地下三层,地上十三层(不包括设备层),另有机房层局部突出屋面。结构总高度为54.50 m(不包括局部突出屋顶部分)。地下二、三层为设备用房、停车库;地下一层为设备用房;一层布置门诊和住院大厅、急诊、儿科、影像中心等;二层是门诊、口腔科、窥镜中心;三层是门诊、超声中心、功检科;四层是门诊、病理科、检验科;五层是手术部、ICU;设备层是信息机房和设备用房等;六层至十三层为病房;十四层为屋顶机房层;机房层屋面为直升飞机停机坪。
本工程所在地,抗震设防烈度为8度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度值为0.2g,建筑场地类别为III类,设计特征周期值为0.45s,抗震设防类别为乙类,地震作用按8度,构造措施按9度,剪力墙和框架抗震等级均为一级,抗震构造措施均为特一级。地面粗糙度为C类,基本风压按照50a重现期的风压值采用,取基本风压为0.4kN/m2.
3结构平面布置
1)建筑标准层平面为长方形,长96.0米,宽53.0米。标准层的中部为交通核,设为钢筋混凝土剪力墙核心筒,建筑四角的楼电梯间部位亦设计为剪力墙,以增强结构的抗扭刚度。其余位置采用钢筋混凝土框架柱,与剪力墙共同构成抗侧力体系。楼面梁采用主次梁形式,主梁截面以350mmx700mm和350mmx800mm为主。楼板采用现浇混凝土楼板。地下3层至地下室顶板的板厚均取为200mm,地上部分楼板以120mm为主,梁板混凝土强度等级为C30。基础采用梁板式筏基,基础底板厚度,中间核心筒处为1800mm,其余位置为700mm。标准层平面布置见图1。
图1
4结构立面
1)建筑立面强调竖直线条,材质以石材玻璃竖条窗为主,窗下墙为深灰色铝板。石材竖条间以深色金属线条对比突出建筑的挺拔感,外观整体造型简约纯净,彰显建筑物的挺拔、大气,体现了简洁明快的现代风格。由于建筑的立面较为规则,结构的框架柱和剪力墙的尺寸及混凝土强度由下而上均匀减小,相邻层刚度没有出现明显的突变,整体刚度变化均匀。
2)按《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定:抗震墙的厚度,一、二级不应小于160mm且不宜小于层高或无支长度的1/20。底部加强部位的墙厚,一、二级不应小于200mm且不宜小于层高或无支长度的1/16。本工程框架柱、剪力墙截面尺寸见表1,混凝土强度等级见表2。
表1 框架柱、剪力墙截面尺寸
表2 柱、墙混凝土强度等级
5结构计算
本工程设计基准期50a,设计使用年限50a,采用多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件satwe进行计算分析。楼面活荷载标准值按荷载规范取值。结构在竖向重力荷载、风荷载及多遇地震作用下的内力和位移均按弹性方法计算。楼板平面内刚度无限大,框架梁和连梁等构件考虑局部塑性引起的内力重分布。考虑双向水平地震下的扭转地震作用效应,。施工过程的模拟采用分层加载法。结构计算结果见表3:
表3 结构计算结果:
6构造措施
框架―剪力墙结构的柱和墙轴压比、配筋要求、底部加强部位和边缘构件设置等,都应符合《高层建筑混凝土结构技术规程》3.10条和第8章的有关规定。
1)本工程的剪力墙,未设边框梁时,均在结构楼层标高处的剪力墙内设置暗梁,暗梁宽度同墙厚,高度同本层框架梁。
2)底部加强部位和其上一层的墙肢端部设置约束边缘构件,其余各层设置构造边缘构件。边缘构件均按特一级设置。
3)考虑到结构在地震作用下破坏后的延性问题,应控制剪力墙和框架柱的轴压比不超过《高层建筑混凝土结构技术规程》第6.4.2条和7.2.2条的规定。
4)由于本工程地下室及地上为超长结构(96.0m左右),为减小结构的混凝土收缩和温度应力等对结构的不利影响,除设置800mm后浇带外,同时采取以下措施:
a、屋面板的最小配筋率控制在0.25%,设置双层双向贯通钢筋。
b、混凝土原材料应采用低收缩、低水化热水泥,采用碎石骨料,基础底板的混凝土加入适量防水剂;同时应严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量。
