关于高层建筑底部大开间剪力墙结构设计的探讨
高层建筑大空间剪力墙结构
高层建筑大空间剪力墙结构高层建筑大空间剪力墙结构底部大空间剪力墙结构剪力墙结构有较多的墙体,室内不露梁、柱,适合住宅、旅馆客房的建筑功能要求。
但是,住宅、旅馆底层需设置商店、大门厅及餐厅等大空间,这就形成底部大空间剪力墙结构,对上部与底部之间要设置转换层进行转换。
底部大空间剪力墙结构的布置,主要考虑两个关键问题:1.保证大空间层有充分的刚度,防止沿竖向刚度过于悬殊。
为此,大空间楼层应有落地剪力墙或落地筒体,其数量满足规范规定。
对于一般平面,令转换层的上下层刚度比γ(其公式和符号见规范)在非抗震设计时,γ应尽量接近于1,不应大于3;抗震设计时,γ应尽量接近于1,不应大于2。
即大空间层的刚度尽可能与上部标准层接近,以防止变形集中而产生震害。
2.加强转换层的刚度与承载力,保证转换层可以将上层剪力可靠地传递到落地墙上去。
因转换层楼面受很大内力,楼板变形显着,故其厚度不宜小于180毫米,混凝土强度等级不宜低于C30,并应采用双向上下层配筋。
楼板开洞位置要远离外侧边,不要在大空间范围内将楼板开大洞,如需设楼、电梯间时,应用钢筋混凝土剪力墙围成筒体。
除上述外,底部大空间剪力墙结构还有很多设计要求,规范中都有规定。
大底盘大空间剪力墙结构高层住宅往往在下部楼层设置商业用房,因而形成底部大空间剪力墙结构。
这些商业用房往往扩大其面积,形成大面积裙房,裙房多采用框架结构。
这种具有大空间裙房作为底盘,上层为一个或多个剪力墙塔楼的建筑,称为大底盘大空间剪力墙结构,是高层商住楼的一种广泛应用的体系。
静力试验表明:杆系-薄壁杆系三维空间分析方法可用于大底盘大空间剪力墙结构的工程设计;主体结构的竖向荷载基本上由主体结构本身承受,故竖向荷载内力计算时可不考虑裙房的作用;水平荷载作用下主体结构承受总弯矩90%以上,承受总剪力80%以上;裙房柱刚度很小,裙房所承担的剪力和弯矩主要由裙房剪力墙所承担。
动力试验表明:底盘逐渐加大时,上部结构与底盘的偏心距逐渐增加,由于扭转和刚度的变化,地震反应也逐渐加大。
浅谈高层建筑结构中的剪力墙结构设计的几个问题及建议
浅谈高层建筑结构中的剪力墙结构设计的几个问题及建议摘要:在剪力墙结构设计中,经常遇到一些问题,给结构设计带来一些困惑,现就几个常见问题结合对规范的理解,谈谈自己的看法。
关键词:高层建筑;剪力墙设计Abstract: In the design of shear wall structure, we often encounter some problems, structural design due to some confusion, now with respect to a few common problems with the understanding of the regulation, talk about oneself view.Key words: high-rise building; design of shear wall1、引言随着经济的发展。
现代都市的城市化建设得到长足发展. 高层建筑在城市土地日益紧张的今天更是得到了投资者的青睐。
在高层建筑中, 剪力墙结构因其结构刚度大、空间整体性好, 在水平力作用下侧向变形小, 有利于避免设备管道与非结构构件的破坏, 因而得到了广泛的应用。
在结构设计中, 尽管现行规范给出了剪力墙结构设计的若干条款, 但规范不可能面面俱到, 下面就实际设计中遇到的一些问题及体会进行讨论。
2、剪力墙设计中的基本概念2.1剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小,几何特征像板,受力形态接近于柱,而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值,当比值小于或等于4时可按柱设计,当墙肢长与肢宽之比略大于4或略小于4时可视为为异形柱,按双向受压构件设计。
2.2剪力墙结构中,墙是一平面构件,它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外,还承担竖向压力:在轴力,弯矩,剪力的复合状态下工作,其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。
在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外,还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求:墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏,因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。
关于高层剪力墙结构设计的探讨
应 用 方 法论
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关于 高层剪 力墙 结构设 计 的探讨
何 鹏 飞
( 昌盛 达 地 产 开 发 有 限 公 司 ,江 西 南 昌 3 0 0 南 30 0)
摘 要 为适应 高层建筑 的设计需 要 ,房屋 结构形 式也 由简单 的砖混 结构变得 日趋复杂 ,框架 、剪 力墙 、框 一剪 、筒体等 已变 成当前建筑
配筋率 ”的总称 ,具体在 《 混凝土结构设 计规范 》中也 有具 体条款规
定。 4)剪 力 墙 中大 墙 肢 的处 理 。 剪 力 墙 结 构 应 具 有 延 性 ,细 高 的剪 力
2 剪 力墙连 粱超 限的调整 原则 。剪力 墙连 梁的跨 高 比不 宜小 于 ) 2 ,跨 高比小 于2 的连 粱很容易出现剪力和弯矩超过 规范 限值 。 《 . 5 . 5 高 规》 规定跨高 比不小于5 的连梁宜按框架梁进行设计 。即跨高 比不小于5 的连梁刚度不应折减。而跨高 比在5 6 C ~ J 间时 , 若连梁刚度不折减则也 容易出现剪力或弯矩超 限。本人认为该条文在实际工程设计 中若能充分
2 高层 建筑 剪 力墙 结构 设计 计算 原 喇
剪力墙结构设计时 ,应根据规范要 求综合考察结构是否合理 ,就结 构设计中的几个重要技术指标调整原则简述如下。 1)楼 层 最 小 剪 力 系 数 ( 重 比 )的 调 整 原 则 。在 满 足 短 肢 剪 力 墙 剪 承 受的第一振 型底 部地震倾覆力 矩 占结构 总底 部地震 倾覆力矩不超 过 4 %的 前 提 下 尽 可 能少 布 置 剪 力 墙 ,以 大开 间 剪力 墙 布 置 方 案 为 目标 , 0 使结构具有适宜的侧向刚度 ,使楼层最小剪力系数接 近规范限值 ( 不小 于限值 )。这样能够减轻结构 自重 ,有效减小地震作用的输入 ,同时降 低工程造价。
底部大空间剪力墙结构体系方案与应用简析
同作用可取长补短 ,既能满足 空间灵活布置 ,又具有较大的
侧 向刚 度 ,所 以广 泛 适 用于 较 多 建筑 功 能 要 求 的房 屋 建筑 。 5结 语 .
底层大空间剪力墙结构体 系是由框支剪力墙和落地剪力 墙 组成 的协 同工 作 体 系。 结 构 设 计 者 不 仅 要 考 虑 结 构 的 安 全
3底部大空问剪力墙结构设计建议 .
