時間:2022-11-10 03:07:04
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【關鍵詞】建筑結構;剪力墻結構;應用分析
1引言
高層建筑是城市重要組成部分,建筑可以美化城市,而有一些標志性建筑甚至在某種意義上代表了這座城市城市,例如如廣州的小蠻腰和上海的東方明珠塔,都是國際性大都市的標志。因此,城市和建筑互相依賴,彼此生存。如今,土地資源稀缺,高層建筑已成為城市建設的主體,是城市生活的主流建筑,也是當代建筑的發展趨勢。隨著人民生活水平的不斷提高,對居住舒適性的要求也有所提高,特別是對住宅公寓的要求越來越高。剪力墻結構的壁厚與填充墻、平面的厚度是一致的,保證室內無框架柱突出,可有效提高空間利用率,因此,高層住宅剪力墻結構應用的十分廣泛。
2建筑結構設計中剪力墻結構概念方案布置
剪力墻結構概念方案布置是進行剪力墻結構設計的前提,而布置設計的合理性與否對整個工程造價有很大的影響,下面對剪力墻結構布置進行簡單的介紹。剪力墻布局應沿兩個主軸方向雙向進行布置,盡量做到分布均勻,這種安排,能夠讓兩軸剛度盡可能接近。剪力墻集中布置會導致結構載荷中心和剛度中心偏移,造成較為嚴重的扭轉效應。剪力墻的分散布置會導致梁板跨度加大和剛度分布不均勻,而在跨度增大時,會增加結構的重量,增加地震效應,從而增加工程造價;另一方面,剪力墻間距太大,以致于單片剪力墻承受荷載過大,增加了軸壓比,從而對剪力墻延性設計產生影響。以及結構在不規則的地震扭轉薄弱部位凸起后形成棱角。扭轉大變形導致扭轉破壞。因此,考慮剪力墻平面布置,應單獨布置,并用對角線局部加強。在平面角部盡量布置L形墻肢,還可采取設置端柱及轉角部位樓板中設置暗梁等構造措施進行加強,以達到提高其扭轉剛度的目的。剪力墻豎向布置宜沿房屋高度通高布置、上下對齊、連續布置,墻厚及墻長沿高度宜均勻變化,以達到豎向剛度逐漸變小,從而能夠有效避免豎向剛度發生突變情況。這樣既經濟又能滿足承載力、側向變形的要求。因此,剪力墻結構的布局對整個結構的合理性和經濟性有直接的影響。目前,結構的經濟性已成為結構設計中必須考慮的因素。在滿足安全的前提條件下,最大限度地利用有限的資源,是結構工程師要去探索的問題。因此,在合理布置剪力墻的前提下,盡可能節約經濟,降低工程造價。而對于結構的關鍵部分或者計算模型與實際情況不相吻合的部分,至少使用兩種不同結構軟件進行了分析計算,并進行了圍護結構設計,加固了結構。在概念布局的早期階段,結構設計師應與建筑師密切合作,確定合理的安排以避免不規則或嚴重的不規則的平面與立面。實現技術先進,安全適用,經濟合理的總體設計,達到降低總成本的目的。
3剪力墻的特征及其種類
從整體上來說剪力墻的特點有下面幾點,其側向剛度很強。還有一個相對比較小的側移,如果發生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墻結構的應用中,室內墻體很平整,但剪力墻結構,在施工的時候需要很多環節,所以造價相對較高。如果按照剪力墻結構開洞與否可分為以下幾種:小開洞剪力墻、壁式框架、實體墻、雙肢或多肢剪力墻等。這些剪力墻各有不同的應用特點,每個結構設計人員應針對具體的建筑結構,選擇合適的剪力墻結構形式。
4建筑結構設計中剪力墻結構受力分析
剪力墻結構設計有自己的設計原理及其原則。由于剪力墻通常比普通墻的厚度大且寬,所以它的特征比較像板,但是還是有一定的區別,剪力墻通過壓彎構件計算,板根據彎曲構件計算。因此有必要在結構設計分析中考慮到具體的設計差異。此外剪力墻墻肢長度,壁厚范圍都有自己的特點,當高度和墻段比厚度小于或等于4,應按框架柱的結構設計;當墻肢截面高度與厚度之比大于8時,使用一般剪力墻;當墻肢截面高度與厚度之比在4~8之間時,則要使用短肢剪力墻,這些也是剪力墻的結構設計的基本原則。剪力墻結構由一系列縱向剪力墻和橫向剪力墻以及由空間結構組成的梁板組成。在兩種負荷的主要:一是豎向荷載,豎向荷載主要是梁板傳來的活載、恒載、豎向地震作用及剪力墻身自重;其他主要是水平荷載,地震作用和水平風荷載。剪力墻內力和變形分析包括承載力極限狀態和正常使用極限狀態分析。在極限承載力狀態下,剪力墻在各種工況下不受破壞,能安全承受重力荷載。在正常使用極限狀態下,結構變形滿足規范要求,在滿足設計要求的基礎上結構經久耐用。框架結構的變形主要是剪切變形,剪力墻的變形主要是彎曲變形。為了實現剪力墻的彎曲破壞的延性破壞模式?!陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規程》中有規定,墻的長度最好不要超過8m。事實上,有兩個主要因素影響剪力墻的破壞模式是軸壓比和剪跨比,只要軸壓比小于規定的限值而剪跨比大于2,可以實現延性破壞模式。當剪力墻的長度超過8m時,盡可能在墻體中部開洞,形成一個雙墻肢,通過弱連梁連接,一般來說剪跨比也會大于2,可以滿足延性破壞的要求。在地震作用下,通過連接梁的能量,梁端首先進入塑性變形,形成塑性鉸,使梁成為抗震的第一道防線。
5連梁設計
高層住宅剪力墻結構,由于墻長較長時通過開洞或剪力墻平面內梁跨較小形成連梁,如果出現跨高比較小的連梁,在計算過程中,容易產生過度抗剪的連梁,通常有以下解決方案:①增大連梁的截面積,可以增強連梁本身的抗剪能力,但梁的剛度相應也會增加,吸收的地震力也會增加,只能增加有限的抗剪承載力。在梁寬固定的情況之下,可以使用加高梁高的方法;當梁高是一定的,可以擴大梁寬,增大斷面的連接剛度,但寬度對連梁剛度貢獻較小,僅是一個線性關系,使得分擔剪力的增加值小于抗剪力的提高值。②調整設計內力,在提高連梁截面對提高抗剪承載力沒有影響的狀況下,可人為的降低連梁的剛度,來控制剪切力的分配比例,并解決了連梁的抗剪性能問題。最簡單的控制方法是在計算參數選擇時,通過調整連梁剛度折減系數,只有在采用內力配筋計算時才可以。在整個計算和非地震荷載作用下,連梁的剛度不會降低,連梁應具有足夠的抗彎承載力和抗剪承載力,以滿足正常使用的要求。對于跨高比大于5的連梁,應根據設計的框架梁,滿足框架梁的要求。③可作水平縫從而形成雙連梁、多連梁或其他結構措施,以提高抗剪承載力,如設置交叉暗支撐等措施,以提高連梁的抗剪承載力。
6結語
中國的國民經濟和建筑結構設計整體水平與發展規模都在提升,高層建筑將成為現代建筑的主流。剪力結構在側向剛度、側向變形等方面具有一定的優勢,在高層建筑中得到廣泛應用。因此掌握剪力墻結構的特點,對剪力墻結構設計有很好的把握。我們要從設計的基本原則出發,設計更加經濟合理的剪力墻結構。因此建筑結構設計人員要根據剪力墻結構設計原理有明確的認識,同時,不斷從設計實踐出發來推動中國建筑業整個工藝設計水平的提高。本文從剪力墻結構設計的概念開始。就建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用進行了介紹,希望以此促進行業發展。
參考文獻
[1]李捍文.剪力墻結構在建筑結構設計中的應用分析[J].科技創新與應用,2012(9).
