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        高層住宅剪力墻結構優化設計

        更新時間:2016-01-19 09:57:03點擊次數:1721次
        核心提示:結構優化的目的首先是為了降低工程造價,而不是把原有加大的安全儲備減少,要在保證整個結構安全可靠的前提下,做到經濟合理,還能很好的滿足建筑的使用功能。近年來,高層住宅剪力墻結構應用廣泛,數量多,投資大,因此進行合理的結構優化設計具有重要的意義。 一、高層住宅混凝土剪力墻布置方式、經濟分析、結構計算參數的合理選取 1.高層住宅結構設計中剪力墻布置方式 剪力墻結構一般都是應用于超高建筑和高層建筑,而...

        核心提示:結構優化的目的首先是為了降低工程造價,而不是把原有加大的安全儲備減少,要在保證整個結構安全可靠的前提下,做到經濟合理,還能很好的滿足建筑的使用功能。近年來,高層住宅剪力墻結構應用廣泛,數量多,投資大,因此進行合理的結構優化設計具有重要的意義。

        一、高層住宅混凝土剪力墻布置方式、經濟分析、結構計算參數的合理選取

        1.高層住宅結構設計中剪力墻布置方式

        剪力墻結構一般都是應用于超高建筑和高層建筑,而在高層建筑結構中,結構位移是結構設計的一個主要指標。其中包括層間位移比和豎向層間位移角。另外,伴隨著住宅建筑高度的不斷的增加,水平的荷載作用效應起主要控制作用。而剪力墻在平面內有很大側移剛度,所以剪力墻是承載著來自高層建筑的絕大部分的水平作用和水平剪力。

        在超高層建筑和高層建筑結構設計中,通過調整結構的側向剛度來控制結構位移和層間位移角,而通過調整結構的扭轉剛度來控制結構的扭轉位移。剪力墻結構體系中結構的側向剛度大小是可以通過剪力墻的截面來控制,例如剪力墻布置較多時,相對應的側向剛度大;剪力墻布置較少時相對應的側向剛度相對較小。另外通過剪力墻在建筑平面中的布置位置調整,可以控制剪力墻的扭轉剛度從而達到控制結構扭轉。結構的整體穩定、承載能力和剛度以及經濟合理性的一種宏觀控制。假如剪力墻體在高層建筑物中有比較合理的截面和平面布置,就會形成一個能夠很好的抵抗墻體水平力的結構體系,此時還能夠有效的分割空間,限度的滿足建筑使用功能。

        2.高層剪力墻結構的經濟分析

        剪力墻結構剛度大,整體性好,用鋼量較省。在高層住宅中,開間均較小,分隔墻較多,采用現澆剪力墻結構可將承重墻減少,比較經濟。剪力墻外觀整齊,沒有露梁、露柱現象,便于室內布置。另外,剪力墻結構的抗側剛度大,結構周期小。在結構設計中應保證剪力墻結構滿足國家規范關于結構水平位移和地震力的要求,做到安全適用,經濟合理,就必須在實際工作中有所判斷,將結構水平位移和地震力控制在合理的范圍內,然后檢查結構的內力和配筋。

        3.高層結構計算參數的合理選取

        (1)周期折減系數:

        填充墻較多時的剪力墻結構,取0.9~1.0;填充墻較少時的剪力墻結構,取1.0。填充墻對結構周期的影響與填充墻的類型、填充墻與主體結構的位置等密切相關,以上數值填充墻按實心磚墻確定的,對其他各類填充墻(空心磚砌體、混凝土砌塊砌體等)可酌情調整確定。填充墻對主體結構周期的折減,實際上就是考慮填充墻剛度對主體結構剛度的影響程度,主體結構剛度愈大填充墻對結構周期影響越小,反之,則越大;填充墻的自身剛度越大,對主體結構周期影響也越大,反之,則越小。

        (2)振型個數的確定:

        以保證振型參與質量不小于總質量的90%為前提。高層建筑地震作用振型數非耦聯時n≥9個,耦聯時n≥15個;對多塔結構振型數n≥塔樓數量X 9。

        (3)連梁剛度折減系數:

        在內力和位移的計算中,連梁剛度折減系數可取0.5;當結構位移由風荷載控制時,連梁剛度折減系數宜不小于0.8。連梁常被稱為結構抗震設計中的“保險絲”,它可以起到耗散地震能量的作用,伴隨著連梁梁端產生塑性變形,結構剛度退化,變形加大,結構出現內力重分布,剪力墻墻肢內力加大。