底 部 大 空 间剪 力 墙 结 构平 面 布 置 应 规 则 且均 匀对 称 ,尽 量 使 水 平 荷 载 的合 力 中心 与 结 构 刚度 中 心重 合 , 可避 免 或 缓
解扭 转 的不利影 Ⅱ 。落地 剪 力墙 应布置 在大 空间房 间的两 向 端。为保证落地剪力墙对框支剪力墙 的支承 与约束作用 ,须 严格 限制底 层楼盖 的水平 位移 。大空 间房间 的长度 不宜过 长。在设计 中,为框支剪力墙 隔开 的相邻两道落地剪力墙的 距离与建筑 宽度之比 ( / LB),建议按L B ≤2 布置。当建筑物 总长度较大时 ,除在两端设置落地 剪力墙外 ,还可在平面 中 部布置落地剪力墙 ,以增强其整体结构抗侧力性 能。 4底部大空间剪力墙结构体系发展趋势 . 我 国高层建筑层数不断增加 ,体型结构 也越来越复杂 , 由于框架结构的主要特点 是能获得 大空 间结构房屋 ,房间布 置较为灵活。其 主要弱点是抗侧力刚度较小 ,侧位移较大。 而剪力墙结构与之相 反。但是 全剪 力墙结构无法灵活布置大
空间内高层 建筑层数逐步增加与体 型结构 日益复杂 ,对结构 设计者 也提 出了许 多新 的挑战。 因此 ,需要 更进一步总结设 计经验 ,进行科学研究工作 ,以满足工程设计与使用。一座 成 功的建筑结构离不开各专业的密切合作 ,结构专业在空间
高层建筑剪力墙结构设计的探讨
高层建筑剪力墙结构设计的探讨摘要:剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式,是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构,被广泛运用于现代高层建筑。
笔者结合工作实践,就高层建筑剪力墙结构设计及计算原则进行了探讨。
关键词:高层建筑;剪力墙;概念设计;结构设计;计算原则;墙体配筋由于人们生活水平的提高,普通框架结构已不能满足人们对住宅空间使用和立面美观的要求。
剪力墙结构既可以保证结构安全可靠性,又可以使室内空间合理、墙面平整,所以高层建筑结构中越来越多地采用剪力墙结构,剪力墙的受力、变形特征,类似于框剪结构,但比框剪结构的刚度分配、内力分配更合理,结构的变形协调导致的竖向位移差别,也比框剪结构小,则传基础荷载更均匀、合理。
这样的结构形式能使建筑取得较好的经济效果和建筑功能效果。
为此,文章对高层建筑剪力墙结构设计进行了探讨。
1高层建筑的概念设计《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)规定:高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙结构。
短肢剪力墙较多时,应布置简体(或一般剪力墙),形成短肢剪力墙与简体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。
抗震设计时,简体和一般墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。
一般认为,短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的40%~50%时属短肢剪力墙结构。
短肢剪力墙结构抗震性能较差,经济指标不好,所以在实际工程中尤其是地震区尽可能避免采用。
设计中应体现使其结构竖向和水平向具有合理的刚度及承载力的分布,尽可能将剪力墙的墙肢截面高度(至少保证一肢)做的比8倍墙厚稍大,符合一般剪力墙。
剪力墙也不必按开间布置,两间合并布置为大开间剪力墙,同时满足竖向荷载传递的要求。
剪力墙尽可能设计成“L”形,有利于剪力墙结构的稳定性,同时能够形成较好的侧向刚度。
在满足同样规范的各项指标的情况下,更能减轻结构自重,减小结构构件,有利于降低工程投资。
高层住宅剪力墙的结构设计
高层住宅剪力墙的结构设计随着城市化进程的加速,高层住宅在城市中如雨后春笋般涌现。
剪力墙结构作为高层住宅中常用的结构形式,因其良好的抗震性能和空间整体性,受到了广泛的应用。
本文将对高层住宅剪力墙的结构设计进行详细探讨。
一、剪力墙结构的基本概念剪力墙,顾名思义,是一种能够承受水平和竖向荷载的墙体结构。
它通常由钢筋混凝土浇筑而成,具有较大的抗侧刚度,能够有效地抵抗风荷载和地震作用引起的水平力。
在高层住宅中,剪力墙可以布置在建筑的周边、楼梯间、电梯间等位置,形成一个整体的抗侧力体系。
二、高层住宅剪力墙结构设计的要点1、合理的平面布置剪力墙的平面布置应遵循均匀、对称的原则,以减少结构的扭转效应。
尽量使剪力墙在平面上分布均匀,避免出现局部薄弱区域。
同时,要考虑建筑功能的要求,如门窗洞口的位置、房间的分隔等,使剪力墙的布置与建筑布局相协调。
2、墙肢的长度和厚度剪力墙墙肢的长度和厚度直接影响其受力性能和经济合理性。
墙肢长度不宜过长或过短,过长容易导致剪切破坏,过短则不利于发挥其抗侧作用。
一般来说,墙肢长度宜为 8 倍墙厚左右。
墙肢的厚度应根据其承受的荷载和抗震要求确定,同时要满足规范的最小厚度要求。
3、连梁的设计连梁是连接剪力墙墙肢的梁,它在剪力墙结构中起到耗能和协调变形的作用。
连梁的设计应使其具有良好的延性,避免在地震作用下过早破坏。
连梁的跨高比、配筋等参数应经过详细计算确定。
4、边缘构件的设置为了提高剪力墙的抗震性能,在剪力墙的端部和洞口两侧应设置边缘构件。
边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件,其配筋和尺寸应根据抗震等级和墙肢的轴压比等因素确定。
5、抗震设计高层住宅剪力墙结构的抗震设计至关重要。
应根据建筑所在地区的抗震设防烈度,确定结构的抗震等级,并按照规范要求进行相应的计算和构造措施。
在设计过程中,要充分考虑地震作用的不确定性,保证结构在大震作用下不倒塌,小震作用下处于弹性工作状态。
三、剪力墙结构分析方法在高层住宅剪力墙结构设计中,需要采用合适的分析方法来计算结构的内力和变形。
高层建筑剪力墙结构设计
浅谈高层建筑剪力墙结构设计摘要本文从剪力墙结构的基本概念说起,就剪力墙结构设计方面进行浅要分析。
关键词剪力墙;墙体配筋;结构设计中图分类号 tu973.16 文献标识码 a 文章编号 1673-9671-(2013)012-0075-011 剪力墙的概念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,是用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构。
高层结构的建筑大量使用这种结构。
剪力墙截面有以下特点:墙肢长度和其厚度比要远远大于;承载力和平面外刚度都比较小;自身平面的承载力和刚度都比较大。
在剪力墙结构设计中,墙即要承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩,还要承受竖向压力。
墙体在弯矩、剪力和轴力的共同作用下,它受到的水平作用的时候就像悬臂深梁嵌固在基础的底部。
剪力墙在风荷载或者地震的作用下,一方面要满足其刚度要求,另一方面还要满足非弹性变形重复作用而出现的能量消耗、延性等要求,同时还要控制结构即使开裂也不会倒塌。
2 剪力墙的分类剪力墙因为孔洞的问题受力状况和特点都会不同,其变形状态和内力分布都会发生变化。
根据其开洞的情况可以分为实体墙、整体小开口剪力墙、双肢或多肢剪力墙、壁式框架等。
2.1 实体墙实体墙就不开洞或者开洞不超过墙的15%。
其受力特点和整体悬臂梁比较类似,墙肢法向应力呈线性分布,破坏形态和偏心受压柱相似。
整体高度上变形主要是弯曲型,无反弯点和突变。
2.2 整体小开口剪力墙整体小开口剪力墙是开洞仍然比较小但是洞口面积大于15%。
其受力性能可以按整体悬臂梁考虑,并且还要考虑墙肢的局部弯矩。
其弯矩图在整个墙肢高度上没有反弯点,而在连梁处发生突变。
2.3 双肢或多肢剪力墙双肢或多肢剪力墙是墙体开洞很大或者洞口成列布置。
其受力特点和整体小开口剪力墙比较类似。
受力特点与整体小开口墙相似。
2.4 壁式框架壁式框架是洞口尺寸很大,墙体肢线和连梁线这两的刚度差不多的墙。
关于高层建筑底部大开间剪力墙结构设计的探讨
1构 造 选 型 与 布 置 .