[2]孫雪蘭.淺談高層剪力墻結構的優化設計[J].山西建筑,2010(8).
[3]林濤,張景禎.建筑結構設計要點及計算模型調整[J].科技傳播,2011(17).
【關鍵詞】高層建筑;梁式轉換層;施工
1 梁式轉換層結構形式
高層建筑結構下部受力比上部大,按常理來說,在高層建筑結構的設計中就要考慮下部的剛度要大于上部結構;采用的措施就是下部增加墻體、增加柱網,而上部逐漸減少墻柱的密度。顯然,這在高層建筑設計中是不現實的,因為高層建筑的使用功能對空間要求卻是下部大空間,往上部逐漸減小,因此對高層建筑結構的設計就要考慮反常規設計方法。在《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)中,規范對轉換梁的最小高度和寬度作如下規定:框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應方向的截面寬度,不宜小于其上墻體截面厚度的 2 倍,且不易小于400mm;當梁上托柱時,尚不應小于梁寬方向的柱截面寬度。進行抗震設計時,轉換梁高不小于其跨度的1/6;非抗震設計時,轉換梁高不小于跨度的1/8。從該設計規程中可知,采取這些限制主要是保證轉換梁結構的整體剛度,增強結構的可靠性。
1.1 梁式轉換層結構形式
實際工程中應用的梁式轉換層結構有多種形式,主要原理就是利用下部的轉換大梁來支托上部結構。
1.2 梁式轉換結構受力機理分析
梁式轉換層結構的傳力途徑為墻—梁—柱(墻)的形式,傳力直接,便于分析計算。轉換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉換大梁的相對剛度和轉換大梁與下部支撐結構的相對剛度影響。為弄清轉換梁結構與上部墻體共同工作的性能,對轉換梁承托層數對其內力的影響用有限元程序進行了分析,從分析結果中我們知道,對一般結構轉換大梁,上部墻體考慮三層與考慮 4 層、5 層內力的設計控制內力差異不大于 5%,故在分析計算時可只考慮計算 3 層。從計算分析不論轉換大梁上部墻體的形式如何,只要墻體有一定長度,轉換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小,同時轉換大梁也會有一段范圍出現受拉區。
2 梁式轉換層的結構設計
2.1 結構豎向布置
高層建筑的側向剛度宜下大上小,且應避免剛度突變。然而帶轉換層的高層建筑結構顯然有悖于此,因此對轉換層結構的側向剛度作了專門規定。對該工程而言,屬于“高位轉換”。轉換層上下等效側向剛度比宜接近于 1,不應大于 1.3。在設計過程中,應把握的原則歸納起來,就是要強化下部,弱化上部??梢圆捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N:1)與建筑專業協商,使盡可能多的剪力墻落地,必要時甚至可在底部增設部分剪力墻(不伸上去)。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外,還與建筑專業協商后,讓兩側各有一片剪力墻落地。這些無疑都大大增強了底部剛度。
2)加大底部剪力墻厚度。轉換層以下剪力墻中,核心筒部分的厚度取為 600mm,其余部分的厚度取為 400mm。
3)底部剪力墻盡量不開洞或開小洞,以免剛度削弱太大。
4)提高底部柱、墻混凝土強度等級,采用 C50 混凝土。
5)適當減少轉換層上部剪力墻數目,控制剪力墻厚度,并可在某些較長剪力墻中部開結構洞,以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利,還可減輕建筑物重量,減小框支梁承受的荷載;增大結構自振周期,減小地震作用力。工程綜合采用上述幾種方法后,轉換層上下剛度比在 X 方向為 0.725,在 Y 方向為 0.813,滿足規范要求,效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求,但畢竟工程仍屬于豎向不規則結構,轉換層及其下各層為結構薄弱層,因而應將該兩層的地震剪力乘以 1.15 的增大系數。
2.2 結構平面布局
工程底部為框架—剪力墻結構,體型簡單、規則;上部為純剪力墻結構。在剪力墻平面布置上,東西向完全對稱,南北向質量中心與剛度中心偏差不超過 2m,結構偏心率較小。除核心筒外,其余剪力墻布置分散、均勻;且盡量沿周邊布置,以增強抗扭效果。查閱計算結果,扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85,各層最大水平位移與層間位移比值不大于 1.3,均滿足平面布置及控制扭轉的要求??梢姽こ唐矫娌季忠巹t合理,抗扭效果良好。
3 梁式轉換層結構的設計與構造
由框支主梁承托轉換次梁及次梁上的剪刀墻,其傳力途徑多次轉換,受力復雜。框支主梁除承受其上部剪力墻的作用外,還需要承受梁傳給的剪力,扭矩和彎矩,框支主梁易受剪破壞。對于有抗震設防要求的建筑,為了改善結構的受力性能,提高其抗震能力,在進行結構平面布置時,可以將一部分剪力墻落地,并貫通至基礎,做成落地剪力墻與框支墻協同工作的受力體系。
3.1 轉換梁的設計與構造要求
轉換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計算確定,以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉換梁不宜開洞,若需要開洞,洞口宜位于梁中和軸附近。洞口上、下弦桿必須采取加強措施,箍筋要加密,以增強其抗剪能力。上、下弦桿箍筋計算時宜將剪力設計值乘放大系數1.2。當洞口內力較大時,可采用型鋼構件來加強。
轉換梁的混凝土強度等級不應低于C30。轉換梁上、下主筋的最小配筋率非抗震設計時為0.3%,轉換梁中主筋不宜有接頭,轉換梁上部主筋至少應有50%沿梁全長貫通,下部主筋應全部貫通伸入柱內。
3.2 框支柱的設計與構造要求
框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下框支柱內力需調整??拐鹪O計時,框支柱的柱頂彎矩應乘以放大系數,并按放大后的彎矩設計值進行配筋;剪力調整——框支柱承受的地震剪力標準值應按下列規定采用:框支柱的數目不多于10根時,當框支層為1~2層時,每層每根柱承受的剪力應至少取基底剪力的2%;當框支層。為3層及3層以上時,各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的3%;框支柱的數目多于10根時,當框支層為1~2層時,每層每根柱承受的剪力之和應取基底剪力的20%;當框支層為3層及3層以上時,每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%;框支柱剪力調整后,應相應調整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩,框支柱軸力可不調整。
