浅谈高层建筑剪力墙结构优化设计分析
剪力墙结构设计及优化浅析
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剪力墙结构设计及优化浅析剪力墙是一种常用的结构形式,在工程实践中被广泛应用。
剪力墙结构通过设置垂直于墙面方向的墙体来承担水平荷载,起到抗震、抗风和抗剪的作用。
本文将从剪力墙结构的设计和优化两个方面进行浅析。
1. 剪力墙的设计剪力墙结构的设计过程主要包括以下几个步骤:1)确定结构体系:根据建筑的功能和使用要求,确定剪力墙结构所属的结构体系,如剪力墙框架体系、核心筒体系等。
2)确定墙的位置和数量:根据结构体系的选取和建筑布局,确定剪力墙的位置和数量,通常剪力墙应尽量布置在建筑的正交方向上,并考虑墙体的竖向分布。
3)计算剪力墙的尺寸:根据设计荷载和抗震性能要求,计算剪力墙的拉压应力、抗剪强度和变形等参数,进而确定墙的尺寸和配筋方式。
4)施工细节设计:根据结构设计的要求,对剪力墙的连接、墙柱交界处等施工细节进行设计,确保结构的稳定性和安全性。
2. 剪力墙的优化剪力墙结构的优化是指在满足设计要求的前提下,通过调整墙体尺寸和布置方式,使结构达到更优的经济性、安全性和施工性。
剪力墙的优化主要从以下几个方面进行:1)墙体布置的优化:通过对墙体的位置和数量进行优化,减少墙体对建筑内部空间的影响,提高使用效率。
可以通过调整墙体的位置和增加剪力墙的数量,合理分配剪力墙的承载荷载,减小结构的变形和应力集中。
2)墙体尺寸的优化:通过对墙体的尺寸进行优化,减小结构的自重和材料消耗,提高结构的经济性。
可以通过调整墙体的厚度和高度,合理配置墙体的配筋,减小结构的成本和施工难度。
3)墙体材料的优化:通过选用合适的材料,提高结构的抗震性能和耐久性。
可以选用高强度混凝土和高性能钢筋,增加剪力墙的承载能力和抗侧向位移能力,提高结构的安全性。
4)施工工艺的优化:通过改进施工工艺,提高结构的施工效率和质量。
可以采用预制墙板和预制楼盖板等先进工艺,减少现场施工时间和人工成本,提高结构的整体性能。
剪力墙结构的设计和优化是一个综合考虑结构稳定性、经济性和施工性的过程。
浅谈高层住宅剪力墙结构优化设计
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浅谈高层住宅剪力墙结构优化设计摘要:随着高层建筑的日益增多,剪力墙结构也成为了高层住宅的一种普遍结构形式。
本文以某花园7号楼为例,浅谈高层剪力墙结构设计中的常遇问题,及其解决方法及措施。
关键词:高层建筑;剪力墙结构;结构设计近年来,高层住宅大量涌现,如何在设计过程中使结构安全合理、经济显得尤为重要。
但是目前的高层住宅结构设计大多数是根据已经确定好的平面和竖向布置,先设定好构件尺寸,再通过电算,在电算过程中仅对个别超限构件进行调整,便最终形成设计结果。
至于整体结构方案是否完善,构件尺寸是否合理,则没有详细考虑,很多时候会产生不必要的浪费,甚至会有很大的安全隐患。
现以某花园7号楼为例,就高层剪力墙结构设计中的常遇问题,分析并提出解决的方法及措施。
一、工程概况某花园7号楼位于广东省。
地下一层为设备用房,地上部分为25层住宅。
主体结构为剪力墙结构,无转换,抗震设防烈度为六度,基本风压为0.40KN/m2(按100年一遇的基本风压),体型系数取1.4。
建筑总高度78m,剪力墙抗震等级为四级。
场地类别为II类,地面粗糙度为C类。
上图为某花园7号楼标准层平面图二、概念设计实际工程设计中,很多设计人员对剪力墙布置往往有一定的随意性,电算通过后就不加调整地去做施工图,如此结构设计很难做到安全合理、经济。
高层剪力墙结构设计非常强调概念设计,概念设计的目标是使整体结构发挥耗散地震的作用,同时避免因为出现敏感的薄弱部位而导致整体结构过早地破坏。
因此剪力墙的布置应以此为原则,方可使结构在整体上安全合理、经济。
目前很多设计剪力墙布置过多或过长,造成结构体系刚度过大,引起地震力加大,并且加大后的地震力有时集中于某些薄弱部位,造成安全隐患。
而某些设计剪力墙布置又过少,结构体系中梁系互相搭接,以至传力途径不明确,同样造成安全隐患。
三、总体指标控制1、位移比根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002 (下面称《高规》)的4.3.5条规定:结构平面布置应减少扭转的影响。
高层建筑剪力墙结构优化设计分析
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浅谈高层建筑剪力墙结构优化设计分析摘要:本文主要分析了高层建筑剪力墙结构的概念设计对优化设计的重要性,并着重介绍了剪力墙结构的特点及结构布置原则,并对剪力墙结构的设计和计算分析中应注意的问题进行了探讨。
高层建筑是社会生产发展和人们生活需求的产物,是现代化、商业化、工业化和城市化的必然结果。
它反应了一个国家的建筑科技、经济发展水平。
关键字:高层建筑剪力墙结构中图分类号: tu97 文献标识码: a 文章编号:一、引言随着经济和社会发展的需求,以及城市人口密度的持续增长,高层建筑正逐渐成为城市建筑的发展趋势,也是城市现代化的象征。
为了满足高层建筑的抗震性和经济性,对剪力墙结构的研究具有重要的理论和实践意义。
对同一建筑而言,不同的结构墙体布置,其经济指标差异很大,主要是混凝土用量和含钢量的差距很大。
二、高层建筑剪力墙结构的概念设计一幢高层建筑犹如一根竖直放置于嵌固于地基的开孔、带横肋的巨型空间构架式的“悬臂梁”。
它不仅要承受“梁”内所有重力荷载的作用并保持稳定,而且要承受风荷载、地震等水平荷载的作用并保持一定的刚度,避免过大的水平位移和振动,保证“梁”内各种建筑装饰、填充墙等不受损坏,以提供“梁”内工作生活的人们有一个舒适的环境。
高层建筑结构同时承受垂直和水平荷载,还要抵抗地震作用,在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,通常可以忽略;而在高层建筑中,水平荷载和地震作用将成为控制因素。
随着建筑高度增加,位移增加最快,弯矩次之。
因此高层建筑设计不仅要有较大的承载能力,而且需要较大的抗侧刚度,以保证水平荷载产生的侧向变形控制在一定范围内。
剪力墙结构在水平力作用下侧向变形的特征为弯曲型。
剪力墙结构承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。
其特点是整体性好,侧向刚度大,水平力作用下侧移小,并且由于没有梁、柱等外露与凸出,便于房间内部布置。
缺点是不能提供大空间房屋,结构延性较差。