c、施工中控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度,以部分抵消混凝土收缩和温度应力对结构的不利影响。在混凝土浇筑施工中,采取二次振捣措施,并加强混凝土养护,特别是前期养护。
7结语
对于框架―剪力墙结构,应尽量发挥剪力墙抗侧刚度大的特点和优势,在平面布置上适当规整,在立面空间上要避免刚度突变,力求简洁整齐。相应的构造措施能提高结构的受力性能,同时也要仔细分析比对模型的计算结果,以合理的完成此类型结构的设计。
参考文献
(1)姜学诗 混凝土结构设计问答实录 北京.机械工业出版社.2009
(2)建筑抗震设计规范(GB50011-2010)
关键词:建筑工程;剪力墙结构施工;转换层技术
1、建筑工程案例
某建筑工程占地面积大概2363m2,总建筑面积为13720m2,地上共12层。建筑施工方打算把一到三层用作商铺,四层作转换层,五到十一层用作商品住宅,十二层则用作跃式住宅。这项工程的基础以预应力混凝土的管桩为基础,其主体结构采用钢筋混凝土式的框架结构。另外施工人员需在电梯井位置设置剪力墙,整个屋盖需制作成全现浇钢筋的混凝土屋面。框架剪力墙结构也被人们广泛的称之为框剪结构,是通过在工程施工中布置了一定数量的剪力墙体系,构成了灵活自由的使用空间,从而满足了现代化社会发展中人们多样化社会需求,也实现了现代化社会发展中的多样化与个性化要求。
2、房建工程剪力墙结构施工技术分析
建筑工程的剪力墙结构施工分类很多,因此施工中所要使用的技术种类也相对较多,下面就来简要分析下剪力墙施工中关键性应用技术。
2.1 钢筋工程的施工技术
由于该工程的钢筋用量约610吨,加之它的规格不一,比如直径有6mm的、8mm的以及10mm的Ⅰ级钢,也会选择一些直径分别是12mm、14mm以及 16mm不等的Ⅱ级钢。由于钢筋的直径大,节点钢筋的安装密集,以至于整个钢筋安装过程中很难将保护层厚度控制好,同时在对混凝土进行浇筑时还容易导致钢筋出现位移情况,因此浇筑混凝土节点位置等施工工序便成了工程的施工难点。这些问题并非不能防治,我们通常可以选择如下措施进行处理:1)在柱筋的设置工作完成后才能定位箍筋框,另外还要采用墙体水平梯格筋以及竖向梯格筋来控制钢筋以免发生位移。对一些圆柱进行箍筋和定位时要先进行实体放样并制作一些定型的加工模具,这样才能取得极佳的施工效果。2)由于钢筋梁柱节点分布比较密集,因而需要施工人员先利用计算机进行绘图放样,然后按照1:1的比例在施工现场把模拟模板制作好,而且每根钢筋该如何放置、放置在哪以及交叉的形式都需要提前安排好,以便现场施工时能够更加高速快捷的完成施工作业。3)由于主体工程每层层高都不一样,比如一层可能为6m,二至三层可能为5.2m,四到十层则可能为4.5m,而十一层为3.8m,对每层进行施工时都需要按照层高来把墙柱直螺纹的接头甩头位置计算出来,而且要严格的按照甩头位置对钢筋进行下料和施工,以确保接头位置以及接头的百分率。4)施工人员要严格按照样板引路制进行施工,也就是说每个施工队伍在全面开展工程的施工前,要现场对各实体部位的样板进行制作,一旦验收合格后,才能正式开展施工,并严格按照样板的标准实施。
2.2 模板工程的施工技术
1)采用多层板加方木肋条系统施工。主体工程的混凝土结构外观需要满足混凝土施工规范和施工设计的要求,为了达到这一目的,施工人员着重关注墙、柱、梁以及模板这些环节使用材料的选型和细部节点的处理问题,并且取得了极好的施工效果。在对墙体模板进行选材时,一定要严格把握材料的质量。通常梁以及板模板要选择厚度为18mm的新多层胶合模板,此外根据该工程层高分布不一的特点,施工人员可以对不同的层高采取不同的组拼方法。2)分析高支模板支撑架的施工流程。这项工程的首层高为6m。所以怎样确保支撑架体系的稳定以及安全性变得至关重要。在高支顶板模施工时会采用以碗扣架为主的支撑体系,施工时采用的钢管、木方等各种施工材料所应具备的计算参数要根据现场测量的数据来取值。对于支撑高度在6m位置的碗扣架要每隔4排设置一个水平剪力撑,且要将剪力撑和立杆连接起来,此外支架四周的外立面也要设置一些剪力撑。在安装顶板模板前要先把项目部门编制的高支模板施工方案报由上级主管部门的技术负责人进行签字审批,待审批合格后才能正式开展施工,而且在顶板混凝土的施工开始前,要先组织技术、生产、安全以及其它各部门验收支撑架的质量,如果确定没有任何问题,才能正式开展施工。