框支柱全部縱向鋼筋配筋率,抗震等級一級時不小于1.2%,二級時不小于1.0%,三級時不小于0.9%,四級及非抗震設計時不小于0.8%。縱向鋼筋間距抗震設計時不大于200mm,且不小于80mm,全部縱向鋼筋配筋率不宜大于4%。
3.3 轉換梁的截面設計方法
目前國內結構設計工作普遍采用的轉換梁截面設計方法。主要有:應力截面設計方法。對轉換梁進行有限元分析得到的結果是應力及其分布規律,為能直接應用轉換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規律進行截面的配筋計算,假定不考慮混凝土的抗拉作用,所有拉力由鋼筋承擔鋼筋達到其屈服強度設計值。受壓區混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。
4 結語
通過高層建筑轉換層結構設計的工程實踐,體會如下:根據建筑平面及功能要求合理選擇轉換層形式,正確選擇建筑抗震類別是轉換層設計的關鍵點,結合結構布置,正確選擇各分部的抗震等級,構件設計應注重抗震延性設計的概念,對主要構件進行加強是設計的重點。
參考文獻:
[1]期刊論文.帶轉換層的高層建筑結構設計-沿海企業與科技 11/1(11)
[論文關鍵詞]高層建筑;結構特點;結構體系
我國改革開放以來,建筑業有了突飛猛進的發展,近十幾年我國已建成高層建筑萬棟,建筑面積達到2億平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大廈81層,高325米;廣州中天廣場80層,高322米;上海金茂大廈88層,高420.5米。另外在南寧市也建起第一高樓:地王國際商會中心即地王大廈共54層,高206.3米。隨著城市化進程加速發展,全國各地的高層建筑不斷涌現,作為土建工作設計人員,必須充分了解高層建筑結構設計特點及其結構體系,只有這樣才能使設計達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。
一、高層建筑結構設計的特點
高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較,結構專業在各專業中占有更重要的位置,不同結構體系的選擇,直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有:
(一)水平力是設計主要因素
在低層和多層房屋結構中,往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中,盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響,但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值,僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力,是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面,對一定高度建筑來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風荷載和地震作用,其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。
(二)側移成為控指標
與低層或多層建筑不同,結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加,水平荷載下結構的側向變形迅速增大,與建筑高度H的4次方成正比(=qH4/8EI)。
另外,高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料的應用、新的建筑形式和結構體系的出現、側向位移的迅速增大,在設計中不僅要求結構具有足夠的強度,還要求具有足夠的抗推剛度,使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內,否則會產生以下情況:
1.因側移產生較大的附加內力,尤其是豎向構件,當側向位移增大時,偏心加劇,當產生的附加內力值超過一定數值時,將會導致房屋側塌。
2.使居住人員感到不適或驚慌。
3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞,使機電設備管道損壞,使電梯軌道變型造成不能正常運行。
4.使主體結構構件出現大裂縫,甚至損壞。
(三)抗震設計要求更高
有抗震設防的高層建筑結構設計,除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外,還必須使結構具有良好的抗震性能,做到小震不壞、大震不倒。
(四)減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要
高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮,如果在同樣地基或樁基的情況下,減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施,可以多建層數,這在軟弱土層有突出的經濟效益。
地震效應與建筑的重量成正比,減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了,不僅作用于結構上的地震剪力大,還由于重心高地震作用傾覆力矩大,對豎向構件產生很大的附加軸力,從而造成附加彎矩更大。
(五)軸向變形不容忽視
采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中,框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力,中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時,此種軸向變形的差異將會達到較大的數值,其后果相當于連續梁中間支座沉陷,從而使連續梁中間支座處的負彎矩值減小,跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。
(六)概念設計與理論計算同樣重要
抗震設計可以分為計算設計和概念設計兩部分。高層建筑結構的抗震設計計算是在一定的假想條件下進行的,盡管分析手段不斷提高,分析的原則不斷完善,但由于地震作用的復雜性和不確定性,地基土影響的復雜性和結構體系本身的復雜性,可能導致理論分析計算和實際情況相差數倍之多,尤其是當結構進入彈塑性階段之后,會出現構件局部開裂甚至破壞,這時結構已很難用常規的計算原理去進行分析。實踐表明,在設計中把握好高層建筑的概念設計也是很重要的。