手算进行校核 初 步确定转换梁尺 寸时 . 转换粱支座截 面处剪力设计 值 V a 可 mx 按下式取用 : 当转换 梁上部 墙体满 跨不开洞或开较少洞 口时 . 可取 v = ( . ~ .5 G; 02 03 ) 当转换梁上部墙体一侧满跨 , 5 另一侧不满跨时 , 可取 v = ( . ~ .5 G: 当转 换 梁 上 部 墙 体 两 侧 不 满 跨 或 转 换 梁 上 部 托 柱 时 , 03 04 ) 5 可 取 v= O5 06 G:式 中 G 为 转 换 梁 上 所 受 到 的 全 部 重 力 荷 载设 计 ( .~ .) 梁 进 行 转 换 。在 比 较 分 析 后 . 工 程 采 用 梁 式 转 换 。本 工 程 柱 距 3 6 本 ~ m 值 。 将 S WE计算 出的转换 梁上一层墙体 竖向荷载恒 + 的标 准值 AT 活 左右 . 网较密 , 柱 转换梁的截面高度不需要过大 , 对净 高影 响较 小。 N kk , q (N)折成 均布荷 载 q (N/ ; k k m) 地震作 用下 的各振 型组 合计算 的 2 整体 分 析 , e ( N) k k m)把 e ' k/ , k 把 根据《 高规》 ._ 51l , 弹性分析 阶段采 用了 S T 2条 在 A WE、MS P两 标 准值 N k k 和 Me (N. . N k折成 均布荷载 qe ( Nm) P A Me k折成 两个三 角形竖 向荷载 q k 种程序对结构进行 了整体计算及分析对 比, 见表 1 表 2 ~ 。 对于上部墙体为满跨或开小洞 口的转换梁应按 深受 弯构件计算。 深梁截面高度 可取转换梁 顶 以上转 换梁净跨范 围内的墙体 与转换梁 起组成 倒“ ” T 形深梁高度 。 对于上部墙体不满跨或开洞较大 、 较多不 规则 的转换梁 按普通梁 的截面设计方法进 行配筋计算 本工程转 换梁 的主要截 面取 60 0 mmx 20 m~ 0rmx 5 0 m. 10 r 8 0 a a 10 m 纵筋 配筋率不小于 05 .%.跨度小 于 6 m的上部纵筋沿梁全 长贯通 . 大 于6 m的上部纵筋 沿梁全 长贯通 . 下部纵 筋全部 直通柱 内 。 梁腹 部 沿 表 2 刚度 设 置 1@2 0的腰筋 转换梁 的截面尺寸通常 由其受剪承载力控制 . 8 0 等效侧向刚度 比 转换层 与上一层侧 向刚度 比 故剪压 比控制在 01 以内 . 筋全长加密。对于梁高受限 的转换梁采 . 5 箍 取 了竖 向加腋 的方法 , 宜采用梁搭 梁的间接传 力形式 . 上部墙体 不 且 X Y X Y 应尽可能落到转换梁上 , 避免大梁受到很大扭矩 S WE AT 08 1 S 2 08 7 .0 2 07 2 .5 5 07 6 .4 8 32框支柱 . PM S AP o. 5 88 4 O. 56 8 5 0_ 1 8 97 0. 353 7 框支柱的截面主要取 8 0 0 mmx O m 90 mx 0 mm 为了提高 8 O m~ 0 m 9 0 构件在地震作用 下的延性 和耗能力 . 以及考虑到 “ 强剪弱弯 ” 的原则 . 从 以上 比较可 以看 出 , 种计算 软件 分析结构是基 本一致的 。说 两 本工程框支柱 的轴压 比控制在 0 . 5以内 大部分框 支柱剪跨 比控制到 明分析结果 是可信的 , 可以作为施 工图的依据。 大于 20 短柱控制到大于 1 。 .. . 由于层高受 限 . 5 个别短柱 k 1 . < . 设芯柱 5 3转 换 构 件 的 设 计 及 构 造 . 予 以加 强 。 31 换 梁 .转 33落 地 剪 力 墙 _ 本工程 转换 梁上部墙 体分 布形式大致可分为满跨 和不满跨两种 . 落地剪力 墙厚度 2 0 5 mm~ 0 mm.落地剪力墙 百分 比为 4 %. 40 1 根 除采 取 S T 、 M A 进行 整体分 析计算 外 .还采用 F Q对其进行 A WE P S P E 据《 规》 0 . 条 , 高 l . 5 剪力墙底 部加强部 位 的抗 震等级 提高~级 , 2 为一 局 部 有 限 元 的计 算 级 。《 高规》021 1 .. 5条 , 剪力墙底 部加强 部位墙 体水 平和竖 向分布筋 配 以一 根截面为 7 0 nx 3 0 m、 0mi 10 r 跨度为 3 0 rm的上部墙体满跨 a 70 a 筋率不小 于 O3 《 .%; 建筑抗震设计规范》 G 5 0 1 2 0 )..1 , ( B 0 1 - 0 1621 条 一 的框 支梁为例。S T A WE的计算结果 是上部纵筋面积为 2 c . 5m2 下部纵 级落地抗震墙底部加强部位拉筋直径不小 于 8 m. 平和竖 向间距分 a r 水 筋面积为 4 c ,箍筋面积为 90m2 F Q的计 算结果是梁为对称 配 7m2 .c : E 别 不大 于该 方 向分布 筋 间距 2倍 和 40 0 mm的较 小值 : 高规 》026 《 l. . 筋, 一边纵筋面积为 4 c . 2m2 箍筋面积为 1 .c 2 60 m 。 条, 特一 、 、 一 二级转换构件水平地震作用计算 内力应分别乘 以增大 系 结果表 明: 对于 上部墙体满跨 的框支 转换梁 , 用有 限元程 序 F Q E 数 1 、.、.5 . 1 1 。采取以上措施 以确保剪力墙 的塑性铰出现在转换层 8 5 2 局 部分析计算 的转换梁 内力与 S T A WE、MS P整 体分析计算 的结果 P A 以上 。 是有 差异 的 墙 与转换 梁作为一个整体共同受力变形 . 类似于深梁或 34框 支 梁 上 一 层 墙 体 . 带拉杆拱 的受力。转换 梁位于整体弯曲的受拉翼缘 . 换梁 中就会 出 转 框支梁墙体 加强 区范 围内配筋按 照《 高规 》O21 1 .. 3条。当转换梁 现轴 向拉力。 同时拱的传力作用 , 使得上部墙体的竖 向荷载 , 到转换 传 承托上部墙体满跨不开洞 口时.转换梁与上 部墙 体共同作用工作 . 受 梁 上部一定高度 时 , 开始 以斜 向荷载 的形式 向梁 的端部集 中 . 越接 近 力特征与破 坏形态表现 为深梁 . 上一层墙体应 力较大 . 设计时应注 意 转 换梁 , 角越 大 , 成拉力 区 , 转 换梁 弯矩减少 、 向拉力增 大 。 倾 形 使 轴 加 强 ST A WE、 MS P等进行整体 结构 内力 分析时 .剪力墙 肢按墙 单元考 P A 35转 换 层 楼 板 . 虑 . 换梁柱按一般杆单元处理 . 转 墙肢与转换粱在单 元节点处连接 . 粗 《 高规 》O22 1 . O条对转 换层楼板的剪压 比进行 了 ( . 下转第 伯 8页 ) 略考 虑转换 梁与上部墙体 的共同工作 : 而梁有限元分析程 序( F Q) 如 E