当地下室或下部一层、几层,需要大空间时(如商场、停车库等)即形成部分框支剪力墙结构。
探究高层住宅剪力墙结构优化设计
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探究高层住宅剪力墙结构优化设计近年来,随着城市化的加速,高层住宅的建设越来越普遍。
而在高层建筑中,剪力墙是一种常用的结构形式,能够起到支撑和抗震作用。
因为其重要性,剪力墙的结构设计一直是建筑工程的研究热点。
本文将探究高层住宅剪力墙结构优化设计问题。
一、剪力墙结构概述剪力墙是由砖、混凝土或钢筋混凝土构成的墙体结构,其经过布置和设计后能够在横向方向上具备抵抗水平荷载的能力,使建筑物具有良好的稳定性和抗震能力。
剪力墙结构具有简单、高效、可靠、造价低廉等优点,因此在高层住宅和商业建筑中得到广泛应用。
二、剪力墙结构的优化设计问题剪力墙是一种能够对地震力产生反作用的结构,当地震发生时,剪力墙可以消耗部分地震能量,起到破坏控制作用,从而保护建筑物和居民的安全。
为此,在剪力墙的优化设计中,需要考虑以下几个方面:1. 剪力墙的位置和数量剪力墙的设计数量和位置是影响建筑物抗震性能的重要因素。
传统的剪力墙设计方法是根据静力参数进行计算,然而随着抗震理论研究的不断深入,现代设计方法逐渐从静力方法向动力方法转变,通过地震反应谱、扰动分析等方法进行分析,确定合理的剪力墙数量和位置。
2. 剪力墙的形状和轮廓剪力墙的形状和轮廓对其受力性能影响较大。
在设计中,应尽可能采用等截面或进退式剪力墙,避免采用缺口剪力墙等非等截面形式,以提高剪力墙的受力性能。
3. 剪力墙的刚度剪力墙的刚度直接影响其抵抗地震力的能力。
为了保证建筑物的安全性,剪力墙的抗侧刚度应满足设计要求,结构体系的刚度应适当提高。
4. 剪力墙的连接方式和形式剪力墙在遇到地震时需要与建筑物的其他结构部分协同工作。
因此,在剪力墙的设计中,需要考虑其连接方式和形式。
采用合理的连接方式能够保证各结构部分的协同作用,提高剪力墙受力性能。
5. 剪力墙的材料和强度剪力墙在承载水平荷载时需要有足够的强度和刚度。
因此,在剪力墙的优化设计中,需要考虑材料的选用和强度等指标的合理确定。
三、剪力墙结构优化设计案例为了更好地展示剪力墙结构的优化设计,本文将选取一例现代高层住宅剪力墙结构设计案例进行详细分析。
高层剪力墙结构优化与设计实践分析
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高层剪力墙结构优化与设计实践分析发布时间:2023-06-28T07:41:41.182Z 来源:《新型城镇化》2023年12期作者:李相宁[导读] 根据剪力墙开洞口情况,剪力墙可分为整体墙、小开口墙、双肢墙、多肢墙等。
海南省农垦设计院有限公司海南海口 571100摘要:剪力墙结构作为高层建筑中一种重要的结构体系,具有非常良好的整体性、平面内刚度大,抗震性能好等优点,已经成为现代高层住宅类建筑中最主要的结构体系。
但剪力墙结构体系的高层结构容易出现剪力墙偏心布置的问题,同时引起其在水平作用下抗扭性能不足的问题,对剪力墙结构进行优化一直都是结构工程领域的重点关注问题。
基于此,本文重点结合高层住宅项目,对高层建筑剪力墙结构优化措施进行分析。
关键词:高层建筑;剪力墙结构;优化设计1剪力墙受力性能分析1.1剪力墙的分类根据剪力墙开洞口情况,剪力墙可分为整体墙、小开口墙、双肢墙、多肢墙等。
整片剪力墙类似于一根悬臂梁,在水平力作用下,承受弯矩和剪力作用,底部弯矩和剪力最大,破坏形态主要受高宽比控制,随着高宽比增大,一般为斜压破坏、剪切破坏、弯曲破坏、压屈破坏、剪切滑移破坏。
联肢墙在水平力作用下,墙肢承受弯矩和剪力作用,连梁主要作用是传递联肢剪力墙之间的剪力,联肢墙的破坏形态取决于连梁与墙肢的刚度之比。
联肢墙的刚度、强度和延性性能介于整片剪力墙和两片独立剪力墙之间。
1.2剪力墙的受力特点剪力墙的变形特点为弯曲型变形,具有延性,当墙肢长度较长时,为避免剪力墙的脆性及剪切破坏,可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙。
联肢墙是剪力墙结构设计中应用最广的墙肢类型,考虑到设计中联肢墙墙肢长度的不确定性,引入剪力墙整体系数的概念。
剪力墙整体系数α是连梁总转角刚度与墙肢总线刚度的比值,是反映剪力墙整体性的重要参数,α值越大剪力墙的整体性越好,受力性能越接近悬臂式剪力墙。
通过对整体系数α=1.0~10.0的联肢墙进行有限元分析,可以得出如下结果:(1)α<4.0时,连梁抗弯承载力较小,耗能效果不理想,在水平力作用下容易使墙肢间失去联系而变成多片悬臂式墙肢独立工作,结构设计不建议采用。
剪力墙结构设计及优化浅析
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剪力墙结构设计及优化浅析
剪力墙是一种承受水平力的结构体系,广泛应用于高层建筑、桥梁、水坝等工程中。
本文将对剪力墙结构的设计及优化进行浅析。
剪力墙结构的设计是一个复杂的过程,需要考虑多个因素,包括结构的强度、刚度、
稳定性、抗震性能等。
设计师需要确定剪力墙的布置和尺寸。
一般情况下,剪力墙应该在
建筑物平面的主力方向上布置,并且要尽量分布均匀,以提高结构的整体刚度。
剪力墙的
高度和宽度也需要根据设计要求进行确定,以保证结构的强度和稳定性。
在剪力墙的设计中,剪力墙的连接方式也是一个重要的考虑因素。
一般情况下,剪力
墙之间需要通过梁、柱等连接起来,以形成一个整体的结构系统。
这样可以提高结构的整
体性能,并且减小剪力墙的厚度和面积,从而减少结构的成本。
当剪力墙的布置和尺寸确定后,设计师还需要对剪力墙的楼板和地基进行设计。
楼板
需要具有足够的刚度和强度,以承受剪力墙传递过来的水平力。
地基的设计则需要考虑剪
力墙的荷载传递、土体的承受能力等因素。
除了基本的设计要求外,剪力墙的优化设计也是一个重要的研究方向。
通过优化设计,可以减小结构的重量和成本,提高结构的抗震性能。
优化设计的方法有很多,可以使用遗
传算法、粒子群算法等进化算法进行求解,也可以使用有限元软件进行模拟分析。
浅谈剪力墙结构高层建筑的优化设计方法
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浅谈剪力墙结构高层建筑的优化设计方法建筑业作为支柱产业,在促进地方经济建设中发挥着重要作用。
其中以剪力墙为主的高层建筑结构体系又是这一时代的典型代表。
因此,在结构设计中应充分考虑其经济性与合理性。
文章通过分析剪力墙结构的特点,针对剪力墙结构高层建筑的设计原则与优化设计方以进行探讨。
以期为优化高层建筑结构体系,有效节约工程造价提供理论参考。