二、高層建筑的結構體系
(一)高層建筑結構設計原則
1.鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合,做到安全適用、技術先進、經濟合理,并積極采用新技術、新工藝和新材料。
2.高層建筑結構設計應重視結構選型和構造,擇優選擇抗震及抗風性能好而經濟合理的結構體系與平、立面布置方案,并注意加強構造連接。在抗震設計中,應保證結構整體抗震性能,使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。
(二)高層建筑結構體系及適用范圍
目前國內的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結構。其結構體系有:框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結構等。
1.框架結構體系??蚣芙Y構體系是由樓板、梁、柱及基礎四種承重構件組成。由梁、柱、基礎構成平面框架,它是主要承重結構,各平面框架再由連系梁連系起來,即形成一個空間結構體系,它是高層建筑中常用的結構形式之一。
框架結構體系優點是:建筑平面布置靈活,能獲得大空間,建筑立面也容易處理,結構自重輕,計算理論也比較成熟,在一定高度范圍內造價較低。
框架結構的缺點是:框架結構本身柔性較大,抗側力能力較差,在風荷載作用下會產生較大的水平位移,在地震荷載作用下,非結構構件破壞比較嚴重。
框架結構的適用范圍:框架結構的合理層數一般是6到15層,最經濟的層數是10層左右。由于框架結構能提供較大的建筑空間,平面布置靈活,可適合多種工藝與使用的要求,已廣泛應用于辦公、住宅、商店、醫院、旅館、學校及多層工業廠房和倉庫中。
2.剪力墻結構體系。在高層建筑中為了提高房屋結構的抗側力剛度,在其中設置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”,剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強度和剛度,墻體同時也作為維護及房間分格構件。
剪力墻結構中,由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載,剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置,它剛度大,空間整體性好,用鋼量省。歷史地震中,剪力墻結構表現了良好的抗震性能,震害較少發生,而且程度也較輕微,在住宅和旅館客房中采用剪力墻結構可以較好地適應墻體較多、房間面積不太大的特點,而且可以使房間不露梁柱,整齊美觀。
剪力墻結構墻體較多,不容易布置面積較大的房間,為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求,以及在住宅樓底層布置商店和公共設施的要求,可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架,形成框支剪力墻結構。
在框支剪力墻中,底層柱的剛度小,形成上下剛度突變,在地震作用下底層柱會產生很大內力及塑性變形,因此,在地震區不允許采用這種框支剪力墻結構。
3.框架—剪力墻結構體系。在框架結構中布置一定數量的剪力墻,可以組成框架—剪力墻結構,這種結構既有框架結構布置靈活、使用方便的特點,又有較大的剛度和較強的抗震能力,因而廣泛地應用于高層建筑中的辦公樓和旅館。
4.筒體結構體系。隨著建筑層數、高度的增長和抗震設防要求的提高,以平面工作狀態的框架、剪力墻來組成高層建筑結構體系,往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構成空間薄壁筒體,成為豎向懸臂箱形梁,加密柱子,以增強梁的剛度,也可以形成空間整體受力的框筒,由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結構稱為筒體結構。通常筒體結構有:
(1)框架—筒體結構。中央布置剪力墻薄壁筒,由它受大部分水平力,周邊布置大柱距的普通框架,這種結構受力特點類似框架—剪力墻結構,目前南寧市的地王大廈也用這種結構。
(2)筒中筒結構。筒中筒結構由內、外兩個筒體組合而成,內筒為剪力墻薄壁筒,外筒為密柱(通常柱距不大于3米)組成的框筒。由于外柱很密,梁剛度很大,門密洞口面積?。ㄒ话悴淮笥趬w面積50%),因而框筒工作不同于普通平面框架,而有很好的空間整體作用,類似一個多孔的豎向箱形梁,有很好的抗風和抗震性能。目前國內最高的鋼筋混凝土結構如上海金茂大廈(88層、420.5米)、廣州中天廣場大廈(80層、320米)都是采用筒中筒結構。
(3)成束筒結構。在平面內設置多個剪力墻薄壁筒體,每個筒體都比較小,這種結構多用于平面形狀復雜的建筑中。
(4)巨型結構體系。巨型結構是由若干個巨柱(通常由電梯井或大面積實體柱組成)以及巨梁(每隔幾層或十幾個樓層設一道,梁截面一般占一至二層樓高度)組成一級巨型框架,承受主要水平力和豎向荷載,其余的樓面梁、柱組成二級結構,它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結構上去。這種結構的二級結構梁柱截面較小,使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。
除以上介紹的幾種結構體系外,還有其他一些結構形式,也可應用,如薄殼、懸索、膜結構、網架等,不過目前應用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架—剪力墻和筒體等四種結構。
[參考文獻]
[1]GB50011-2001建筑抗震設計規范.
[2]GB50010-2002混凝土結構設計規范.
【關鍵詞】高層建筑;結構設計;剪力墻結構; 施工質量預防措施
中圖分類號:TU208.3] 文獻標識碼:A 文章編號:
隨著建筑高度的不斷提升,剪力墻結構由于其結構剛度大、整體性好等優勢而被廣泛應用于高層建筑中,針對剪力墻結構類型特點通過結合工程實際情況而采取合理有效地設計措施相當重要,
1.項目實例
某高層住宅辦公樓,地下為兩層地下車庫,地上為 30 層公寓住宅,建筑總高度為 95.8m,建筑長寬比為 3.6,高寬比為 2.7。 該建筑經過論證最終采用剪力墻結構類型, 由剪力墻結構來直接承受建筑物的水平以及豎向荷載。 由于剪力墻結構其墻體全部由鋼筋混凝土所構成,因此其自身平面內具有較大的抗側剛度,能夠有效地抵抗較大的水平側向力。在水平荷載作用下,剪力墻結構將主要產生彎曲型的變形。
2.高層建筑剪力墻結構設計
