高层建筑剪力墙的布置及合理数量研究_高冬

数量的研究将会是一项具有现实意义的工程 。 2 剪力墙结构的分类及应用 2． 1 概念界定 一般来说， 剪力墙是承受竖向荷载 、 水平地震作用和风荷载的主要 受力构件， 纵向和横向的主要承重构件全部为混凝土墙的结构称为剪 力墙结构。对于剪刀墙来说， 它自身拥有较强的刚度， 当发生巨大的冲 它能够充分发挥自身的抗压性能， 从而能够最大程度的降低破 击力时， 坏力， 这样能够在地震来袭时， 减少一些建筑方面的损坏， 能够充分发 挥其抗震性能。 2． 2 剪力墙的分类 （ 1 ） 按洞口大小分类 从受力方面考虑我们可以将其分为四种类型， 即整体墙、 整体小开 口墙、 联肢墙和壁式框架。 洞口大小常用洞口系数来表示， 其定义为： 墙面洞口面积 ˑ 100% （ 2 － 1） 墙面不计洞口的面积 ①整截面墙。是指无洞口的剪力墙或洞口很小的剪力墙（ 如图 1 所示） ， 但洞口面积不超过墙体总面积的 16% ， 且洞口之间的净距离及 ρ= 可忽略洞口对墙体的影 洞口到墙边的净距离大于洞孔长边的尺寸时， 响， 可视为下端固定、 上端自由的竖向悬臂构件 。 ②整体小开口 墙。 是指剪力墙上洞口面积稍大， 超过墙体面积 16% 的剪力墙剪力墙截面上的正应力分布在水平荷载的作用下略偏离 相当于墙肢局部弯曲应力和整体墙弯曲的直线分布 直线分布的规律， 应力的叠加， 当墙肢的局部弯矩不超过墙体总弯矩的 15% 时， 其截面 且墙肢在大部分楼层没有反弯点； 变形接近于整截面墙， 联肢墙主要指在设计剪刀墙的过程中， 沿着竖向开设洞口， 当洞口 列数更多、 洞口更大时， 整个剪刀墙的截面将会收到损坏， 它就会变成 如图 3 所示的联肢墙。这种联肢墙的连梁在很大程度上会限制墙肢， 整个墙肢的呈现出较大的弯矩， 所以我们能够看出其整个截面已经成 弯曲分布。我们将开有一列洞口的成为双肢墙， 多肢墙是开有多列洞 口的墙。 ③壁式框架。是指剪力墙的洞口大而宽 、 墙肢宽度相对较小， 墙肢 的线刚度与连梁的线刚度很接近， 剪力墙的受力性能类似于框架结构， 称之为壁式框架 。 其特点是墙肢截面的正应力分布明显出现局部弯 且在许多楼层内墙肢有反弯点 。 矩， （ 2 ） 剪力墙分类判别式 ①当剪力墙无洞口或有洞口但洞口面积小于墙面总面积 16% 时， 按整截面墙计算 。 ②当 α ＜ 1 时， 可忽略连梁对墙肢的约束作用， 各墙肢可分别按独 立的墙肢计算。 ③当 1 α ＜ 10 ， 且 l n / Iζ 时， 可按联肢墙计算。
我们可以依据剪刀墙结构的原理来进行分析， 在此过程中要严格 依据我国对于抗震设计的要求， 根据具体的公式来进行计算 。 从而能 从而能够找准 够根据不同的抗震等级以及其场地要求等来进行设计， 影响剪刀墙数量的因素。 这种方法对于剪刀墙设计来说更为简单有 效， 实用性比较强， 因此我们可以在最初的设计阶段有效进行使用。 3． 1 公式推导 框架剪力墙铰接体系的其变形协调微分方程为： d4 y d2 y EL w 4 － C f 2 = P （ 3 － 1） dx dx y 为框架—剪力墙的侧向位移； x 为框架—剪力墙计算截面 式中， 总框架的抗弯刚度； EL w 为框 距底部的距离； C f 为框架—剪力墙中， 架—剪力墙中， 总剪力墙的抗弯刚度； ρ 为框架—剪力墙所承受的水平 荷载。 在倒三角形荷载下， 水平荷载位移曲线为： 1 1 qH2 λshλ shλ chλζ ζ2 － － 2 ） （ 1 － chλζ） － = ［ 1+ ］ +（ Cf 2 2 2 λ λ2 chλ λ （ 3 － 2） 式中， λ 为框架—剪力墙结构刚度特征值； H 为框架—剪力墙结构 x 。 将水平荷载位移曲线 y 二次求导， 总高度： ζ = 得出最大层间弹性 H 侧移发生处的相对坐标 ζ1 ， θ= ζ2 1 2 H 1 qH2 1 λshλ shλ chλζ ζ2 － － 2 ） （ 1 － chλζ） － ［ 1+ ］ +（ （ 3 － 3） Cf 2 2 2 λ λ λ dy = 0 处， ［ θ］max 发生在 则： dx 1 dy qH 1 λ λshλ shλ chλζ λ ζ 1+ ］ = ［ － －（ － 2 ） shλζ － dx C f 2 2 H H λ λ2 chλ H λ 1 q 1 λshλ shλ chλζ － － 2 ） λshλζ － ζ］ = 0 = ［ （1+ ） －（ 2 2 Cf λ λ2 chλ λ 可得： 1 1 λshλ shλ chλζ ） －（ － － 2 ） λshλζ1 ζ1 = （ 1 + 2 2 λ λ2 chλ λ 式中， ζ1 为框架—剪力墙结构发生最大层间弹性位移处的相对坐 标。ζ1 － λ 最大层间弹性位移为： qH 1 1 λshλ shλ shλζ1 ［ ［ （1+ － ） +（ － 2 ） （ 1 － chλζ1 ） － θ］max = Cf 2 2 λ λchλ λ = ζ2 1 ］ 2 令： φ λ = （ 1 + （ 3 － 5） dy qH2 1 1 1 chλζ λ λshλ shλ chλζ ［ 1+ ］ +（ ） － － － 2）（ － dx C f 2 2 H λ λ2 chλ λ H λ