标签:剪力墙;高层建筑;优化设计1 剪力墙结构的特点剪力墙是一种能够较好的抵抗水平荷载的墙体结构。
剪力墙由于可以有效的抵抗建筑的水平荷载,所以在建筑总体的墙面结构上就表现出以下几个特点:室内墙面较为平整:结构自重大,吸收地震的能量大;抗侧刚度大,侧移小;一般情况下,剪力墙体的墙肢截面高度与厚度之比非常大,在水平荷载力的作用下,通常抗剪刚度会起到有效的控制作用,因此它的耗能较差。
所以常常将其应用在20层数以上的高层或特高层建筑设计中,当剪力墙的洞口较小的时候,剪力墙整体的性能是比较好的,剪力墙截面弯曲程度的破坏极限承载力可以依据全截面的抗弯计算。
其次,应用剪力墙结构设计,会给室内框架结构呈现出简洁,没有露梁与露柱的现象,建筑外形也会美观许多,更便于室内的装饰和布置。
但也存在着很多的缺点,比如由于建筑剪力墙结构的抗侧刚度很大,就会引起比较大的地震反应,使得建筑上部的结构体和基础建设费用会增高;由于建筑工业混凝土墙体所呈现出的特点,使得高层建筑的重量增加,这也同样会引起较大的地震反应,进而造成资源上的浪费。
2 剪力墙结构高层建筑的设计原则2.1 调整楼层最小剪力系数方面的原则设计中剪力墙结构的布置要尽量减小,大开间的剪力墙结构布置是最好的设计方案,侧向刚度结构可以达到较为理想的状态。
楼层间的剪力系数尽量小,但不能超出规范的极限范围,短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩于整体总底部承受的地震倾覆力比要小于或等于1:4,这样既可以减轻结构自重,同时降低了地震带来的危害又可以节约用费。
浅析建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计
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浅析建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计作为建筑设计中比较常见的施工技术,剪力墙具有较好的抗震能力与抗侧刚度,因而在各种建筑,特别是高层建筑当中得以广泛应用。
在实际应用当中,设计人员应当对各种因素进行全方位的综合考虑,并结合剪力墙的优缺点对比分析利与弊,以提高剪力墙的利用率。
本文就剪力墙的优化设计进行了具体分析。
标签:建筑结构;结构设计;剪力墙结构;优化设计近年来,建筑结构设计的水平得到不断的提升,在建筑的结构设计上不仅需要满足销售及居住的质量要求,同时还要求具有较好的经济适用性。
剪力墙结构由于侧移较小,抗侧刚度较大,而且具有较强的抗震性能,所以在现代建筑中得到广泛的应用。
特别是在当前我国的住宅建筑设计中,由于对居室使用功能的要求,所以在设计时需要具有较多的分隔墙,而利用剪力墙后,可以将承重墙和分隔墙合为一体,同时还具有良好的经济性。
一、剪力墙结构的概述剪力墙结构是指能够把建筑物中将存在的框架结构使用钢筋混凝土为材质的墙进行替换,承载建筑物形成的负荷,可以在很大程度上限制建筑结构形成的水平力。
换言之,就是使用钢筋混凝土材质的墙替换建筑物中之前水平以及竖直方向承载重力的墙。
由于剪力墙结构拥有很低的成本,能够在很大程度上减少建筑物使用的建筑成本,剪力墙结构在国内高层建筑中的应用十分广泛。
通常情况下,建筑中使用较多的剪力墙结构,可以将剪力墙结构放在一起应用,用来负载建筑上方传来的重力。
尽管剪力墙结构的国内高层建筑中应用次数较多,但是不能在建筑中全部应用这种结构,会对建筑质量以及使用时间产生不良作用。
设计剪力墙结构抗震时,一定要十分留意剪力墙墙体所能够负担的地震倾覆力矩,要比结构所承载的倾覆力矩的一半大,并且地震倾覆力矩要在第一振型的底端。
假如建筑中使用的剪力墙结构比较少,能够根据情况适量的减少剪力墙结构所承受的倾覆力矩,不过要将减少的倾覆力矩把握在百分之十五到百分之四十这个范畴内。
二、剪力墙结构的基本原则剪力墙又被称为抗风墙、抗震墙、结构墙,既能够承担水平构件传来的竖向荷载,又能够承担风力或地震作用传来的水平地震作用,可以节约层高,空间利用比较好。
剪力墙结构设计及优化浅析
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剪力墙结构设计及优化浅析目前在各大城市,高层建筑的数量逐渐增多,剪力墙结构因其整体性好、侧向刚度大、测移小,所以在高层建筑工程中剪力墙结构得到了非常广泛的应用。
本文主要对剪力墙结构的设计及优化进行浅析。
标签:建筑工程;剪力墙结构;优化设计现代社会,剪力墙结构普遍应用于高层建筑中。
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙来代替框架结构的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力。
随着剪力墙结构的广泛应用,设计师在其设计过程中存在的不足和浪费也较多,因此在设计时应与实际情况相结合,不断优化设计,确保其安全性得到保障,经济性得到充分发挥。
一、剪力墙结构的设计过程一些要注意的细节(一)墙体布置原则。
剪力墙结构应具有适宜的侧向刚度,不宜过小或者过大,宜沿两个方向布置且两个方向的侧向刚度宜接近;墙体应上下连续,门窗洞口要上下对齐,成列布置,以便形成明确的墙肢和连梁;剪力墙也不宜过长,较长的墙体应设置高跨比较大的连梁将其分成若干墙段,最长时不宜超过8米。
当然,现在也流行通过混凝土构造外墙来将长墙分段,但是这种做法还是存在着模糊之处,那就是混凝土构造外墙的刚度贡献是否可以完全无视。
(二)剪力墙结构的厚度和配筋问题1、在《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 6.4.1章节抗震墙的基本抗震构造措施中规定了墙体的厚度及配筋,目的是为防止因墙体平面外刚度过小,稳定性差,容易在偏心荷载作用下压屈失稳,但这些规定对于多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。
例如9-12层的剪力墙结构,多数墙肢在重力荷载代表值作用下轴压比都小于0.2,电算结果墙体往往只需要构造配筋,但只因底部功能要求4.2~5.0m層高,按照不小于层高1/20的要求,墙厚就会超过200mm,显然不合理。
所以不应要求死扣规范,而通过采用概念设计分析,控制墙肢轴压比,进行墙体截面条件、强度和稳定性验算并在构造上适当加强暗柱或配筋,保证其整体性连接等措施,是可以使墙厚减小的。
浅谈高层建筑中剪力墙结构的优化设计