2.1 剪力墻結構布置
對于一般剪力墻布置來說,其應當主要沿主軸方向布置,而針對巨型、L 形、T 形等建筑平面,則可采用沿兩個軸線方向布置。同時在布置剪力墻時,應盡量避免出現只有單向有墻的情況,同時對內外剪力墻采取拉通對直設置。合理地布置剪力墻數目是關鍵, 同時還應當滿足結構質量中心與剛度中心的重合,避免結構出現過大的扭轉。 這就要合理充分掌握剪力墻布置間距來體現。 剪力墻布置間距適中將有助于發揮剪力墻抗側力構件作用,而且還可以合理地增大結構的利用空間。對于剪力墻上的門窗洞口布置應當上下對齊,明確墻肢和連梁的位置,且剛度相差不大,應避免三個以上的洞口集中于同一個十字交叉墻附近。 另外,由于剪力墻中的連梁剛度較弱,不宜將樓面主梁支承載在連梁上。對于本項目來說,本項目建筑用途為住宅公寓,抗震設防烈度為8 度,設計地震分組為一組,建筑場地類別為二類,設計基本地震加速度為 0.20g,基本風壓(50 年一遇)為 0.65kN/㎡,地面粗糙度為 A 類,結構設計合理使用年限為 50 年,建筑結構安全等級為二級,結構抗震等級為二級,主樓地基基礎設計等級為甲級。 該建筑體型對住宅平面布置有利,
2.2 剪力墻結構設計要點
剪力墻作為一種具有較大剛度、整體性好、抗側力好的結構類型。 結合實踐經驗,筆者提出剪力墻結構設計中重要的幾點設計要點如下:(1)對于地震效果較大的情況下,單純地提高剪力墻結構的抗側剛度,這將造成基礎以及剪力墻結構的成本增加。(2)應合理布置剪力墻數量,過多的剪力墻數量將增加結構主體重量同時造成工程浪費。 (3)嚴格按照規范要求來進行剪力墻的構造配筋,配筋率的過低將會造成剪力墻結構延性較差。(4)合理設計剪力墻的墻長及其墻厚,避免出現墻肢承載力得不到有效發揮。綜上所述,對于剪力墻結構設計一方面要保證結構具有足夠的抗側剛度,同時還需兼顧結構成本的優化。
2.3 剪力墻結構的構造設計
對于剪力墻結構設計來說, 不僅僅應滿足結構的計算結果要求,同時還應滿足規范的構造要求,構造要求對于保證剪力墻結構的延性等具有重要意義。根據《高規》規定,還應在結構設計時采取如下措施:(1)除注明者外,剪力墻墻體水平鋼筋放在外側 ;墻體鋼筋網之間設直徑 8@600x600 拉筋; 剪力墻墻體水平鋼筋不得代替暗柱箍筋的設置。(2)連梁應沿整個梁高設置側面縱筋(腰筋);除特殊標注外,連梁腰筋按墻體水平筋拉通。(3)樓板內設備預埋管上方無板上部鋼筋時 ,沿預埋管走向設置板面附加鋼筋網帶,鋼筋網帶取直徑 6@150x200,最外排預埋鋼管中心至鋼絲網帶邊緣水平距離 150。(4)當上部墻柱伸入地面與土體接觸 、或其中一段墻柱臨水時 ,無論其外表面是否設置了建筑防水層,墻柱迎水面、接觸土體面的縱筋保護層應按上部結構的保護層厚度增加 30(墻)、20(柱)。
3.剪力墻結構計算分析
對本工程剪力墻結構通過采取 SATWE 有限元分析程序對結構的內力與位移進行分析,模型采用的設計主要荷載取值見表 1 所示。
表1樓、地面活荷載以及主要設備控制荷載標準值(kN/㎡)
對框架-剪力墻結構中跨高比較大的與柱墻相接梁以及某些連梁, 該梁的重力作用效應比水平風或水平地震作用效應更加明顯,此時需考慮梁剛度的折減,以控制正常使用時梁裂紋的發生和發展。 另外,高層建筑樓層的側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的 70%或其上相鄰點層側向剛度平均值的 80%。 經過采取一系列的計算,計算結果表明,本結構各項結果均應在正常范圍之內,既滿足規范要求,又符合以下三點規律:(1)柱、剪力墻的軸力設計值均為壓力;(2)柱、剪力墻基本為構造配筋:(3)梁基本無超筋,剪力墻、連梁均滿足界面抗剪扭的要求。
3剪力墻結構施工質量控制和預防措施
3.1 施工前的技術準備工作。 要認真做好各種設計圖紙的會審,運用規范和標準圖集,并且結合工程建設經驗,認真詳細地核對結構圖與建筑圖、水電施工圖等,要盡可能地把圖紙當中所存在的一些常見問題,比如,軸線尺寸、細部標注尺寸以及標高等是不是有誤,各類設計構造的做法能不是能夠在實際施工中加以實現;結構配筋是不是足夠合理,節點復雜位置的鋼筋能不是能夠順利就位,是不是能夠滿足振搗的要求和必要保護層的厚度,是不是存在漏配鋼筋等現象,配筋詳圖和配筋平面圖之間是否存在矛盾,是否存在配筋顯著偏小的現象,水電埋管的留洞和建筑結構是不是存在沖突,各位置的建筑詳圖設計是不是切實可行,各位置的建筑方法是不是合理,水電埋管是不是太過密集等,為其今后施工的順利開展奠定了良好的基礎。
3.2 梁柱節點的鋼筋綁扎工作。 對梁柱節點來說,只要有超過四個方向的梁穿過,就有可能造成一部分梁面筋保護層的厚度要大大超過設計的要求,這對于梁的承載能力會造成非常大的影響。這時,應當及時向相關人員進行反映,并且重新計算出梁所具有的承載力,并且依據梁面筋的具置以確定梁箍筋所處的高度。在具體工程實踐之中,一般都會將跨中區域梁面筋進行強行地抬高,這一辦法對于提升梁的承載力缺乏幫助,反而還會極大地提升施工的費用。在實際工程操作之中,墻柱鋼筋電渣的焊接頭將會大量地存在,比如,存在焊包不均勻等質量問題,其發生原因主要在于鋼筋接頭端部的截面和鋼筋縱向軸線不夠垂直,因而造成臨近焊接完成之時并在向下擠壓過程中出現用力的不均,進而導致焊包的嚴重不均勻,從而有可能降低鋼筋接頭所具有的強度。為此,應當在正式焊接之前先使用氣割把鋼筋接頭端加以削平,從而確保切后和縱向軸線能夠保持垂直,并且要把表面加以清理干凈。
3.3混凝土裂縫的控制工作。在高溫施工環境下,由于溫度比較高,為了避免混凝土產生裂縫,應當采取以下五條措施:一是改進配合比的設計,通過優選原材料和加入高效的減水劑,以控制混凝土水泥單方的用量于250kg/m3左右,并且不摻加任何一種微膨脹劑。二是混凝土入模溫度嚴格地控制于 30℃之下,并且降低混凝土內部的實際最高溫度升高的速度。三是科學合理地進行施工,運用混凝土泵送技術將板于大梁分開進行澆筑,全部采取斜面分層法,墻體與框架柱則運用整體分層法,并且嚴格地控制分層的厚度。四是強化混凝土養護。水平構件應當覆蓋塑料布,而豎向構件則應外掛麻袋片,并且外包塑料布。澆水的次數以確保塑料布內出現凝結水為主要標準。
4.結語
高層建筑剪力墻結構設計的主旨是發揮這種結構剛度大、美觀等特點,且又能解決高建筑成本等問題。 隨著建筑不斷的復雜化以及建筑高度的不斷提升,剪力墻結構成為了現代建筑結構設計中較為常用的結構類型之一,其被廣泛應用在住宅和旅館建筑結構中。隨著建筑高層化的發展,對剪力墻性能及施工質量提出了更高要求。這就需要相關人員在生產建設實踐中,更好地總結施工技義的特點與質量提升措施,以通過建筑剪力墻施工質量的提高,促進建筑施工更有效地滿足社會經濟發展需求
【參考文獻】
[1]周浪.高層住宅剪力墻結構優化設計研究[D].武漢理工大學碩士學位論文 ,2011:95-182.