大开间剪力墙结构设计探析
一
,
种 方法 是 采
便 于 建 筑 师进 行 合 理 的 建 筑平 面 设 采 用 这 种结 构 已 建 成 的 大量 高 层 住 使 用 效 果 良好
。
,
结 构 自振 周期 变 长
,
墙 体总 量适
,
可 知板 支 座 弯
计 以 及 用 户 根 据 自己 的 需 要 进 行 二 次 装
。
墙 体 配 筋 率适 宜
用 的结 构体 系
以 下 结合 工 程 实 例
,
从
任意改变
板增 厚 量多
,
建筑 布 置 灵 活
:
而 A E F G ( 称 为小 板 ) 可 以 作 为 大
,
介 绍 大 开 问剪 力墙 结 构 特 点 出 发 结 构 设 计 进 行 探讨
1 工
。
对其
( 2 ) 缺点
,
楼板跨度大
,
基础底
板 的支 座 板 重量
那 么 小 板 的配 筋 除 了本 身
,
基 础 材料 ( 钢 筋 和 混 凝 土 ) 用
,
所 承 受 的重 量 外
。
还 要考虑大板传来 的
投 资额 增 加
,
由 于 隔墙 的性 能 要
当然 构造 上 大 板 的 主 筋 应 放 在 支
,
程概况
某商住 楼
,
求Байду номын сангаас高
地上32层
,
加 之 使用 者对 建 筑 空 间 的 多 次
采 用 大 开 间横 向 承 重 方 案
其优缺点分
? 昆凝 土
,
C 图1
B
境成 为人 们对住宅需求 的必 要 条件之
关于高层剪力墙结构优化设计的探讨
自身重量 , 缩小构件结构 , 降低工程资金投入。依据以往的设计经验, 在建筑 “ L ” 形或“ T , . 形剪力墙时 , 如果某一方向的墙肢达到一般墙体的标准 , 那么 , 相 对方 向的墙肢不应过短 , 应控制在1 m左右 , 保证墙端柱的配筋 同构造配筋相 接近 , 否则 将会 出现 配筋 过大 的情 况 。
建筑理论与设计
翻囝四
关 于高层 剪力墙 结构优 化设计 的探讨
摘要: 随着经济的快速增长, 人们的领地逐渐扩大, 城 市土地越来越稀缺, 高层和超高层建筑的发展也相应增加。本文定义 了高 层建筑的结构进行 了讨论, 和基本结构及计算方法, 分析剪力墙, 钢筋, 对剪力墙进行 了研 究, 为提高高层建筑的施工质量, 保护生命
在设 计 工程 中 , 应 充 分理 解这 项 规定 , 加 以利用 , 就可 以在保 证 建 筑物 安 全性 能 的 同时 , 降 低工 程 造价 。
地 区, 应尽量减少建造短肢剪力墙结构的高层建筑。建筑设计师们在进行设
在现实工程施工中,应把结构纵向构件尽可能多的分布在建筑的周围 , 降低结构内部构件承受 的刚度 , 这样不但可以进一步提升建筑整体侧 向的刚 度, 并且在一定程度上大幅度增强建筑的整体强度。
( 四) 高层 建 筑剪 力墙 结构 连 梁 限值 的调 整 计规划工作 时, 应使建筑物整体结构的横 向及纵向都分布均匀的荷载 , 且刚 高层建筑剪力墙结构中连梁的跨度与高度的比值应 大于2 . 5 ,如果比值 度及强度符合设计要求 , 最好在设计剪力墙 的截面高度时 , 保证其高度与厚 . 5 , 就可能造成弯矩及剪力超 出规定限值的情况。 度之 比超于8 , 符合对一般剪力墙的要求 。 剪力墙 的设计不需要根据开间布置 小于2 在《 高层建筑物钢筋混凝土结构设计规范》 中明确规定 , 建筑物跨度与高 的要求 , 可以将两间合并在一起形成大开间的剪力墙, 这样不但可以保证建 度的比值大于5 的连梁应根据框架结构进行施工 , 也就是说 , 跨度与高度 比值 筑物的整体荷载, 同时节约了建筑成本。 对剪力墙的形状设计可以分为“ , I ' ' , 形 其刚度不应出现折减。 当跨度与高度比值在5 —6 之间时, 如果 与“ L ” 形, 更好的保证其稳定性能 , 并且在剪力墙 的侧面位置也可以形成 良好 大于五的连梁 , 就很容易造成剪力或弯矩大于规定限值。建筑设计师们 的刚度。在保证设计标准中各项要求的基础上 , 剪力墙可以更好的降低建筑 连梁的刚度不折减 ,
关于高层建筑底部大开间剪力墙结构的探讨
关于高层建筑底部大开间剪力墙结构的探讨作者:周洁来源:《商品与质量·学术观察》2014年第02期摘要:本文主要针对高层建筑底部大开间剪力墙结构从方案选取到施工图设计中的一些具体问题,重点讨论了结构选型,整体计算模型的分析,转换构件的设计与构造,最后对转换结构进行了小结。
关键词:底部大开间剪力墙结构转换层转换构件设计计算模型1 . 工程概况位于石家庄市区的某高层,是一座综合性建筑,该高层总建筑面积103339.25m2,分A、B、C三区,地下两层,负二层为人防;地上二十七层(含四层裙房),其中地上一、二层为商铺,地上三、四层作为办公用房,地上五~二十七层为住宅,结构主体高度82.600m。
建筑物的安全等级为二级,基本风压为0.40kN/ m2,基本雪压为0.30kN/ m2,地面粗糙度为C类,建筑抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,地震分组为第一组,场地类别为Ⅲ类,无沙土液化问题。
本工程结构形式为部分框支剪力墙结构,框支框架的抗震等级为一级,剪力墙的抗震等级为二级。
由于四层顶设转换层,属于带高位转换层的复杂高层建筑结构,根据高规10.2.5条,框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级再提高一级,分别为特一级、一级。
2.构造选型与布置由于建筑功能的需求,地上五~二十七层为住宅,房屋开间较小,层高为2.9m,地上一~四层作为办公商业,需要较大开间,层高为3.9m。
从结构受力角度看,由于高层建筑结构下部楼层受力很大,上部楼层受力较小,结构布置理应下部刚度大,墙体多,柱网密,到上部渐渐减少墙柱数量,以扩大柱网。
但建筑功能对空间要求正好相反。
目前在工程中应用转换层的主要结构形式有:梁(墙梁)式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式等。