3、房建工程剪力墙结构转换层的施工技术分析
房建工程项目十一层中有四层都属于结构转换层,它的大部分梁高都在0.7-1.8m之间,其中最大的为1.5m,跨度最大的则是8.6m。整个转换层的施工流程特点如下:1)转换层施工时会使用大量的混凝土;2)采用钢筋进行穿插时,程序比较复杂,而且排布时对密实度的要求特别高;3)施工设计规定在对混凝土进行浇筑时需连续施工,以免留下施工缝隙,给转换层的整体性带来不利影响,更增加了工程施工难度;4)一般房建剪力墙施工时工程的荷载力比较大,加上通常空间荷载会比较多,这便促使混凝土自重和其它荷载力也相应的变大,有的净跨梁的自重甚至高达25吨,然而普通的支撑系统是极难确保工程作业人员的施工安全的。
4、房建工程剪力墙的大体积砼裂缝的防治措施
房建工程的第四层通常属于结构转换层,其转换梁的最大截面一般设计成8.2m×0.7m,其高度则设计成1.4m,这一层的施工常在温度相对来说比较高的6月份进行,因而很容易引发砼裂缝的出现,不过施工人员在施工时可以采取以下措施进行防治:1)优化施工原料的配合比设计,原材料要选取质量最优的,且需在里面掺加一定量的高效减水剂,而混凝土中水泥的单方用量最好控制在250kg/m3左右,此外不应往混合料里面添加任何的微膨胀剂。2)施工人员一定要严格控制剪力墙施工时所使用的混凝土入模时的温度,一般需不大于30℃,除此以外还要把混凝土里面真实的最高温升值降低。3)剪力墙工程施工开展前要科学合理的组织施工队伍开展施工作业,其中混凝土泵送施工技术要按施工规范进行操作,还需注意的是剪力墙的板以及大梁需分别浇筑,通常采用斜面分层的办法开展施工工作,但是墙体和框架柱则需采用整体分层法进行施工,而且要把分层的厚度控制好。4)施工人员在浇筑完混凝土后要做好工程的养护工作,一般需给水平构件盖上一层塑料布,另要在竖向构件外部挂上一层麻袋片,且外面一层要用塑料布包上。此外养护工作人员要定期对混凝土进行浇水,浇水的次数要控制好,一般会以塑料布里面出现凝结水为标准。施工人员一定要把混凝土养护工作做好,根据规定,施工后的12h内就要派专人进行覆盖或洒水养护,24h过后才可把梁侧模板和支撑松动,从而确保养护效果达到最佳状态。需注意的是混凝土表面的湿润时间不能低于7d。5)剪力墙的混凝土构件里面需要设置一定的监测设备,以便施工人员能够第一时间了解建筑物的自身温度。现在建筑市场应用比较广泛的是电子测温仪,施工人员常用它对建筑物里面设置的测点进行定时监测,以便能够了解和熟悉掌握混凝土施工时的真实数据,也有利于后期工程的开展,并为其提供质量保证。
5、轻骨料混凝土小型空心砌块施工技术
本工程内隔墙采用粉煤灰混凝土小型空心砌块砌筑,层高分别为5.5m、4.2m、3.1m、3.5m,抗震构造措施采用的设防裂度为6度。所以,施工人员要沿着墙壁长度每隔4m设置一个构造柱,墙端、拐角以及十字交叉的位置都需要设置构造柱,而门窗的洞口两边位置要设置抱框;沿墙高每隔2m设钢筋混凝土现浇带,沿墙高每隔400mm设置通长拉结筋。墙上洞口均事先预留,严禁事后剔凿。
关键词:框架-剪力墙,抗震性能,Pushover分析,
ABSTRACT
The article made the 3dimension finite element model of a frame-shear wall buildings using general FEM software ANSYS. And numerical study on dynamic characteristics,dynamic responses and seismic behavior evaluations of elastic-plastic stage of this structure would be performed.It is demosrated that the structure of the plastic stage, the extension of performance to meet certain specifications.