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根据最 小布墙率理论计算 公式我们可 以估计 出 概念性布墙方案 的经济性如何 。 并可得 出以下结论 : 最小布墙率 和荷载成正 比,这 点很容易看 出,减 小 上 部 建 筑 荷 载 可 以 有 效 降 低 布 墙 率 从 而 减 少 剪 力 墙 布置;最小布墙率与 f c成反 比,提高混凝土强度等 级可有 效降低 布墙率 。剪力墙混 凝土强度等级在不 高于 C 4 5的情况下 ,每提高一个等级 ,布墙率理论 上平均可减小 1 8 % ;而在高于 C 4 5的情况下 ,提 高 混凝土 等级对 布墙 率 的贡献越来 越低,只有 1 0 % 以 下,平均都在 8 % 左右 。 三 、 剪力墙结构设计 中参数 的优 化 1 . 连梁刚度折减系 数 折减系数越大 ,结构 自振周期越 小,位 移越 小, 配筋越大 。 我们在计算位移角时可不折减连梁 刚度 , 计算配件时按最大折减可 以减少连粱钢 筋用量。 2 . 梁 配 筋 考 虑 压 筋 影 响 考 虑 此 项 可 以是 配 筋 一 般减 少 1 0 %  ̄2 0 % 左右 , 配 筋 率 越 大 减 少 比例 越 多 。 3 . 梁配筋计 算考虑 楼板影 响 粱配筋计算可 以考虑每侧 4倍板厚影响 ,一般 情况下梁配筋可减少 1 0 % 左右 。 4 . 次梁 的抗震等级 由于建模 时梁都按主粱输入 ,次梁是否判 定为 非抗震 ,影 响梁的最小配筋率和 其他构造 ,两端与 垂直墙相连 的梁 ,程序一般定义 为框架粱,但是我 们可 以人工 指定两端与垂直墙相 连的梁为次梁 ,这 样可 以减少该粱 的配筋 。 5 . 位 移角 的控 制 剪力墙结构最大位移角限值国家规范为 1 / 1 0 0 0 , 广东 高规放 宽至 1 / 8 o o ,计 算位移角应尽量靠近规 范限值 。 6 .剪 重比控制 般控 制两个 1 5 % ,一个是 剪重 比调整层数不 超过地上层数 的 1 5 %,另一个是每 层调整后所 需的 地震剪力放大系数不超过 1 5 % , 两个 1 5 % 需要 同时满
分析剪力墙结构的优化设计
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分析剪力墙结构的优化设计1.高层建筑剪力墙结构设计简析高层建筑剪力墙结构设计是一项系统性的设计工作,主要体现在设计重要性、设计前提、设计特点、设计原则等方面。
以下从几个方面出发,对高层建筑剪力墙结构设计进行了分析。
1.1 设计重要性高层建筑剪力墙结构设计有着非常高的重要性。
众所周知高层建筑是社会生产发展和人们生活需求的产物,并且本身也是现代化、工业化和城市化的必然结果。
高层建筑剪力墙结构的设计则在很大程度上反应出了一个国家的建筑科技经济的发展水平。
其次,随着我国经济的发展和社会的进步以及城市人口密度的持续提升,高层建筑正在逐步成为当今建筑最为重要的发展趋势,并且也成为了城市现代化的象征。
为了能够有效的满足高层建筑的抗震性和经济性,因此对剪力墙结构进行更深入的研究就具有重要的理论和实践意义。
1.2 设计前提高层建筑剪力墙结构设计有着必要性的前提。
高层建筑剪力墙结构设计本身就具有很多的概念和原则。
打个比方来说,设计人员在设计一幢高层建筑时可以将这一建筑看成一根竖直放置在嵌固于地基的开孔带。
其次,由于高层建筑多为巨型空间构架,因此建筑的剪力墙不仅仅需要承受所有重力荷载的作用,并且还需要在这一前提下保持稳定。
与此同时,由于高层建筑剪力墙结构还需要保证各种建筑内部的装饰、填充墙等不会在地震等作用中受到损坏,还需要提供建筑内部工作、生活的人们有一个舒适的环境,因此其设计需要将剪力墙可能出现的变形控制在一定范围内。
1.3设计特点高层建筑剪力墙结构设计自身有着独特的特点。
众所周知,剪力墙结构在水平力作用下往往容易出现弯曲型的侧向变形,并且由于剪力墙结构承受的竖向荷载和水平荷载都较大,结果在很大程度上促使了高层建筑剪力墙结构具有很好的整体性和侧向刚度。
但是在这一过程中需要注意的是,高层建筑剪力墙结构由于不能够提供大空间房屋并且结构延性通常来说也较差,因此这在很大程度上限制了高层建筑剪力墙结构的设计空间,例如许多高层建筑的内部房屋只能以小房间为主,这与高层建筑剪力墙结构设计限制有着非常大的关系。
高层建筑剪力墙结构的优化设计分析
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高层建筑剪力墙结构的优化设计分析在保障高層建筑剪力墙结构安全性和稳定性的基础上,对剪力墙结构进行适当的优化设计,对于提升建筑抗震性能、减少工程成本投入、提升企业经济效益尤为重要。
本文结合高层建筑剪力墙结构的优化及再优化实例设计方案,对不同因素对剪力墙结构性能的影响进行了探讨。
标签;剪力墙;优化;布置;性能;设计一、工程概况某纯剪力墙结构体系的高层住宅建筑,建筑物平面尺寸为37米×23.4米,总建筑面积约15440平方米,地上为16层,地下为1层,标准层高为2.9米,建筑总高度46.7米。
该住宅建筑结构安全等级为二级,剪力墙抗震等级为四级,地区工程抗震设防烈度为 6 度。
设计采用的基础形式为桩基础,建筑场地类别为Ⅱ类。
二、剪力墙结构优化设计结合不同因素对剪力墙结构性能的优化作用,对剪力墙的布置进行以下调整:增加Q1、Q11、Q17、Q20、Q23、Q26 剪力墙的长度;增加Q1、Q2、Q3、Q5、Q9、Q10、Q11、Q15、Q16、Q21、Q22 剪力墙的翼缘长度;增加Q18、Q19、Q24、Q25 剪力墙的翼缘;删除Q6、Q7、Q13 剪力墙;减小Q3、Q4、Q8、Q9、Q12、Q14 剪力墙的长度;删除部分电梯井筒附近墙体。
如图2所示,为该高层住宅建筑优化后的平面布置图。
由此可见,基于连续、均匀、对称的原则,增强高层建筑剪力墙结构周边刚度,可通过对剪力墙结构周边剪力墙布置的加强,起到对结构抗扭刚度和抗侧刚度的提升作用,实现对剪力墙布置的优化调整。
具体的方法包括:增加结构周边剪力墙、增加剪力墙翼缘长度、增加部分剪力墙的翼缘。
对于一些高层建筑剪力墙结构不规则、受力不均匀、结构扭转效应过大的情况,可采用对结构周边剪力墙进行优化布置的方式,使结构的受力性能得到改善。
但是采用这一优化布置措施,结构的材料用量也会同时增加,造价随之增高,构件的材料性能得不到充分发挥。
虽然这种变化较小,但出于对结构经济性能的考虑,还应对结构进行进一步的优化与调整。
探析高层建筑剪力墙结构设计优化
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探析高层建筑剪力墙结构设计优化引文:剪力墙结构一般会出现在分间较多的建筑中,如旅馆等,剪力墙结构能够使房间的分隔墙与承重墙合二为一,既节省了空间,又能够达到房间建筑强度的要求。