· 15·
《建筑抗震设计规范》 （ GB 50011 － 2001 ） 知： 平地震作用标准值。由 T g 09 F EK = α1 G eq = （ 3 － 8） α max G eq T1 G eq = 0． 85G （ 3 － 9） T g 为场地特征周期； T1 为框架—剪力墙结构基本自振周期； 式中， α1 为相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值； α max 为水平地 震影响系数最大值； G eq 为结构等效总重力荷载； G 为地面以上总重力 荷载代表值。 T1 可按下式计算： T 1 = φ 1 H2 ψ T
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G HgEL W
（ 3 － 10 ）
(
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又由于： λ = H
λ2 EL W Cf = （ 3 － 12 ） H2 将式（ 3 － 11 ） 、 式（ 3 － 12 ） 代入式（ 3 － 6 ） ， 整理得： 1 1． 82 1． 7αmax φλ 1． 82 Tg 1． 64 0． 82 1． 18 ELW = GH （ 1 + ） （ 2 ） （ ） g （ 3 － 13） 2n φ1 ψT λ［ θ］ max 《高层建筑混凝土结构技术规程 》 （ JBJ 3 － 2002 ） 知［θ］max = 由 ［ ［ θ］ = 1 /800 。式中， θ］ 为弹性层间位移角限值 。 1． 7 α max φ λ T g 1． 64 （ ） ， 令： φ W = （ 2 则： 1． 82 φ ［ ］ ） λ θ max 1 ψT 1 EL W GH1． 18 （ 1 + ） 2n 3． 2
）、 限值（ ［θ］ 框架—剪力墙结构刚度特征值（ λ ） 、 考虑非承重墙的周期 折减系数（ ψ T ） 、 系数（ φ λ ） ， 来探讨影响剪力墙合理数量的因素 。 特别 地， 建筑抗震设计规范（ GB 50011 － 2001 ） 在设计标准、 场地划分 · 反 应谱曲线及计算系数方面有不少变化， 在确定地震场地特征周期 T g 时， 将近震、 远震改为第一组、 第二组、 第三组来反应震中距对反应谱的 影响。 从以上可以看出影响剪力墙合理数量的因素有： 建筑高度 H、 结构 自重 G、 结构总层数 n、 场地特征周期 T g 、 水平地震影响系数最大值 、 α max 、 弹性层间位移角限值［θ］ 考虑非承重墙的周期折减系数 ψ T 。 当具有相同的场地条件时， 如果增加一度防烈度， 那么地震的作用 就会增加相同的倍数， 为了满足所要求的数据， 那么我们所需要的剪刀 墙的数量会增加的不只一倍， 主要是由于在加大剪刀墙的暑假后， 那么 其结构自振周期就会相应的减少， 因此， 对于设防烈度和剪刀墙的数量 二者来说， 它们并不成一定的线性关系。 所以说， 如果墙量是定值， 那 么地震烈度每多一度， 其结构弹性的地震反应会加倍增多。 3． 3 剪力墙合理数量计算步骤 剪力墙合理数量计算流程图 具体步骤描述如下： （ 1 ） 为使框架最大楼层剪力 V max 0． 2F EK ， 剪力墙数目不宜过多， 因此， λ1． 15 。一般情况下， 宜取 λ = 1． 5 2． 0 。 （ 2 ） 由图 5 、 图 6 可查得 φ W ； （ 3 ） 将 φ W 代入式（ 4． 14 ） ， 可解得 λ； 将之与初选的兄比较。 若误 差较大， 则重选兄 λ 依次查图计算， 至满意为止。 4 结 论 总而言之， 本文针对比较规整的框架 － 剪力墙结构， 结构扭转效应 不太显著时， 可将空间框架 － 剪力墙结构简化为平面结构， 按协同工作 的连续化来进行分析。具体到结构布置时， 可按照本文有关原则进行 “简单、 比如结构尽量遵循 均匀、 规则、 对称” 的布置原则等。 考虑， 参考文献 ［ 1］ ． 山西建筑， 张瑞文． 框架—剪力墙高层建筑结构优化设计研究［J］ 2010 ， 36 （ 1 ） ： 78 － 79．
1． 82