關鍵詞:小高層住宅;鋼筋混凝土;結構設計
中圖分類號:TU241.8 文獻標識碼:A
1 小高層鋼筋混凝土結構的住宅基本結構形式
1.1 框架結構
框架結構的優點主要有空間比較大、靈活性強、具有抗震能力、工程造價低,但是,如果柱截面的厚度大于墻厚就會造成墻柱腳向外凸出,這樣不僅影響購房者家具布置還影響室內美觀,有時,住宅中間的房間分隔處呈現不規則現象,使住宅難以進行布置。
1.2 框架整體結構中的剪力墻
框架整體結構中的剪力墻是在整體框架結構中布置一定數量的剪力墻目前為止,它是我國在小高層住宅中應用最為廣泛的一種主要結構形式。剪力墻主要特點是平面中靈活性較強,實用性、合理的結構,這樣能有效地將框架、剪力墻的不同性能中抗側力很好的展示出來,使它們發揮不同的作用。
1.3 大開間剪力墻結構
隨著我國經濟的發展,人們日益增長的物質水平不斷提高,最先建造的小開間剪力墻體系住宅在整體建筑中的功能性和局限性變得越來越突出。從建筑強度方面來講,小開間結構中墻體的應有作用不能得到更好的發揮,如果添加較多的剪力墻還會增加更大的地震力,而且工程費用也會隨之增加,另外,小開間剪力墻的結構自我承重能力較大,相對應也增加了基礎資金,所以,就誕生了大開間剪力墻結構,剪力墻的間距應該在大于4.5m且小于7.5m,進深在大于7.5m且小于11m,室內一般不會布置縱橫的剪力墻,根據具體情況可按照住戶的需求進行靈活分隔,如需室內有新變化還可以進行重新布置。
1.4 短肢剪力墻結構
墻肢截面的高度與厚度比在5至8的剪力墻就稱之為短肢剪力墻,它是介于異性框架柱與普通剪力墻之間的一種剪力墻,這種剪力墻結構體系無論是在建筑功能與結構形式上還是在投資效益與節能指標都具有著良好的效果,目前,這已經成為小高層住宅的主要剪力墻結構形式。
2 小高層住宅鋼筋混凝土結構設計的主要特點
2.1 鋼筋混凝土結構設計的控制因素
在小高層住宅鋼筋混凝土結構設計中水平荷載逐漸成為其主要控制因素,處在低層的住宅中,一般都是以重力為依據進行豎向的荷載,利用它來對鋼筋混凝土結構設計進行控制,而且在小高層住宅中,雖然豎向荷載能對鋼筋混凝土結構設計產生較大影響,但也會成為主要控制因素。對于某項特定的建筑來說,豎向荷載大體上是定值,水平荷載中的風荷載與抗震作用中的數值都是伴隨著不同的動力特性而產生較大幅度變化。
2.2 軸向變形
對于采用框架體系的小高層住宅或者是采用剪刀墻體系的小高層住宅,框架中柱的軸距與壓力基本上都是大于邊柱的軸距與壓力,這樣就會使中柱的軸向因為壓縮導致變形大于邊柱的軸向壓縮導致的變形。屋內舉架較高時,因為差異軸向的變形能達到較大的數值,產生的后果不亞于連續梁中間的支座發生沉陷。
2.3 側移成為鋼筋混凝土結構設計的控制指標
小高層與多層住宅不同,小高層住宅鋼筋混凝土結構設計的關鍵因素逐漸變成結構側移,多層住宅已經不能滿足人民日益增長的需要,房屋建筑的高度正在逐漸增加,水平荷載的結構體系因為側移發生的變形不斷增大,結構的頂點側移應與棚頂成正比。因此,在最初設計小高層住宅時,對結構的強度要求很高,還要具備足夠的抗側移剛度,使水平荷載結構控制在標準范圍內。其中有三方面的原因,包括:因為側移會使居住者不舒服,從而影響正常的居?。灰驗閭纫剖覂鹊母魤?、圍護墻包括室內的材料都會出現裂痕或是不同程度的損壞,甚至電梯也有可能因此不能正常工作。
2.4 結構延性是鋼筋混凝土結構設計的重要指標
相較于多層住宅,小高層住宅的結構會更加“柔”,其抗震作用下的變形就會無形加大。為了使結構能具有較強的變形能力,避免建筑物坍塌,應對建筑構造方面采取更加恰當的相應措施,以確保結構延性。
3 小高層住宅鋼筋混凝土框架結構設計策略
3.1 優化設計的方法
現階段,設計分析軟件在優化過程中并沒有完全成熟,主要是對小高層住宅結構的分析軟件應用,利用人工分析進行調整,通過概念設計方法,針對不同的結構選型以及布置,對正在進行的方案不斷的做比較分析,比較之后選擇最為理想的結構方案,這是在結構設計中應用最為廣泛同時也是最簡單的優化方法。利用概念設計的方法選擇的方案是為合理經濟的,雖然耗費人力、物力、財力以及時間,但是對設計人員的素質要求就相對較高,利用設計人員的經驗進行人工優化方法依舊是建筑單位所普遍采用的主要方法之一。即便是同一小高層住宅的方案,所選擇的結構也是不盡相同的,也可以有不同的布置方案,在確定小高層住宅的結構布置時,同一種荷載情況也會有不同的分析方法,在整個分析的過程中設計參數、設計材料、荷載的取值范圍也是多選擇的,就連對小高層住宅內的細微部分處理也是不同的,上述問題,即便是利用計算機技術也是無法全部解決的,這就需要設計人員通過自己的努力做出判斷。然而判斷的內容只能在結構設計中采用普遍的規律下進行指導,這是通過具體實踐經驗得出的結論。因此,概念設計是由設計人員通過諸多備選方案進行選擇。
3.2 性能分析
3.2.1 抗震性能分析
對于整體結構來講,足夠的承載能力以及變形能力是能同時滿足條件的兩方面需求。結合概念設計的最新理念,分別對兩種不同的結構體系進行細致的研究分析。在結構設計中,對于結構的要求必須具有一定的承載能力以及適當的剛度。小高層的結構及其使用功能和安全性與側移大小有著密切的關系,側移過大會使隔墻和保護墻以及材料出現裂痕以及損害。其結構必須按照規定內的百分點對于不利情況計算出結構體系的層間位移角,框剪結構要大于剪力墻的結構,這兩種姐都都要小于規范要求,且有較大的充裕量,這說明兩種結構都要滿足剛度的要求。只是針對使用性能來講,剪力墻的墻體過多,結構自我承重力大,導致較大地震作用,混凝土和鋼材的使用量也高,與此同時還增加了基礎工程的投資建設,限制了建筑方面的靈活運用。因為框架結構能夠形成自由且靈活性強的利用空間,更容易滿足不同建筑的功能性,剪力墻具有比較大的抗側移剛度,這樣就會增加抗震力,從而減少了結構側移。
結論