而且在高层建筑中使用剪力墙结构,能够隐藏室内的房梁等结构,使室内的墙体更加具有整体性,更加的简洁美观,有利于室内布置。
但是剪力墙结构也存在着一定的弊端,需要通过剪力墙结构设计优化的方式来减轻高层建筑的剪力墙结构存在的弊端。
1高层建筑剪力墙相关分析1.1高层建筑剪力墙概念通常而言,房屋建筑的高度越高,房屋建筑就越需要考虑到高层建筑的侧力因素。
如果高层建筑的抗侧力能力没有达到标准,就可能会出现高层建筑倾斜的现象,严重的话,甚至还会出现高层建筑坍塌的可能。
在房屋结构的设计当中,建筑物框架结构主要承担来自横向的力的作用,因此,风力和地震产生的力的作用就会被承担在高层建筑的结构当中,如果高层建筑的结构没有设计好,就会使高层建筑的抗侧力大打折扣,对高层建筑的安全质量产生不利影响,因此,对于高层建筑来说,房屋的结构设计一定要考虑到侧力的影响。
对高层建筑来说,楼层越高,为了保证楼层的力的平衡,一般情况下,楼层也会相应增大宽度,因为楼层越高,楼层底层的结构柱子需要承受的重力也就越大,因此,对于高层建筑来说,房屋结构除了要承受来自横面的侧力外,还需要承受来自竖向的重力。
在建筑领域,剪力墙是由钢筋混凝土浇灌成的墙体,通常情况下,这种墙的刚度比较大,承受力的能力也比较强。
剪力墙不仅可以应对横向的剪力对建筑物的作用,也可以在很大程度上承受来自竖向的建筑物的重力。
由于这种墙对水平方向的剪力的承受能力比较强,所以,这种墙被称为“剪力墙”。
高层建筑剪力墙结构设计是在高层建筑中广泛使用的一种墙体结构,这种墙体结构的原料主要是钢筋混凝土,通过横向承重板和纵向承重板纵横交错来达到增强楼层的承重能力的目的。
这种墙体的建造,能够使高层建筑的稳定性、刚度以及抗震能力大大加强,能够满足现今我国高层建筑的需要。
剪力墙结构设计及优化浅析
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剪力墙结构设计及优化浅析
剪力墙是一种常见的结构形式,其利用墙体的搭配来承担水平荷载。
在设计和优化剪力墙结构时需要考虑许多因素,本文将对此进行详细介绍。
(1)荷载分析
剪力墙结构的承载能力取决于不同方向的荷载大小和方向。
因此,在设计剪力墙结构时,需要考虑不同荷载方向的重要性和影响程度,并对其进行分析和计算。
(2)墙体材料选择及尺寸
剪力墙结构的墙体通常采用混凝土或砖块等材料。
在选择材料时,需要考虑其强度和刚度等因素。
同时,墙体的尺寸也需要根据荷载计算来确定,以确保其承载能力和稳定性。
(3)剪力墙的布置
在设计剪力墙结构时,需要将其布置在结构的重要位置,如角落或横向开口处等。
墙的布置会影响其作用效果,因此需要进行合理的布置和定位。
(1)增加墙体刚度
墙体的刚度是影响结构稳定性和承载能力的重要因素之一。
在设计中,可以通过增加墙体的厚度、高度或加筋等方式增强其刚度。
(2)调整墙体布局
墙体的布局和位置对结构整体的抗震能力和稳定性有很大影响。
在优化中,可以通过调整墙体的位置或墙体宽度等方式,来提高结构的整体性能。
(3)结构优化
在设计和施工过程中,需要对结构进行调整和优化。
比如在设计中减少结构构件的跨度或尺寸,以减小荷载和压力,提高结构稳定性和承载能力。
总之,剪力墙结构的基本设计和优化需要考虑许多因素,如荷载分析、墙体材料、墙体尺寸、布置和结构整体性能等。
只有合理地考虑和优化这些因素,才能设计出稳定性和承载能力优异的剪力墙结构。
剪力墙结构设计及优化浅析
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剪力墙结构设计及优化浅析在现代建筑工程中,剪力墙结构因其出色的抗震性能和空间利用效率而得到了广泛的应用。
剪力墙结构是一种能够有效抵抗水平荷载的结构体系,对于保障建筑物在地震、风荷载等作用下的安全性和稳定性具有重要意义。
然而,要实现剪力墙结构的合理设计和优化,需要综合考虑众多因素,包括建筑功能、力学性能、经济成本等。
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制成,具有较大的刚度和强度。
在水平荷载作用下,剪力墙如同巨大的悬臂梁,通过自身的弯曲变形和剪切变形来抵抗外力。
剪力墙结构可以分为整体剪力墙、小开口整体剪力墙、双肢剪力墙和多肢剪力墙等多种类型。
不同类型的剪力墙在受力性能和变形特点上存在一定的差异,因此在设计时需要根据具体情况进行选择。
二、剪力墙结构设计的要点1、合理布置剪力墙剪力墙的布置应遵循均匀、对称、周边的原则,以减少结构的扭转效应。
同时,要考虑建筑功能的要求,避免剪力墙对房间布局造成过大的影响。
在高层建筑中,剪力墙应沿主轴方向双向布置,以增强结构的抗侧力能力。
2、确定剪力墙的厚度剪力墙的厚度应根据其受力情况、抗震等级、层高和混凝土强度等级等因素综合确定。
一般来说,底部加强区的剪力墙厚度较大,以满足抗震要求。
同时,剪力墙的厚度还应满足稳定性和构造要求。
3、配筋设计剪力墙的配筋包括水平分布钢筋和竖向分布钢筋。
水平分布钢筋主要用于抵抗水平荷载产生的剪力,竖向分布钢筋主要用于抵抗弯矩。
配筋的数量和间距应根据计算结果和规范要求进行确定,以保证剪力墙具有足够的承载能力和延性。
4、边缘构件设计边缘构件包括约束边缘构件和构造边缘构件。
在抗震等级较高的部位,应设置约束边缘构件,以提高剪力墙的抗震性能。
边缘构件的配筋和尺寸应符合规范要求。
三、剪力墙结构优化的目标和方法1、优化目标剪力墙结构优化的目标通常包括降低结构成本、提高结构性能和满足建筑功能要求。
简析高层建筑剪力墙结构设计优化
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简析高层建筑剪力墙结构设计优化剪力墙因具有增强建筑物的抗震能力,提高建筑物整体性能等作用而在高层建筑物中得到广泛的运用。
剪力墙结构能够在保持强度的前提下使建筑物设计更为美观,具有一定的灵活性。
但同时,剪力墙结构也有一定的弊端,主要体现在其结构的延性不足,导致建筑物的抗震性能达不到标准,因此,如何通过优化设计,以使剪力墙在高层建筑物中尽量避免弊端,最大程度的发挥性能是一个非常值得去探究的问题。
标签:高层建筑;剪力墙结构;设计优化1、高层建筑剪力墙结构优劣势分析剪力墙结构是一种钢筋混凝土墙板结构,相比于框架结构中的梁柱,剪力墙结构不仅可以承担各种荷载引起的内力,而且能够有效控制建筑物的水平侧移,因此承载力更强。
1.1剪力墙结构优势分析剪力墙结构优势方面主要体现在:首先,在高层建筑中应用剪力墙结构,不仅能够节约经济成本,且适用性强。