从结构传力方式看,梁式转换层具有传力直接、传力途径清楚的优点。
结合本工程实际情况,由于上部住宅剪力墙间距长短很不规则,但下部功能为办公及商铺,空间划分可以较为灵活,对空间的开敞和完整性要求不并不十分严格。
浅谈高层住宅剪力墙结构优化设计
一、高层住宅混凝土剪力墙布置方式、经济分析、结构计算参数的合理选取1.高层住宅结构设计中剪力墙布置方式剪力墙结构一般都是应用于超高建筑和高层建筑,而在高层建筑结构中,结构位移是结构设计的一个主要指标。
其中包括层间位移比和竖向层间位移角。
另外,伴随着住宅建筑高度的不断的增加,水平的荷载作用效应起主要控制作用。
而剪力墙在平面内有很大侧移刚度,所以剪力墙是承载着来自高层建筑的绝大部分的水平作用和水平剪力。
在超高层建筑和高层建筑结构设计中,通过调整结构的侧向刚度来控制结构位移和层间位移角,而通过调整结构的扭转刚度来控制结构的扭转位移。
剪力墙结构体系中结构的侧向刚度大小是可以通过剪力墙的截面来控制,例如剪力墙布置较多时,相对应的侧向刚度大;剪力墙布置较少时相对应的侧向刚度相对较小。
另外通过剪力墙在建筑平面中的布置位置调整,可以控制剪力墙的扭转刚度从而达到控制结构扭转。
结构的整体稳定、承载能力和刚度以及经济合理性的一种宏观控制。
假如剪力墙体在高层建筑物中有比较合理的截面和平面布置,就会形成一个能够很好的抵抗墙体水平力的结构体系,此时还能够有效的分割空间,最大限度的满足建筑使用功能。
2.高层剪力墙结构的经济分析剪力墙结构刚度大,整体性好,用钢量较省。
在高层住宅中,开间均较小,分隔墙较多,采用现浇剪力墙结构可将承重墙减少,比较经济。
剪力墙外观整齐,没有露梁、露柱现象,便于室内布置。
另外,剪力墙结构的抗侧刚度大,结构周期小。
在结构设计中应保证剪力墙结构满足国家规范关于结构水平位移和地震力的要求,做到安全适用,经济合理,就必须在实际工作中有所判断,将结构水平位移和地震力控制在合理的范围内,然后检查结构的内力和配筋。
3.高层结构计算参数的合理选取(1)周期折减系数:填充墙较多时的剪力墙结构,取0.9~1.0;填充墙较少时的剪力墙结构,取1.0。
填充墙对结构周期的影响与填充墙的类型、填充墙与主体结构的位置等密切相关,以上数值填充墙按实心砖墙确定的,对其他各类填充墙(空心砖砌体、混凝土砌块砌体等)可酌情调整确定。
关于高层建筑底部大开间剪力墙结构的探讨
2 . 构造 选型 与布 置
由于建筑功 能的需求 ,地上五~ 二十七层 I l
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为住宅 ,房屋 开间较 小,层高 为 2 . 9 m,地上 四层作为办公商业,需要较大开 间,层高 为 3 . 9 m。从 结构受力角度看 ,由于高层建筑 结构下部楼层受 力很大 ,上部楼层受力较小 , 结构布 置理应 下部刚度大 ,墙体多 ,柱网密 , 到上部渐渐减 少墙柱数量 , 以扩大柱 网。但 建筑功能对 空间要求 正好相反 。 目前在工程 中应用转换 层的主要 结构形 式有 :梁 ( 墙梁 )式 、空腹桁架式 、斜杆桁 架式 、箱 形和板式等 。从结构传力 方式看 , 粱式转换 层具有传力 直接 、传力途 径清楚 的 优点 。结合本工程实 际情 况 ,由于 上部住宅 剪力墙 间距长短很不规 则,但下部 功能为办 公及商铺 ,空间划分 可以较为灵活 ,对空间 的开敞和完整 性要求 不并不十分严格 。这样 , 落地剪力 墙的位置和走 向,框支柱 的数量和 间距 ,可尽 量与上部剪 力墙对齐 ,凡落在下 部过道及 影响功能空 间正常使用 的剪力墙通 过框 支 柱转 换 大梁 进 行转 换 。本 工 程柱 距 3  ̄ 6 m左右 ,柱 网较密,转 换梁 的截面 高度不 需要过 大,对净高影 响较小 。同时转换梁构 造简单 、施工方便 ,经综合分析 ,较为经济 合理 。故在 比较分析 后,本工程采 用梁式转
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高层住宅建筑剪力墙结构的设计与分析
高层住宅建筑剪力墙结构的设计与分析在现代城市的建设中,高层住宅建筑如雨后春笋般涌现。
剪力墙结构作为高层住宅建筑中一种常见且重要的结构形式,其设计的合理性和科学性直接关系到建筑物的安全性、稳定性以及使用功能的实现。
本文将对高层住宅建筑剪力墙结构的设计进行详细的探讨与分析。
一、剪力墙结构的基本概念与特点剪力墙结构是由一系列纵向和横向的钢筋混凝土墙体组成,这些墙体不仅承担着竖向荷载,还能有效地抵抗水平荷载,如风荷载和地震作用。
其主要特点包括:具有良好的抗侧刚度,能够有效控制建筑物在水平荷载下的变形;结构整体性强,空间整体性好,能够提供较为规则的建筑平面布局;墙体自身的承载能力较高,能够承受较大的竖向和水平荷载。
二、高层住宅建筑中剪力墙结构的设计要点1、结构布置在设计过程中,剪力墙的布置应遵循均匀、对称、周边化的原则。
均匀布置可以使结构在各个方向上的刚度相近,减少扭转效应;对称布置有助于减小水平荷载作用下的偏心影响;周边化布置则能增强结构的抗扭性能,提高结构的整体稳定性。
同时,要注意避免出现短肢剪力墙,因为短肢剪力墙的抗震性能相对较弱。
对于较长的剪力墙,应设置洞口将其分成若干墙段,以避免墙段过长而导致脆性破坏。
2、墙体厚度剪力墙的厚度应根据建筑物的高度、抗震等级以及墙体所承担的荷载等因素来确定。
一般来说,底层剪力墙的厚度较大,随着楼层的增加逐渐减小。
在满足结构要求的前提下,应尽量减小墙体厚度,以增加建筑的使用面积。
3、混凝土强度等级混凝土的强度等级应根据结构的受力情况、耐久性要求以及施工条件等综合确定。
高强度等级的混凝土可以减小墙体的截面尺寸,但过高的强度等级可能会导致混凝土的脆性增加,不利于结构的抗震性能。
4、配筋设计剪力墙的配筋包括竖向分布钢筋和水平分布钢筋。
竖向分布钢筋主要承受墙体的竖向荷载,水平分布钢筋则主要用于抵抗水平荷载产生的剪力。
配筋量应根据计算结果和规范要求进行确定,同时要注意钢筋的间距和锚固长度等构造要求。
高层建筑剪力墙结构设计初探
高层建筑剪力墙结构设计初探随着城市的发展和人口的增加,高层建筑已经成为城市中不可或缺的一部分。
在高层建筑的设计和建造过程中,结构设计显然是至关重要的一环。
剪力墙结构作为高层建筑的一种常用结构形式,其设计就显得尤为重要。
剪力墙结构是一种由墙体来承担外部荷载的结构形式。