綜上所述,隨著我國經濟的不斷發展,人民生活水平在不斷提高,相對地對小高層住宅產生極大的興趣和購買意愿,對于住宅的功能提出較高的標準要求,購房者希望住房在居住過程中能滿足較大的靈活性、實用性、變換性、多功能性的需求,所以,住房設計人員應在拿到開發商的設計圖紙后,為消費者著想,力圖經濟、適用、美觀的原則為社會做出更大的貢獻。
參考文獻
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關鍵詞:高層建筑結構設計;防震縫;抗扭設計;斜向構件
一、防震縫的設置
1、項目概況
鄂爾多斯孟克燭拉特色餐飲園綜合樓項目,位于內蒙古鄂爾多斯市罕臺鎮,整體建筑面積30萬m2,最高檐口高度95.600米;該項目一個大底盤,底盤長度300多米,寬度160多米,單層面積5w平方米;上面分為四個單塔,最高地上二十四層,局部二十八層,地下三層,局部設地下室夾層,功能集酒店、公寓、辦公、餐飲、娛樂等與一體,主體采用框架-剪力墻結構,主體以外地下室大底盤采用框架結構。本人在這個項目中擔任結構專業負責人的角色
2、本項目的防震縫設置
首先附上北側主塔部分幾層平面的示意圖(圖1),從標準層的示意圖中可以看出,整個長方向上存在兩個相對較窄的薄弱部位,這里如若不分開,地震發生時,很有可能首先發生震害,所以在這兩個部位按照規范要求的寬度增設兩道防震縫,將其分成三段長度均約100m的單體,并且各個單體相對來說平面已經基本上滿足了規范的平面長度以及外伸長度的限值要求;而且建筑從功能上,也直接將三段分為了三種功能,從左向右依次為公寓、酒店及辦公,若連成一個整體計算,從左至右的質量分布很不均勻;然后根據從上至下,當防震縫分至首層時,建筑中間部分存在兩個相對空間跨度較大的房間,經過與建筑專業的溝通協商,防震縫圍繞了兩個較大房間的外側設置,這樣可以保證大房間的完整性,也有利于結構的計算。
各分段單體經過后期的深入設計計算,各項參數均能很好的滿足規范的各項指標要求,驗證了概念設計階段防震縫設置的合理性。
二、本工程的抗扭設計過程
(1)第一輪試算
僅在樓電梯間的位置布置剪力墻,計算目的先滿足層間位移角1/800。經過計算,大部分墻厚均為450mm厚,X方向的層間位移角都在1/830左右,Y方向的層間位移角剛好滿足1/800;而X向最大層間位移與平均層間位移的比值最大為1.48,Y向最大層間位移與平均層間位移的比值為1.56;第一周期以平動為主,平動系數0.63。通過結果可以看出,從結構整體剛度來說,剪力墻的數量剛好合適;X向的位移比(最大層間位移與平均層間位移的比值,以下本論文均簡稱位移比)雖然滿足規范要求的小于1.50,但是已經很接近限值了,可以進行進一步的優化布置;而Y方向的位移比顯然已經超出了1.50,必須進行剪力墻的布置調整。
在這一輪的模型計算結果中,剛度中心和質量中心沿X方向基本對齊,而沿Y方向相對偏差較大。根據這個結果分析,對于X方向的扭轉,可以通過調整剪力墻的布置,使剛度中心和質量中心在Y方向盡量靠近來實現;而對于Y方向的扭轉,由于剛度中心和質量中心沿X方向基本已經一致,所以通過調整剛度中心和質量中心已經不能起到太大的作用,初步打算通過增加建筑周邊的抗側力剛度、或者增加離質心較遠的剪力墻的厚度等方式進行調整。更加直觀通俗的說法就是垂直于建筑短邊方向的扭轉通過調整剛度中心和質量中心盡量接近來控制,而垂直于長邊方向的扭轉通過在長方向兩端位置增加剪力墻、或者增加沿長方向距離較遠的剪力墻厚度來控制。
(2)第二輪試算
根據上步的計算結果分析,雖然X向的扭轉基本滿足規范要求,但是可以進一步進行優化,方法根據之前分析已經可以得出。和建筑專業溝通之后,在建筑的南側18軸和24軸上增加兩道剪力墻,同時減小北側樓電梯間處的剪力墻體厚度,目的是調整沿Y方向的剛度中心和質量中心盡量接近,布置圖見下圖。
這一輪的優化,效果還是很明顯的,X方向的扭轉有很大的提高,而且Y方向的位移得到了控制。
(3)第三輪試算
在該建筑的增加剪力墻以增大的抗側力剛度,目的是調整Y方向的抗扭。
經過計算,X方向的層間位移角都在1/905,基本不變,而Y方向的層間位移角為1/1044;而X向最大層間位移與平均層間位移的比值最大為1.32,Y向最大層間位移與平均層間位移的比值為1.36;第一周期以平動為主,平動系數0.88。
三、建筑造型的難點及實現,引發斜向構件在結構設計中應用的聯想
1、斜向構件在本項目中的應用
本項目在建筑屋面附近,外挑出很多兩層高的造型,外挑得比較遠,并且下部無處生根,經過與建筑多次溝通協商,最后造型細部效果圖,在外挑兩層下面做斜向內收,這樣結構可以在內收的空間內做斜向,用力支撐上部結構,形成簡單的桁架,結構合理且安全。
2、斜向構件其他項目中的應用
位于北京東二環龍潭湖邊上的標志性建筑世界醫藥圖書大廈,2006~2007年設計,2009年竣工,高度80m,地上24層,地下4層,總建筑面積79200m2。本人負責主塔及整個地下室的設計及施工圖繪制。該項目外立面局部懸挑過長,且懸挑部分形狀不規則,通過懸挑梁或懸挑板很難保證結構安全,在建筑功能允許的情況下,從框架梁端開始至本層框架柱頂之間,設置斜向拉桿一個,構成上下貫通的桁架,此拉桿在計算中要求承受所有懸挑部分的總重,而框架梁同時也按照懸挑梁進行計算,這樣可以更有效的保證結構的安全,同時可以更好的控制結構的撓度變形。
結 論
作為鄂爾多斯孟克燭拉特色餐飲園綜合樓項目的結構專業負責人,我深刻地體會到了綜合設計能力的重要性,尤其是隨著建筑工程的日趨綜合化復雜化,對一個結構設計人員尤其是結構專業負責人的要求更加嚴格。在設計過程中,綜合的分析項目中遇到的各種問題,采用多種方法分析比較選擇相對合理的結構措施,并通過概念設計合理的完善并優化設計,使我們的結構設計做到安全、合理、經濟。
參考文獻
[1] 高層建筑混凝土結構技術規程 JGJ3-2010