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Cf ， 故 EL W
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)
（ 3 － 11 ）
φW
（ 3 － 14 ）
剪力墙合理数量的影响因素 φ W 可根据场地特征周期（ T g ） 、 地震烈度（ α max ） 、 弹性层间位移角
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
（ 上接第 12 页） 参考文献 ［ 1］刘建政． 住宅高层建筑结构抗震的优化设计［J］． 建筑设 计 管理， 2012 （ 02 ） ： 121 － 125． ［ 2］李明艳． 住宅高层建筑结构抗震的优化设计［J］． 科技创业家， 2012 （ 09 ） ： 162 － 167． ［ 3］谢邦煜， 杨慧． 高层住宅建筑结构的抗震优化设计［J］． 科技资讯， 2012 （ 06 ） ： 142 － 148． （ 上接第 13 页） 可以推动广大居民生活质量的提高， 以及城市经济繁荣 可持续的发展。因此， 城市的规划建设需要结合每个城市的实际发展 情况， 广泛应用生态伦理思想， 以期推动城市各方面的科学发展。 参考文献 ［ 1］应云仙， 汤坚立， 李王鸣等． 生态伦理思想在城市规划中应用的初步 J］ ． 城市规划， 2012 ， 21 （ 9 ） ： 39 － 44． 探讨［ ［ 2］李麟． 生态伦理思想在城市规划中应用的初步探讨［J］ ． 科学与财 （ 上接第 14 页） ［ 2］叶倩， 丁剑红， 朱伟峰， 等． 既有 大 型 公 共建 筑 节 能 改 造 应用研究 ［ J］． 上海节能， 2008 ， （ 4 ） ： 51 － 55． ［ 3］杨国云， ． 王沁芳， 许鸣． 既有大型公共建筑节能改造研究现状［J］ 作者简介： 卢森（ 1992 年生） ， 男， 江西赣州人， 学历， 研究生在读， 毕业于江西理工大学， 现有职称： 助理工程师， 研究方向： 结构抗震。 宋臻（ 1990 年生） ， 男， 山西省大同市， 学历： 研究生在读， 职称： 没 有， 研究方向： 桥梁与隧道工程。 汪黄翔（ 1991 年生） ， 男， 江西鹰潭， 现有职称： 助理工程师， 学历： 本科， 毕业于江西财经大学。
式中， φ1 为与刚度特征系数有关的系数， 可由图 φ1 λ （ 图 6 ） 查 得； ψ T 为考虑非承重墙的周期折减系数， 取 φ1 = 0． 7 0． 8 ； E 为钢筋混 凝土剪力墙的弹性模量； L W 为钢筋混凝土剪力墙的截面惯性矩； g 为 g = 9． 8m / s。 重加口速度， 由式（ 3 － 7 ） 、 式（ 3 － 8 ） 、 式（ 3 － 9 ） 、 式（ 4 － 10 ） ， 可得： 0． 9 Tg 1 G q = 1． 7 （ 1 + ） α max G 2n H φ 1 H2 ψ T HgEL W
2016 年第 1 期（ 总第 178 期）
江西建材
建筑与规划设计
高层建筑剪力墙的布置及合理数量研究
■高
摘
冬
■宁夏铁发集团公司工程部 ， 宁夏
银川 750000
④当 α10 ， 且 l n / Iζ 时， 可按整体小开口墙计算。 ⑤当 α10 ， 且 l n / Iζ 时， 可按壁式框架计算。 框—剪结构中剪力墙合理数量的计算
ζ2 1 1 λshλ shλ shλζ1 1 － ） +（ － 2 ） （ 1 － chλζ1 ） － 2 2 2 λ λchλ λ qH （ 3 － 6） 则： ［θ］max = φ Cf λ 而倒三角形荷载的最大值 q 又可与地震作用相联系， 按底部弯矩 倒三角形荷载的最大值为： 相等的原则， 1 2F EK q=（1 + ） （ 3 － 7） 2n H n 为框架—剪力墙结构总层数； F EK 为框架—剪力墙结构总水 式中，
要： 本文再次背景下， 对剪力墙结构体系布置进行总结， 最后框—剪结构中 剪力墙合理数量的计算进行详细分解。 剪力墙 合理数量
关键词： 高层建筑
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引 言 现阶段在高层建筑领悟已经比较广泛的应用了剪力墙结构， 而对 ， 《高层 于一些地震区剪力墙结构剪力墙的合理数量或合理刚度分布 （ JGJ3 － 2002 ） 只是在截面最小厚度上作了 建筑混凝土结构技术规程 》 适应于底部加强区和对应于不同结构抗震等级的规定 。这种设计方法 很大程度上并没有发挥其最大的潜能， 所以会致使剪刀墙的刚度偏大， 在发生地震时， 如果地震力偏大， 剪刀墙的承受能力就比较弱， 在很大 对高层剪刀结构中剪刀墙合理 程度上是一种浪费 。从这种情况考虑，