剪力墙结构能够承受来自地震、风载和垂直荷载的作用,保证了建筑的稳定和安全。
对剪力墙结构的设计和分析显得尤为重要。
剪力墙结构的主要设计原理是通过墙体的竖向和水平受力来承担结构的外部荷载。
对于高层建筑来说,剪力墙结构可以有效地减小结构的变形和振动,提高建筑的整体稳定性。
剪力墙结构在高层建筑中应用十分广泛。
剪力墙结构设计也存在一些难点和挑战。
对于剪力墙结构的尺寸和布置需要进行合理的设计和分析,以保证结构的稳定和安全。
在剪力墙结构的设计过程中,需要考虑周围环境和地质条件,以保证结构的承载和抗震能力。
剪力墙结构的设计还需要考虑结构的施工和维护,以保证结构的长期稳定性。
对于高层建筑剪力墙结构的设计和分析需要进行深入研究和探讨。
下面将从剪力墙结构的设计原理、尺寸和布置、地震设计等方面进行初步探讨。
一、剪力墙结构的设计原理剪力墙结构的设计主要依靠墙体的竖向和水平受力来承担外部荷载。
竖向受力主要是指墙体所受的垂直荷载,水平受力主要是指墙体所受的地震和风荷载。
在高层建筑中,竖向和水平受力的大小和分布需要进行合理的设计和分析。
对于竖向受力来说,墙体的承载能力需要进行合理的计算和分析。
墙体的承载能力主要受墙体的材料、厚度和高度等因素的影响。
在剪力墙结构的设计中,需要对墙体的承载能力进行详细的计算和分析,以保证结构的稳定和安全。
剪力墙结构的尺寸和布置对于结构的稳定和安全至关重要。
合理的尺寸和布置可以有效地提高结构的整体稳定性和抗震能力。
在设计过程中需要进行合理的尺寸和布置的设计。
对于剪力墙结构的布置来说,需要进行详细的分析和论证。
墙体的布置主要受到结构的空间布局和荷载传递的影响。
高层民用建筑剪力墙结构设计探讨
高层民用建筑剪力墙结构设计探讨摘要:现代化的建筑结构设计,与既往有很大的差别,要求也在不断的增加。
建筑结构设计在开展的过程中,需要坚持优化剪力墙结构布置,提高设计的综合效用。
剪力墙结构设计虽然有非常成熟的方法、手段,但是在具体的践行层面上,还是要进行综合性的考量,避免套用按照简单的模式,这样并不能取得较好的效果。
关键词:高层民用建筑;剪力墙结构设计;应用1高层民用建筑剪力墙结构设计特点及要求1.1结构设计特点分析高层民用建筑剪力墙结构设计的特点需要了解高层民用建筑结构及剪力墙的具体构造。
一般情况下,高层民用建筑对结构设计时的垂直和水平方向上的承载力有相关要求,表现在剪力墙结构设计中即提高剪力墙结构稳定性。
剪力墙结构设计要考虑墙体结构抵抗地震等自然震动的能力,尽量避免出现结构变形。
由此可知,剪力墙结构设计呈现出高稳定性和高荷载力的特点,剪力墙结构为整体承重结构,可提高结构整体性与美观度。
1.2结构设计要求剪力墙是建筑结构中的重要结构形式,这种结构形式能够承受建筑水平及竖向荷载,防止结构受剪破坏。
剪力墙又称为抗震墙,侧向变形小,延展性好且能承受较大的荷载,表现出优秀的抗震性能。
在进行剪力墙结构设计时需要满足以下设计要求:第一,悬臂剪力墙墙肢的结构设计,要设计好墙肢底截面的设计;第二,按照设计标准中的墙体洞口对剪力墙进行分类,可分为整体墙与连肢墙。
不同的墙体类型需要进行不同的细节设计;第三,做好连肢墙的结构设计。
尤其要注意墙肢较小时的墙肢轴压比值的计算。
当连肢墙的洞口开的较大降低了墙肢刚度时,此时要将连肢墙看作框架结构进行设计。
把握住剪力墙结构设计的具体要求,在设计过程中不断优化结构设计细节,是高层民用建筑剪力墙结构设计的重要内容。
2高层民用建筑中剪力墙结构设计的应用2.1平面的布置剪力墙结构设计中,首先要对墙体平面进行布置,根据相应的设计原则来保证剪力墙平面的中心和刚度正好完美结合,发挥出其最大的性能特点,从而实现更好的墙体均衡作用力。
高层住宅剪力墙结构优化设计探讨
高层住宅剪力墙结构经济指标的影响条件有很多,包括抗震设防烈度、风压、地质等自然因素,也包括建筑高度、高宽比、平面布局等建筑因素,还有结构设计人员设计水平和责任心的因素。结构经济指标具有一定的离散型,但结构设计人员必须精心设计,尽可能达到现有条件下的最优化。
参考文献:
[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社.2010
楼板和梁可采用同一强度等级混凝土,强度不宜过大。高层住宅通常板块较小,楼板多为构造配筋,采用高强度等级混凝土不但容易开裂,且相应提高最小配筋率,造成浪费。
3.3、长墙方案中应尽量避免短肢剪力墙
《高规》7.2.2条规定:“短肢剪力墙的全部竖向钢筋的配筋率,底部加强部位一、二级不宜小于1.2%…其他部位一、二级不宜小于1.0%…”,此配筋率远大于普通长肢剪力墙分布筋0.25%的规定。因此在长墙方案中布置剪力墙时应尽量避免形成短肢剪力墙。
3.7、计算过程应控制的指标
1)位移比:《高规》3.4.5条规定在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;3.7.3条规定位移角限值1/1000,,控制在1/1100左右即可,不必刻意追求此指标;
减少边缘构件的面积也是优化墙体配筋的一种措施。实际工程常有墙体形状复杂且墙肢短,边缘构件多,所配钢筋量大(见图1)。可采取以下措施:1、结构设计人员可在建筑方案阶段提出优化意见,尽量避免出现过多繁复的平面设计;2、尽量把墙体布置成“L”形、“T”形长墙,使边缘构件尽量多的采用如图2所示的情况,更为经济。
[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程.中国建筑工业出版社.2010
结合工程实例探讨高层住宅楼剪力墙结构设计要点
结合工程实例探讨高层住宅楼剪力墙结构设计要点摘要】本文结合工程实例,针对某高层住宅楼剪力墙结构设计要点进行了深入地分析,从中提出了自己的建议。
【关键词】高层建筑;结构布置;结构计算;经济性比较随着我国社会经济的持续发展,高层建筑的不断涌现,人们对建筑结构模式进行了创新,使得建筑剪力墙结构得到有效的发展。
剪力墙结构由于具有整体性好,刚度大的优点,从而在高层建筑中得到了广泛使用。
文章结合工程实例,针对剪力墙结构设计过程中相关技术要点,为类似工程提供参考。
1 工程概述某高层住宅楼,总建筑面积约1.8万m2,地上30层,地下2层,1层为大堂,2~30层为住宅。
抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.15g,设计地震分组为第一组,场地类别为II类,建筑抗震设防类别为丙类。