[2] 建筑結構選型該輪 葉獻國
關鍵詞:建筑工程;結構設計;剪力墻結構;設計
中圖分類號: TU761 文獻標識碼: A 文章編號:
0前言
隨著城市化進程的不斷加快,城市建筑中的中高層、特高層住宅建筑的數量正不斷增多,對于建筑結構的穩定性設計需求也更為嚴格。為滿足建筑的安全結構性能與標準抗震性能,建筑結構設計中都采用了剪力墻作為建筑支撐。在對剪力墻結構進行設計時,需要結合建筑內的空間布局以及功用情況,對分戶墻、山墻、電梯墻等進行合理地分割,一方面既要滿足建筑內墻體分割的基本要求,同時,在墻體的走向和墻體結構設計中需要考慮其抗震性能,在建筑平衡性的論證下對墻置進行適度調整,既滿足現代建筑的美觀實用性能,又能夠為建筑企業提高經濟效益,并且符合國家對高層住宅所規定的抗震要求。
1 剪力墻結構優點分析
建筑物剪力墻的種類較多,其主要分類可以依據以下三個條件:首先是根據剪力墻所使用的材料不同進行類,可以分為配筋剪力墻和鋼筋混凝土現澆剪力墻。另外可以按照剪力墻洞口進行分類,主要有整體式剪力墻、框架式剪力墻和不規則洞口式剪力墻三種類型。根據剪力墻在建筑物內承受壓力狀況進行分類,可以有壁式框架結構剪力墻、獨立式結構剪力墻和連枝剪力墻等。隨著建筑行業的科技含量不斷提高,在剪力墻的制作方面也加入了更多新的材料和工藝,這是隨著人們對于建筑空間的穩定性以及舒適性的要求越來越高而不斷與之相適應的。在建筑梁板架構中,梁體通常是暴露在建筑外端的,如果采用吊頂的方法對梁體進行遮擋,直接會影響到樓層空間的實際高度,使建筑物內部是舒適感下降。剪力墻與樓板之間的配合能夠解決空間壓迫問題,使樓層之間的高度間距不會改變。剪力墻在高層房屋空間設計中除了不會減少現有的高度空間的功能之外,還具有很好的縱向重力承載能力,另外,剪力墻還具有橫向平衡作用力,可以間接增強建筑物的整體框架結構的穩定性,確保建筑物具有良好的抗震性能。
此外,剪力墻在高層建筑的使用中也有部分缺陷,如高層建筑樓層之間的自重過大,需要對樓層的上下結構分別進行受力分析,要求建筑物基礎穩定性達到一定的標準。另外,剪力墻作為建筑物的主要分割墻體時,并不能完全按照建筑物內的空間功能區分對建筑物進行完全分割,因此在建筑物內部設計中表現出靈活性較差的特點,尤其在諸如寫字樓、商場一類的大空間公共場所建筑中不適宜應用。
2 剪力墻的施工工藝設計流程
剪力墻在高層建筑空間內的施工流程與傳統混凝土墻體結構的施工流程比較相似,施工階段都是通過放線、建模、混凝土澆筑、振搗、養護、拆卸模具和養護等過程組成,但剪力墻的施工需要根據澆筑混凝土墻體所具備的特點進行分析,采用不同于一般混凝土澆筑的做法進行施工:
放線:通過測線儀對施工區域內的模板連接線和控制線進行連接。
焊筋:剪力墻需要對其承重能力進行優先考慮,因此在對剪力墻施工時,需要對頂部進行建模處理,保證頂部的拉力支撐強度達到房屋的標準承重單位,施工過程中需要對剪力墻內部的植筋進行預埋處理,并且將內部植筋與頂部模具進行焊接,在焊接過程中需要注意,植筋是在打板時進行預埋,焊接過程嚴禁與主筋直接連接。
剔面:剪力墻與建筑物層間的頂板之間的結合區域需要沿著樓板的走向對剪力墻的邊緣區域切割出3~5mm深度的邊沿線,并且在切割的邊緣線內部進行打磨,增加混凝土澆筑后與頂板和剪力墻之間的摩擦力。
施工模板:剪力墻施工需要根據墻體面積確定使用模板,對于大面積的連續墻體,為保證模板與剪力墻之間具有一定的吸附能力,需要對模板內側均勻涂抹膠模劑。
安裝模板:剪力墻的模板安裝需要區分內橫墻模板、外墻模板、外墻外側模板等,模板的尺寸與墻面達到統一,做到模板與墻體的一一對應。模板安裝就完成之后,應當對模板的平整度和垂直情況進行檢查,并且采用垂直穿墻螺栓對模板進行縱向加固。
砂漿涂抹:剪力墻與模板在安裝過程中會出現明顯的空隙,為了保證剪力墻建筑的緊實度,需要事先對模板與剪力墻之間進行砂漿涂抹。
混凝土澆筑:剪力墻的混凝土澆筑與通常的鋼筋混凝土澆筑基本一致,用混凝土泵將流體混凝土均勻流入模板之內,待混凝土澆筑完畢,需要進行灌混凝土處理,在灌混凝土過程中要配合振搗,將墻體內的空氣完全擠壓出墻面,避免在混凝土凝固后墻面由于空氣泡而出現的裂縫。
養護:剪力墻的混凝土表面養護與一般的鋼筋混凝土養護很相似,通過保溫養護和濕度養護對混凝土墻面進行保養,防止墻面出現開裂。
拆模:當混凝土強度達到1.2MPa,混凝土表面已經基本凝固,可以進行拆模施工,拆模過程中要注意:對于大面積墻面的拆模需要加強保護,嚴禁使用敲擊的方式來拆模,防止敲擊對墻體造成的破壞。
3剪力墻的結構設定
3.1剪力墻結構布置
在對建筑物空間內剪力墻進行結構布置時,通常需要遵循以下原則:選擇數量始終的短肢墻,由于短肢墻在受力過程中可以表現出較強的抗壓能力,對于建筑物樓層間距內的縱向壓力具有很好的抗壓作用,因此需要從建筑縱向靜態壓強負載角度出發。剪力墻在建筑空間內進行均勻鋪設,要防止墻面在外力作用下出現的凹凸現象。剪力墻在布置過程中要注意其垂直度與水平度達到設計標準,達到受力的均衡分攤。
3.2剪力墻適用高度
從抗震優化的角度考慮,剪力墻對于樓體穩固的輔助程度要能夠達到7級抗震的效果,其最大高度與寬度要進行嚴格限制,除了部分特寬墻面之外,剪力墻的設計使用短肢墻體作為主要支撐設計。
3.3軸壓比限值
若剪力墻的軸壓較大,則延性較差。主要原因是由于剪力墻處于壓彎狀態,受壓的區較高,呈現小偏心狀態,因此要對軸壓比進行限制。對延性進行改善,處于重力荷載作用下,短肢剪力墻的軸壓比值進行改善。
4 結語
由于剪力墻可調整性、靈活性地布置墻肢,使其成為剪力墻最為理想的經濟指標體系。在剪力墻設計時,必須充分考慮結構的整體性、受力變形特征,進行概念設計,制定相應的抗震措施,以確保結構的抗震性能和整體性。
參考文獻:
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