这主要由于通过剪力墙结构,承重墙与分隔墙能够形成一个整体,这样既能保证建筑的稳定性,又能体现更高的经济价值。
所以,目前的大多数宾馆等高层建筑都使用这种结构。
其次,剪力墙结构的使用功能更全面。
剪力墙结构与框架结构相比,不仅可以使房间的空间更加宽敞,有利于房间的布置,而且改造空间更多,用户在进行设计时形式更加灵活、多样;此外,剪力墙结构在有较强的抵抗水平荷载的能力,出现的侧移较小,使得建筑室内墙面较平整,空间简约宽敞,室内布置更加随意;最后,剪力墙结构具有较强的稳定性。
由于此种结构有较大的的刚度,在地震中能够吸收更多的能量,具有更高的抗震能力,即使在剪力墙结构截面发生弯曲的情况下,变形也较小,对结构的整体性能影响较小,因此,在高层建筑物中运用剪力墙结构是很有价值的。
1.2剪力墙结构劣势分析剪力墙结构虽然具有很突出的优势,但同时也存在一定的弊端,主要表现在:一是由于此种结构的抗侧刚度比较大,在地震中吸收的能量较多,所以对整体结构的安全性与稳定性的影响也较大。
因此,在设计时,必须适当的提高基层规模或者是上部结构规模;二是由于此结构是混凝土成分,自重较大,在地震中会造成混凝土的浪费;三是剪力墙结构的许多功能还未得到有效利用,使得负载分配不均匀,影响了墙肢的荷载能力;四是剪力墙结构由于配筋率低,所以延性较差。
浅析高层建筑剪力墙结构优化设计
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浅析高层建筑剪力墙结构优化设计摘要:近年来,我国城镇化取得重大进展,其中高层住宅以剪力墙结构体系居多。
剪力墙结构整体性好,刚度大,承载力要求也容易满足,房间内无梁柱外露,所以高层住宅建筑选择剪力墙结构是非常合适的,但大量的使用水泥、砂石、钢筋,砂石正在被用尽,价格成倍上涨。
结构成本占到建安成本的40%~60%,我们也是迫切的需要对结构进行优化设计。
关键词:高层;建筑物;剪力墙结构;优化;设计引言:高层住宅以剪力墙结构体系居多。
从建筑结构设计角度出发,要在满足建筑功能要求的基础上,使用当下较优的结构设计技术措施,以最经济、合理、科学的方法进行优化设计。
使建筑物结构安全、经济效益和社会效益最大化。
在优化设计过程中,采取合理布置剪力墙及其它结构构件,减小构件截面,合理的材料强度等级,优化结构的参数等方法,这些做法不仅能减少钢筋混凝土用量,减轻结构自重,而且减低了结构刚度,减小了地震效应。
结构优化的目的就是在保证工程质量的同时去除无效的结构成本,达到最小的投入产出比,因此,建设单位迫切的需要对结构优化。
1.高层建筑剪力墙概述房屋层数较多的框架结构,房屋的高宽比较大,水平荷载对框架结构的影响很大,不仅使框架结构的弯矩很大,而且,柱子承担的轴力和剪力也很大。
从结构力的平衡关系分析,因为房屋较高,水平荷载产生的倾覆力矩很大。
为解决以上问题,高效的解决办法就是合理增加一些结构墙以代替部分框架。
结构墙在水平力作用下的工作原理像悬臂的深梁,抗弯惯性矩大,房屋抗侧力刚度就大大提高,从受剪力的能力看,结构墙的抗剪能力比框架结构强得多,这种结构墙为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚度,所以称为“剪力墙”。
剪力墙结构的优点,建筑物房间内无梁柱外露,所以高层住宅建筑选择剪力墙结构是非常合适的。
2.剪力墙结构的优化2.1平面布置原则高层剪力墙结构平面布置原则是应尽量在房屋外围布置剪力墙,削弱内部,剪力墙平面布置需均匀分散布置,增加外围抗侧刚度,且一般应沿房屋的主轴双向对直拉通布置,应避免仅单向布置剪力墙的结构布置,宜使剪力墙两个方向抗侧刚度相近。
高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨
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结果与讨论
然而,本研究仍存在一定的局限性,例如:优化过程中未考虑施工因素和环 境因素等不确定性因素的影响,这将在后续研究中加以考虑。
结论
结论
本研究对高层住宅剪力墙结构的优化设计进行了深入探讨,取得了较为显著 的成果。通过优化剪力墙的布置和尺寸,以及采用新型的高强度材料,提高了结 构的刚度和稳定性,降低了成本。同时,结合遗传算法实现了对剪力墙结构的多 目标优化设计。然而,研究中存在的局限性为未来的研究方向提供了空间,例如 考虑施工因素和环境因素的影响等。
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3、经济性原则:在满足安全性和功能性的前提下,合理控制结构成本。
三、高层剪力墙住宅结构优化设 计的方法
三、高层剪力墙住宅结构优化设计的方法
1、调整剪力墙厚度:根据建筑高度和地震烈度等因素,合理调整剪力墙的厚 度,提高结构的安全性。
三、高层剪力墙住宅结构优化设计的方法
2、优化剪力墙布置:通过调整剪力墙的位置和方向,使结构的刚度和承载力 分布更加合理。
关键词:剪力墙结构、高层建筑、优化设计、设计规范
剪力墙结构的优化设计应遵循以下原则: 1、整体性原则:优化设计应从整体出发,综合考虑剪力墙的刚度、承载力和 稳定性等因素,以实现整体结构的最优效果。
关键词:剪力墙结构、高层建筑、优化设计、设计规范
2、抗震性原则:高层建筑的剪力墙结构应具备出色的抗震性能,通过优化设 计降低地震作用下的结构响应,提高结构的延性和稳定性。
一、高层剪力墙住宅结构的背景 与发展现状
一、高层剪力墙住宅结构的背景与发展现状
高层剪力墙住宅结构是一种常见的建筑类型,具有高度的稳定性和抗侧力性 能。然而,随着建筑高度的增加,结构的安全性和经济性面临更大挑战。为了满 足建筑功能和审美需求,同时降低结构成本,对其进行优化设计显得尤为重要。
浅析高层建筑剪力墙结构优化设计
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浅析高层建筑剪力墙结构优化设计摘要:在我国快速发展的过程中,我国的国民经济在快速的发展,高层建筑剪力墙结构是高层住宅选用最多的结构形式。
对其结构设计优化,除在结构选型考虑降低建设投资成本外,还应结合建筑空间要求,合理优化结构形式,在此,简要介绍工程实例,对高层住宅剪力墙结构设计存在问题进行分析总结,结合建筑空间要求提出优化措施供参考。
关键词:高层建筑;剪力墙结构;设计问题;优化措施引言在整体建筑中,剪力墙结构发挥着重要的作用,尤其是抗震方面。
除此之外,常被用作隔离墙,因此结构布置多是沿着主轴线。
由于剪力墙结构具有较强的弯曲延性和抗脆性,进行结构设计时,要做好高度、宽度以及厚度的把控,确保其功能作用的发挥。