结合工程实际情况,经过分析,本工程采用剪力墙结构形式,剪力墙结构是承担结构的水平以及竖向荷载的。
剪力墙结构整体性好,具有较大的抗侧刚度,能够承受较大的水平荷载。
在水平荷载的作用下,剪力墙结构将产生弯曲变形。
2 结构布置剪力墙的合理布置对于结构计算起着关键性的作用,因此,对于剪力墙结构来说,应确保其布置合理科学,以保证在设计时结构计算结果能够满足要求,同时,剪力墙结构布置的合理性,能够大大地提升建筑结构的经济效益,实现剪力墙结构布置最优化目标。
通常来说,剪力墙是沿着主轴方向进行布置,而对于呈如L形、T形的不规则的建筑平面,需要在两个方向布置剪力墙结构。
在剪力墙布置时,要确保其结构不出现单向有墙的情况,在内外剪力墙的布置时,应进行拉通对直处理。
2.1 避免结构大错层住宅底部两层规划功能为商业,且附近为商铺、住宅。
因此,为了满足商铺层高要求,原设计方案中将建筑1~3层设计为住宅,而将两层商铺设计靠近街道一侧,这样形成较大的结构错层。
而在结构设计过程中,通过对结构受力计算和经济效应分析得知,如果按照原设计方案中的错层设计,将会增加建筑建设成本和降低结构抗震性能。
对高层住宅剪力墙结构设计的论述
对高层住宅剪力墙结构设计的论述摘要:我国社会经济的迅猛发展和人口压力迫使城市建筑无限可能地纵向发展,高楼林立已然成为城市的一道亮丽风景线,现代高层建筑越来越向多功能的综合用途发展。
人们对高层建筑平面空间的设计要求越来越高,普通的框架结构显然已不能满足人们对高层建筑室内空间的使用和整体美观的愿望。
剪力墙从纵向及横向来承担荷载,其刚度有力地抗击着水平荷载,已经被高层建筑结构设计广泛使用。
关键词:高层住宅;剪力墙;结构设计;措施1.剪力墙种类1.1整体墙如果剪力墙没有洞口或者其开洞面积小于墙面积的15%,且洞口之间距离及洞口与墙边之间距离大于洞口最大尺寸时,开洞对该墙体的整体性能影响可以忽略,截面法向应力可按照平截面假定计算,此时剪力墙仍会发生弯曲变形,此时称为整体墙。
1.2小开口整体剪力墙如果剪力墙开洞面积大于整个墙体面积的15%,墙肢出现局部弯矩,截面法向应力相当于整体弯矩直线分布和墙肢局部弯矩应力的叠加后的结果,剪力墙变形基本上属于弯曲型,此时称为小开口整体剪力墙。
1.3联肢剪力墙如果剪力墙开洞面积更大,剪力墙整体性受到破坏,连梁刚度比墙肢刚度小得多,连梁中部有反弯点,截面法向应力不能用平截面假定计算,剪力墙变形由弯曲型向剪切型过渡,各墙肢单独作用更明显,可看成由多肢剪力墙通过刚度较大的连梁结合在一起的剪力墙,此时称为联肢剪力墙。
1.4壁式框架当剪力墙开洞面积很大时,墙肢长度较短,此时墙肢刚度与连梁刚度接近,变形变为剪切型,受力性能更接近框架结构,此时称为壁式框架。
2.剪力墙结构设计的基本原则剪力墙结构在建筑中主要承担竖直方向重力与水平方向荷载,剪力墙结构的设计既要安全合理,又要考虑经济问题。
设计过程中,各种位移限制值都要满足,结构构件中抗侧力构件的作用也要充分考虑到。
设计时,剪力墙的数量也要满足位移限制值相关规范的要求,数量应该尽量少,但又不能影响基本振犁的要求。
建筑中剪力墙结构所承受的倾覆力矩应不小于总数的一半。
高层建筑底部大开间剪力墙结构选型及转换构件方法分析
高层建筑底部大开间剪力墙结构选型及转换构件方法分析摘要随着高层建筑不断增多,为了适应对建筑使用功能的需要,高层建筑底部大开间剪力墙结构被广泛应用于高层建筑中。
本文针对高层建筑底部大开间剪力墙结构选型及转换构件方法进行分析。
关键词高层建筑;剪力墙结构;结构选型;转换构件随着我国市场经济的快速发展,高层建筑不断增多,现代高层建筑对功能的要求也不断提高,在这样的形势下,仅仅采用剪力墙结构是无法满足高层建筑对功能的需求,然而,底部大开间剪力墙结构就能够满足高层建筑多功能的需求。
底部大开间剪力墙结构的标准层是采用剪力墙结构,在底部则采用框架——剪力墙结构,这样的结构形式能够为高层建筑底部提供较大的空间。
底部大开间剪力墙结构目前已经在高层建筑中得到广泛的应用。
1 高层建筑底部大开间剪力墙结构的特点高层建筑底部大开间剪力墙结构的整体性较好,刚度大,侧向变形相对较小。
高层建筑底部大开间剪力墙结构能够充分利用内隔墙的位置合理布置竖向构件,并且可以避免与建筑使用功能发生矛盾,高层底部还能与商场和服务用房有效结合起来。
在墙的数量上可以根据抗侧力的需求情况而定,如果层数相对较少,可以布置一些断肢墙适当调整刚度。
由于剪力墙间距较大,需要的剪力墙较少,对于减少的剪力墙可以用轻质砌体代替,对钢筋和混凝土的用量相对较少,结构自重相对减轻,能够提高施工的速度,同时可以明确构件受力,使传力路线更加简捷。
高层建筑底部大开间剪力墙结构的特点,不仅能够满足结构整体水平的抗扭刚度,而且还能保证楼板有效传递水平地震力,能够做到配筋合理,受力适中。
2 高层建筑底部大开间剪力墙构造选型在目前的高层建筑工程施工过程中,应用于转换层结构的形式主要包括空腹桁架式、箱形和板式、梁式转换层以及斜杆桁架式转换层。
在通常情况下,应根据高层建筑工程的具体实际情况,选择较为科学合理的转换层结构。
但是,在高层建筑工程施工过程中,施工企业往往会采用具有传力直接和传力途径较为清晰的梁式转换层结构。
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关于高层建筑底部大开间剪力墙结构设计的探讨
【摘要】本文主要针对高层建筑底部大开间剪力墙结构从方案选取到施工图设计中的一些具体问题,重点讨论了结构选型,整体计算模型的分析,转换构件的设计与构造,最后对转换结构进行了小结。
【关键词】转换层;转换构件设计;计算模型
1.构造选型与布置
目前在工程中应用转换层的主要结构形式有:梁(墙梁)式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式等。
从结构传力方式看,梁式转换层具有传力直接、传力途径清楚的优点。
同时转换梁构造简单、施工方便,经综合分析,较为经济合理。
结合本工程实际情况,由于上部住宅剪力墙间距长短很不规则,但下部功能为办公及商铺,空间划分可以较为灵活,对空间的开敞和完整性要求并不十分严格。
这样,落地剪力墙的位置和走向,框支柱的数量和间距,可尽量与上部剪力墙对齐,凡落在下部过道及影响功能空间正常使用的剪力墙通过框支柱转换大梁进行转换。
在比较分析后,本工程采用梁式转换。