        二、優化結構設計,降低工程造價

        1.結構設計優化增加合理性和安全性

        優化結構設計,使結構受力均衡,技術應用得當,整體安全可靠,這樣設計出來的結構才能達到既經濟又合理的目的。

        從結構設計整體布局來看,在水平荷載作用下,剪力墻的暗柱配筋往往是構造配筋,暗柱截面的確定與剪力墻的布置有密切的關系,而構造配筋與暗柱截面又有一一對應關系。由于剪力墻布置的差異性,一片剪力墻兩端暗柱的截面可能差6~10倍。配筋也相應差6~10倍。而剪力墻在不同方向的水平荷載作用下是具有對稱性的。這樣設計出的結構就會造成極大的浪費。因此,首先合理的布置剪力墻,盡可能使之對稱布置,這樣即節省造價,又增加結構的安全性。


        2.《建筑抗震設計規范 GB50011-2010》規定

        (1)側向剛度不規則。側向剛度小于相鄰層的70%,或小于其上相鄰三層側向剛度平均值的80%;除頂層或出屋面小建筑外,局部收進水平向尺寸大于相鄰下一層的25%。

        (2)豎向抗側力構件不連續。豎向抗側力構件的內力由水平轉換構件向下傳遞。

        (3)樓層承載力突變??箓攘Y構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%。從而對剪力墻豎向布置做了間接的規定。保持剪力墻從下向上貫通布置原則,通過減小截面厚度使側向剛度減小。

        3.剪力墻配筋控制對主體造價起著關鍵性的作用

        通過以往高層住宅項目的結構設計對比看,一般剪力墻配筋幾乎都是按規范規定的小配筋率構造配筋,包括豎向分布筋和水平向分布筋。所以控制剪力墻厚度,可以有效的控制剪力墻身鋼筋用量。在抗震設計時,當底層剪力墻肢軸壓比控制在抗震等級范圍不同限值內,則剪力墻僅設置構造邊緣構件,而當軸壓比大于規定限值時,應設置約束邊緣構件。而在剪力墻配筋設計時,構造邊緣構件和約束邊緣構件的配筋率相差甚大,所以適當的加大剪力墻肢截面,把底層軸壓比控制在設置構造邊緣構件限值以內,可以有效的降低鋼筋配筋量。所以通過合理的截面布置可以很好的優化剪力墻配筋設計。

        三、剪力墻結構構件的合適含鋼量

        關于鋼筋含鋼量指標的計算方法,依據已知的現行標準進行參考的依據基礎上進行計算。通常為計算范圍內的相應結構鋼材用量除以計算范圍內的結構面積。1)結構鋼材包含剪力墻、柱、梁、樓板、空調板、窗臺板、陽臺欄板、砌體拉結筋等混凝土結構的受力及構造鋼筋;不含純建筑的混凝土裝飾構件、預埋件、混凝土墻梁與砌體間加掛的鋼絲網、一樓為防潮而設置的架空預制板所含的鋼筋。2)結構面積等于建筑面積與建筑贈送的但仍為結構樓板或屋面板遮蓋部分的面積之和。例如層高小于 2.2m部分,在計算建筑面積時只計算一半,在計算結構面積時全數計入。

        高層建筑如因建筑的空間等方面的要求必須設置結構轉換層時,轉換層應有單獨統計的含鋼量指標??偟暮摿恐笜酥袘瑫r提供以下兩種類型:1)不含轉換層的面積及其用鋼量的指標;2)包含轉換層的面積及其用鋼量的指標。

        含鋼量指標要求是以常規結構的實際建造面積計算的,這就提醒我們在統計含鋼量時,務必以實際建造面積計算,而不是簡單的以建筑面積計算,這樣算出來的結果才能真正反應結構的含鋼量水平的高低。

        四、總結

        結構優化的目的首先是為了降低工程造價,而不是把原有加大的安全儲備減少,要在保證整個結構安全可靠的前提下,做到經濟合理,還能很好的滿足建筑的使用功能。近年來,高層住宅剪力墻結構應用廣泛,數量多,投資大,因此進行合理的結構優化設計具有重要的意義。

        參考文獻:

        [1]劉禮聯.小高層住宅短肢剪力墻結構設計優化措施分析探討[J].中外建筑,2010,(5):165-167.DOI:10.3969/j.issn.1008-0422.2010.05.051.

        [2]宋瑛.剪力墻布置位置的設計優化[J].山西建筑,2012,38(29):53-54.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2012.29.030.

        [3]徐霞.高層建筑框支剪力墻結構設計優化[J].建筑施工,2013,5(6):524-525.

        (編輯:青島康太源商砼有限公司)
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