现结合具体实践,分析剪力墙结构的优化设计。
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。
2高层建筑中剪力墙的优化设计2.1优化剪力墙布局设计高层建筑中剪力墙的布局,宜按照“均匀、对称、分散、周边”的原则进行设计,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。
剪力墙结构具有很好的承载能力,在高层建筑中,通常可以结合建筑自身的需求,采用钢筋混凝土现浇板,不设梁,在地震等作用力下承担一部分水平荷载。
在建筑设计中,需要考虑竖向承载力的分布,充分考虑高层建筑结构的对称性。
在进行高层建筑抗震设计时,短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。
此外,高层建筑剪力墙的设计过程中,还需要重点考虑在伸缩缝、沉降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙。
高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨
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一般情况下,优化高层剪力墙结构时,主要需要对以下几个方面的因素进考虑:①要可以将材料的力学性能充分发挥出来,使结构布置更加的科学合理,截面设计更加的科学;②要提高结构的抗风性和抗震性,要可以将剪力墙抵抗水平荷载的能力发挥出来;③要在保证建筑物质量的基础上,降低工程的总造价。按照这三个原则,现从下面几个方面对结构的设计优化进行探讨。
3、合并水平分布钢筋和短肢墙中的箍筋
由于短肢剪力墙的截面高度比较低,对边缘进行约束的构件会占据比较大的范围。当剪力墙两端约束边缘构件长度范围以内设置好拉筋和箍筋后,如果再对水平分布的钢筋进行设置,就会导致箍筋和水平钢筋重叠的情况,造成了不必要的浪费。所以,对于截面高度比较小的短肢剪力墙来说,最好顺着墙肢截面的全高设置一定数量的拉筋和箍筋。使得水平分布的钢筋和两端分布的边缘构件箍筋合并。
1、多使用普通剪力墙
在优化高层剪力墙结构时,要尽可能使用普通剪力墙,降低短肢剪力墙和小墙肢的数量,根据剪力墙的侧移刚度确定高层住宅剪力墙结构的侧向刚度,尽可能增加墙肢的长度,使得翼墙和两端连接起来,降低短肢墙和小墙肢的数量。通过使用高截面的长墙肢,可以降低剪力墙中开洞的数量,降低减少边缘构件配筋的面积,节省投入资金,其次,可以将剪力墙抗侧移刚度的作用发挥出来,在满足规范层间位移角限值的基础上,减少剪力墙的数量。
第四,在对该结构进行设计时,一定要注意对其进行事先的结构分析,这样才能真实的确定出剪力墙结构的各项指标,通过这些指标就能够确定剪力墙需要设计的具体厚度,在厚度确定之后,还要确定轴压比以及对剪力墙希望参数方面的要求,但是最重要的要求就是高厚比,因为高厚比直接决定了剪力墙设计方案是否符合高层建筑的要求,是否能够将其性能发挥最佳。剪力墙的高厚比必须在允许的范围之内,才能具有最好的效果。当然有些高层建筑对剪力墙的高厚比有着特别的要求,这时就需要参考其他文献,保证剪力墙的高厚比符合要求。
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浅谈高层建筑剪力墙结构优化设计分析
发表时间:2016-04-06T11:26:58.690Z 来源:《基层建设》2015年28期供稿作者:黄伟志
[导读] 大象建筑设计有限公司随着经济和社会发展的需求,以及城市人口密度的持续增长。
黄伟志
大象建筑设计有限公司 310012
摘要:本文主要分析了高层建筑剪力墙结构的概念设计对优化设计的重要性,并着重介绍了剪力墙结构的特点及结构布置原则,并对剪力墙结构的设计和计算分析中应注意的问题进行了探讨。
高层建筑是社会生产发展和人们生活需求的产物,是现代化、商业化、工业化和城市化的必然结果。
它反应了一个国家的建筑科技、经济发展水平。
关键词:高层建筑;剪力墙;结构
一、引言
随着经济和社会发展的需求,以及城市人口密度的持续增长,高层建筑正逐渐成为城市建筑的发展趋势,也是城市现代化的象征。
为了满足高层建筑的抗震性和经济性,对剪力墙结构的研究具有重要的理论和实践意义。
对同一建筑而言,不同的结构墙体布置,其经济指标差异很大,主要是混凝土用量和含钢量的差距很大。
二、高层建筑剪力墙结构的概念设计
一幢高层建筑犹如一根竖直放置于嵌固于地基的开孔、带横肋的巨型空间构架式的“悬臂梁”。
它不仅要承受“梁”内所有重力荷载的作用并保持稳定,而且要承受风荷载、地震等水平荷载的作用并保持一定的刚度,避免过大的水平位移和振动,保证“梁”内各种建筑装饰、填充墙等不受损坏,以提供“梁”内工作生活的人们有一个舒适的环境。
高层建筑结构同时承受垂直和水平荷载,还要抵抗地震作用,在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,通常可以忽略;而在高层建筑中,水平荷载和地震作用将成为控制因素。
随着建筑高度增加,位移增加最快,弯矩次之。
因此高层建筑设计不仅要有较大的承载能力,而且需要较大的抗侧刚度,以保证水平荷载产生的侧向变形控制在一定范围内。
剪力墙结构在水平力作用下侧向变形的特征为弯曲型。
剪力墙结构承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。
其特点是整体性好,侧向刚度大,水平力作用下侧移小,并且由于没有梁、柱等外露与凸出,便于房间内部布置。
缺点是不能提供大空间房屋,结构延性较差。
当地下室或下部一层、几层,需要大空间时(如商场、停车库等)即形成部分框支剪力墙结构。
在框架-剪力墙结构和剪力墙结构两种不同结构的过渡层必须设置转换层。
剪力墙结构由于承受竖向力、水平力的能力均较大,横向刚度大,因此可以建造比框架结构更高、更多层数的建筑。
但是只能以小房间为主的房屋,如住宅、宾馆、单身公寓。
而宾馆中需要大空间的门厅、餐厅、商场等往往设置在另外的建筑单元中。
为了适用任何方向的水平力(或地震作用),因此对于矩形平面,剪力墙在纵横双向均应设置;对于圆形平面,剪力墙应沿径向及环向设置;三角形平面,宜沿三个主轴方向设置剪力墙。
三、剪力墙结构设计和计算的优化
1、剪力墙结构设计方面的优化
(1)在剪力墙结构中,剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置,形成空间结构;抗震设计的剪力墙结构,应避免仅单向布置剪力墙,并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近,以使其具有较好的空间工作性能。
剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大,为充分利用剪力墙的能力,减轻结构重量,增大剪力墙结构的可利用空间,墙不宜布置太密,使其结构具有适宜的侧向刚度。
(2)剪力墙墙肢截面宜简单、规则,剪力墙的竖向刚度应均匀,剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置,形成明确的墙肢和连梁,应力分布比较规则,又与当前普遍应用的计算简图较为符合,设计结果安全可靠。
宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置,当剪力墙的洞口布置出现错洞、叠合错洞时,墙内配筋应构成“框架”形式。
(3)较长的剪力墙宜开设洞口,将其分成长度较均匀的若干墙段,墙段之间宜采用弱连梁连接,每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2,以避免剪力墙产生脆性的剪切破坏。
抗震设计时,应尽量避免在洞口与墙边或在两个洞口之间形成墙肢截面高度与厚度之比小于4的小墙肢。
当小墙肢截面的高度小于墙厚的4倍时,应按框架柱设计,箍筋按框架柱加密区要求全高加密。
(4)剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大,而平面外刚度及承载力都相对很小,应控制剪力墙平面外的弯矩,保证剪力墙平面外的稳定性。
当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时,应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。
(5)剪力墙布置对结构的抗侧刚度有很大影响,剪力墙宜自下到上连续布置,避免刚度突变;允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级,或减少部分墙肢,使侧向高度沿高度逐渐减小。
剪力墙沿高度不连续,将造成结构沿高度刚度突变,对结构抗震不利。
(6)在进行剪力墙设计时,应通过结构分析,在满足最大层间位移、周期比、位移比的各项指标确定每层剪力墙的厚度时,同时考虑不同抗震等级轴压比的影响及稳定性和相关构造要求。
对于普通的住宅建筑在7度和8度地区,墙厚大多数情况下是按稳定和构造要求所控制的。
2、剪力墙结构计算方面的优化
在设计剪力墙结构时,应根据规范要求综合考察结构是否合理,如剪力墙结构的刚度不宜过大,在满足楼层最大层间位移与层高之比满足规范的基础上,以规范规定的楼层最小剪力系数为目标,使计算结果无限接近规范值;控制好结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的自振周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9;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。
剪力墙连梁是否超限;剪力墙的轴压比是否满足规范要求。
(1)楼层最小剪力系数的调整原则。
在满足楼层最小剪力系数的前提下,尽可能减少剪力墙的布置,以大开间剪力墙布置方案为目标,使结构具有适宜的侧向刚度,使楼层最小剪力系数接近(不小于)规范限值。
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。
(2)楼层最大层间最大位移与层高之比的调整原则。
规范规定在计算多地震作用的楼层最大层间位移时,以楼间弯曲变形为主,计入扭转变形,可不扣除结构整体弯曲变形。
因此,对于高层建筑应尽可能扭转变形最小,但又不能仅根据这些层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。
在实际工程设计中,有些设计人员一看到某一方向层间位移不能满足规范要求,就不断地增加该项的侧向刚度。
此举虽
然可以解决问题,但应该注意此时结构的剪重比:若与规范限制接近则可行;若剪重比已经较大,则不应一味地增加,也要学会减小对应一侧的结构刚度,使其剪重比减小。
地震作用减小,同样可以达到较好的效果。
(3)结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1 之比(周期比)的调整原则。
震害表明,平面不规则、质量与刚度偏心、抗扭刚度太弱的结构,在震中破坏严重。
在设计时,要保证结构的抗扭刚度不能太弱:首先要限制结构平面的不规则性,避免产生较大的扭转效应,扭转效应的计算应考虑偶然偏心的影响;其次是限制结构的抗扭刚度不能太弱,具体表现在Tt/T1指标上。
在实际工程设计中,应将结构竖向构件尽可能沿周边布置,以提高结构的侧向刚度和抗扭刚度。
若在结构的形心附近加大竖向构件刚度,则只是对侧向刚度的贡献大,对抗扭刚度来说,贡献甚微。
(4)连梁超限的调整原则。
《高规》规定剪力墙长度不宜大于8m,当大于8m时,宜采用弱连梁将其分开同时还规定跨高比不小5的连梁宜按框架梁进行设计;有地震作用组合时,对于高跨比大于2.5及小于2.5两种情况,在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。
为此应将连梁进行塑性调幅,以降低剪力设计值。
塑性调幅可采用两种方法:①在内力计算前将连梁刚度进行折减;②在内力计算之后,将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。
无论采用何种方法,连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值,也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值,以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。
四、结论
目前,随着高层建筑的逐渐发展和人们对住宅使用功能要求的逐步提高,由于剪力墙结构可以灵活布置,可落地也可带转换层,房间内不会出现露梁露柱的现象,且剪力墙的抗震性能也优于异形柱剪力墙结构,因此在设计中根据其受力的特点,充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后,并选择合理的布置形式,正确掌握计算分析方法,它将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。