本工程柱距3~6m左右,柱网较密,转换梁的截面高度不需要过大,对净高影响较小。
2.整体分析
根据《高规》5.1.12条,在弹性分析阶段采用了SATWE、PMSAP两种程序对结构进行了整体计算及分析对比,见表1~表2。
表1 周期
表2 刚度
从以上比较可以看出,两种计算软件分析结构是基本一致的。
说明分析结果是可信的,可以作为施工图的依据。
3.转换构件的设计及构造
3.1转换梁
本工程转换梁上部墙体分布形式大致可分为满跨和不满跨两种,除采取SATWE、PMSAP进行整体分析计算外,还采用FEQ对其进行局部有限元的计算。
以一根截面为700mm×1300mm、跨度为3700mm的上部墙体满跨的框支梁为例。
SATWE的计算结果是上部纵筋面积为25cm2,下部纵筋面积为47cm2,箍筋面积为9.0cm2;FEQ的计算结果是梁为对称配筋,一边纵筋面积为42cm2,
箍筋面积为16.0cm2。
结果表明:对于上部墙体满跨的框支转换梁,用有限元程序FEQ局部分析计算的转换梁内力与SATWE、PMSAP整体分析计算的结果是有差异的。
墙与转换梁作为一个整体共同受力变形,类似于深梁或带拉杆拱的受力。
转换梁位于整体弯曲的受拉翼缘,转换梁中就会出现轴向拉力。
同时拱的传力作用,使得上部墙体的竖向荷载,传到转换梁上部一定高度时,开始以斜向荷载的形式向梁的端部集中,越接近转换梁,倾角越大,形成拉力区,使转换梁弯矩减少、轴向拉力增大。
SATWE、PMSAP等进行整体结构内力分析时,剪力墙肢按墙单元考虑,转换梁柱按一般杆单元处理,墙肢与转换梁在单元节点处连接,粗略考虑转换梁与上部墙体的共同工作;而梁有限元分析程序(如FEQ)是在整体空间分析程序的计算基础上,将转换梁上部墙体3~4层以及以下部1~2层的范围取出,进行有限元分析。
因为这两种方法,单元模型划分方法不同,所以计算结果有一定差异。
为了安全可靠,又采用手算进行校核。
初步确定转换梁尺寸时,转换梁支座截面处剪力设计值Vmax可按下式取用:当转换梁上部墙体满跨不开洞或开较少洞口时,可取V=(0.25~0.35)G;当转换梁上部墙体一侧满跨,另一侧不满跨时,可取V=(0.35~0.45)G;当转换梁上部墙体两侧不满跨或转换梁上部托柱时,可取V=(0.5~0.6)G;式中G 为转换梁上所受到的全部重力荷载设计值。
将SATWE计算出的转换梁上一层墙体竖向荷载恒+活的标准值Nqk(kN),折成均布荷载qk(kN/m);地震作用下的各振型组合计算的标准值Nek(kN)和Mek(kN·m),把Nek折成均布荷载q′ek(kN/m),把Mek折成两个三角形竖向荷载q″ek。
对于上部墙体为满跨或开小洞口的转换梁应按深受弯构件计算。
深梁截面高度可取转换梁顶以上转换梁净跨范围内的墙体与转换梁一起组成倒“T”形深梁高度。
对于上部墙体不满跨或开洞较大、较多不规则的转换梁按普通梁的截面设计方法进行配筋计算。
本工程转换梁的主要截面取600mm×1200mm~800mm×1500mm,纵筋配筋率不小于0.5%,跨度小于6m的上部纵筋沿梁全长贯通,大于6m的上部纵筋沿
梁全长贯通,下部纵筋全部直通柱内,沿梁腹部设置 18@200的腰筋。
转换梁
的截面尺寸通常由其受剪承载力控制,故剪压比控制在0.15以内,箍筋全长加密。
对于梁高受限的转换梁采取了竖向加腋的方法,不宜采用梁搭梁的间接传力形式,且上部墙体应尽可能落到转换梁上,避免大梁受到很大扭矩。
3.2框支柱
框支柱的截面主要取800mm×800mm~900mm×900mm。
为了提高构件在地震作用下的延性和耗能力,以及考虑到“强剪弱弯”的原则,本工程框支柱的轴压比控制在0.5以内。
大部分框支柱剪跨比控制到大于2.0,短柱控制到大于1.5。
由于层高受限,个别短柱λ<1.5,设芯柱予以加强。
3.3落地剪力墙
落地剪力墙厚度250mm~400mm,落地剪力墙百分比为41%,根据《高规》10.2.5条,剪力墙底部加强部位的抗震等级提高一级,为一级。
《高规》10.2.15条,剪力墙底部加强部位墙体水平和竖向分布筋配筋率不小于0.3%;《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)6.2.11条,一级落地抗震墙底部加强部位拉筋直径不小于8mm,水平和竖向间距分别不大于该方向分布筋间距2倍和400mm的较小值;《高规》10.2.6条,特一、一、二级转换构件水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.8、1.5、1.25。
采取以上措施以确保剪力墙的塑性铰出现在转换层以上。
3.4框支梁上一层墙体
框支梁墙体加强区范围内配筋按照《高规》10.2.13条。
当转换梁承托上部墙体满跨不开洞口时,转换梁与上部墙体共同作用工作,受力特征与破坏形态表现为深梁,上一层墙体应力较大,设计时应注意加强。
3.5转换层楼板
《高规》10.2.20条对转换层楼板的剪压比进行了控制,目的是满足楼板刚度要求及抗剪能力,使转换层上部的剪力能够有效的传递给落地剪力墙。
本工程转换层楼板厚度180mm,双层双向配筋,且每层每方向配筋率不小于0.25%。
上下相邻各一层楼板也适当加厚,板厚130mm,板上部筋至少拉通一半。
4.结语
由于转换梁的截面尺寸往往很大,处理不好有可能使转换梁与框支柱形成的框架出现“强梁弱柱”的现象,对结构抗震不利;另外,由于设置了转换层沿建筑高度方向结构刚度的均匀性受到很大破坏,力的传递途径有很大的改变。
因此,我们在设计中对转换结构一定要特殊分析和计算,运用概念设计处理好上述关键构件和节点,对于出现的许多新问题需要我们进一步研究。
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【参考文献】
[1]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工.北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]林树枝.高层建筑结构工程实践.北京:中国建筑工业出版社,2006.
[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例.北京:
中国建筑工业出版社,2004.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。