KEYWORDS: frame-shear,seismic behavior,Pushover analysis,
Qinghaishengjianzhukanchashejiyanjiouyuanyouxiangongsi baoguangquan 810001
1、弹塑性静力分析方法介绍
弹塑性静力分析方法,它本质上是一种与反应谱相结合的弹塑性静力分析法,它是按一定的水平侧向力分布模式加载,对结构施加单调递增的水平荷载,逐步将结至一个给定的目标位移来研究分析结构的非线性性能,从而判断结构及构件的变形受力是否满足要求。弹塑性静力分析一般基于三个基本假定[3]:
(1)结构的反应与该结构的等效单自由度体系的反应是相关的,这表明结构的反应由结构的第一振型控制;
(2)在每一加载步内,结构沿高度的变形由形状向量{Ф}表示,在这一步的反应过程中,不管变形大小,形状向量{Ф}保持不变。
(3)楼板在自身平面内的刚度无限大,平面外刚度可不考虑。楼面的整体性较好,在平面内的刚度非常大。所以,在内力和位移计算中,楼板一般作为刚性平板,在平面内只有刚移(即平移和转动)。
在上述基本假定的基础上,Pushover分析方法得到了较为广泛的研究和应用,本文基于这三个基本假定,对一实际工程进行了弹塑性静力分析,从而了解此结构在大震下的抗震性能。
2、 ANSYS模型的建立
2.1单元的选取
本文对结构进行弹塑性分析,采用ANSYS10.0版本。建模采用GUI和命令流相结合的方式,采用梁单元Beam189模拟梁和柱;壳单元Shell43模拟剪力墙和楼板,其上活荷载以采用换算质量密度加在各楼层上。
2.2混凝土本构关系的确定
确定混凝土本构关系在弹塑性分析中至关重要,本论文所建立的办公楼模型规模庞大,不可能使用实体单元建模分析,所使用的梁单元、壳单元均不能直接输入混凝土的力学特性。ANSYS中的弹塑性分析采用Mises屈服准则,对混凝土材料,通常使用随动强化准则。
3、基于ANSYS的Pushover分析方法及实施
基于力控制方式的Pushover分析方法的实施步骤基本上与基于目标位移控制方式的实施步骤一致,只是将“目标位移点”变为“目标力点”,底部剪力法可以当作求“目标力点”的一种雏形。对于大震来说,如果直接以弹性反应谱算出来的地震作用力作为目标力,将会高估地震反应。应该先将弹性反应谱转化成弹塑性反应谱,再来求地震作用力。将此地震力以一定的加载方式作用在结构上,从而便可进行比较分析。
4、加载方式结果分析
文中将用上四种加载模式得到的基底剪力-顶点位移曲线、层位移曲线和层间位移角曲线,进行比较分析。找出比较合理的加载方式。
这几种加载方式的底部剪力-顶点位移曲线大体走向一致,均布加载方式使结构产生较小的位移。当结构达到目标位移时,下部底部剪力会很大,这样会高估结构的上部抗震能力。根据抗震规范中的底部剪力法可知,合理的加载方式是结构的上部承受较大的地震作用。其它三种加载方式均符合这种要求,而且这三种加载方式的数值比较接近,尤其是按第一振型加载模式处于三种加载模式的中间。这样比较得按第一振型加载模式比较优。
5、结构性能点确定
5.1 能力谱的建立
利用下公式(7-1)、(7-2)可将以第一振型加载模式得到的基底剪力-顶点位移曲线转换为能力谱曲线,如下图7所示。
式中:(Vi、ΔTi)为力-位移曲线上的任一点;(,为能力谱曲线上相应的点;G为总的等效荷载代表值;为第一振型顶点振幅;为第一振型质量系数;为第一振型参与系数)。
5.2 需求谱的建立
Pushover原理是建立在UBC规范(美国统一建筑规范)反应谱基础之上的,抗震系数CA、CV与中国现行抗震规范的转换公式如下:
(7-3)
谱的两个折减系数SRA、SRV由有效阻尼转换得到。关于由有效阻尼到谱折减系数的转换,在美国已经有比较成熟的做法,并己列入1991UBC、FEMA、1994NEHRP 等规范中,SRA、SRV的公式为:
(7-4)
(7-5)
ATC-40定义有效阻尼为:
(7-6)
式中,为有效阻尼;k为小于1的阻尼修正因子。
6、抗震性能评估
以基于力的控制方式对结构进行第二次非线性加载模式,从而对结构进行抗震性能评估。利用等效阻尼将弹性反应谱折减为弹塑性反应谱,利用此弹塑性反应曲线对结构进行谱分析,得到X向的总的地震作用力为56382KN,将此地震力以第一振型加载模式作用于原结构,进而得到各楼层位移图和最大层间位移角曲线,从而判断结构的抗震性能。
参考文献
[1]李刚、程耿东.基于性能的结构抗震设计-理论、方法与应用[M].科学出版社,2004年12月,北京.
[2]中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范(GB50011.2001)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[3] 叶献国、种讯、李康宁、周锡元. Pushover 方法与循环往复加载分析的研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2001,24(6):1019-1024.