剪力墙结构设计研究（共11篇）
剪力墙结构设计研究 篇1
随着人们生活水平的提高,人们对于居住条件的要求也越来越高,为了实现建筑质量高标准、建筑功能的齐全和建筑物的美观这三方面的要求,剪力墙结构应运而生。随后,随着剪力墙结构有着较大的抗侧刚度、较小的用钢量和较强的抗震能力等优点,其在建筑结构中的使用也越来越广泛。目前,剪力墙结构已经成为我国建筑结构中不可或缺的一部分,是建筑结构设计中腔体结构设计的主要方法。文章将简要地向大家介绍一下剪力墙结构的特征以及主要的设计原则,继而论述建筑结构中剪力墙的布置原则和相应的计算的优化方法。
1 建筑剪力墙结构设计的主要原则
剪力墙结构虽然有着显著的优点,也在实际应用中展示了其极强的优越性能,但是并不是所有的建筑都可以使用剪力墙结构。下面,我们就从四个方面对建筑结构设计中剪力墙结构设计的主要原则进行阐述。
(1)众所周知,通常情况下,剪力墙的高和宽都是比厚度大很多的,再加上剪力墙是几何特征向板,因此剪力墙结构可以简单理解成为墙面柱体结构。这里说的墙面柱体结构是说具有墙的外形,受力具有柱体特征。其与柱体的主要区别就是肢长和厚度的比值,如果这个比值小于3,那么剪力墙可以按照柱体进行设计。如果这个比值在3到5之间,这时的剪力墙可以看做异形柱,按照双向受压构件进行设计。
(2)剪力墙结构,不仅需要承受水平方向上的弯矩和水平剪力,还要承受纵向上的竖向压力。在这两种力的夹击之下,如果剪力墙结构想要保证一定的抗震要求,在设计时,就要考虑剪力墙结构中的各项构件,在刚度和延性这两方面的需求。
(3)剪力墙结构在设计时,一般会使用钢筋混凝土的墙板来代替建筑结构中的梁柱,而这种竖向的钢筋混凝土墙板,就是我们平时说的剪力墙的主要结构。此时,建筑物的水平方向,仍然是用钢筋混凝土的大楼板搭载墙上的,但是建筑领域习惯将竖向和水平向这样构成的整个体系称为剪力墙结构。这样就会出现一个问题,如果剪力墙在同一平面内,那么其刚度和承载力就会变得相对比较大;如果不在同一平面内,那么其刚度和承载力就会变得相对比较小,这时就容易使墙肢在平面外的方向上产生弯矩的现象。因此,在设计时,要尽量不要将剪力墙和平面外的梁进行连接,以保证剪力墙的使用安全。
(4)设计师在对剪力墙结构进行设计时,要保证水平方向和竖直方向上的双重分析和计算。在内力结果计算完成之后,要用偏压或者偏拉进行验算。
2 剪力墙结构的特征和种类
剪力墙结构一般按照是否开洞以及洞的尺寸大小,大致分为五类:双肢剪力墙、多肢剪力墙、整体小开口剪力墙和整体墙以及壁挂框架等等。不同的剪力墙结构具有不同的用处,但是所有的剪力墙结构基本都具有较大的抗侧刚度、较小的用钢量和较强的抗震能力等优点。同时,使用剪力墙结构还可以使室内的空间更加平坦,但剪力墙结构在施工时需要更多的施工环节,这样在建筑成本上也会有一定的增加。
3 剪力墙结构的布置原则
(1)剪力墙采用双向或者多向布置的原则。由于在剪力墙结构中,竖向全部荷载和水平力都是由钢筋混凝土墙来承受的,因此剪力墙应该沿着平面主要轴线的方向进行排布,采用双向或者多向的布置方式。尽可能地将剪力墙连接在一起,不要使剪力墙处于对直或者拉通的状态。对于剪力墙的抗震性能,设计人员在设计时,要使剪力墙的侧向刚度相差不大。由于我国现在土地资源紧张,大多数住宅楼都是高层建筑,对于这样的建筑,在对剪力墙进行抗震设计时,不要出现单方向有墙而另一个方向没有墙的现象,设计时要保证剪力墙可以发挥出最大的抗震效果。
(2)剪力墙结构在竖向上保证从上而下的布置。剪力墙结构中竖向的钢筋混凝土墙,要保证是从上至下的连续布置,这样不会发生刚度突变的情况。对于高层建筑中剪力墙结构的竖向钢筋混凝土墙,要保证其在竖向方向上的刚度均匀,有洞口的剪力墙结构,要保证洞口处有明显的墙肢和连接梁。
(3)剪力墙结构的布置不应太过密集。剪力墙结构的布置太过密集时,会增大侧向刚度,过大的侧向刚度会使墙体本身的重力大大增加,这时一旦发生地震,会使建筑物倒塌的可能性大大增加。
(4)剪力墙结构的洞口和门窗要对齐。剪力墙结构的洞口和门窗要对齐,避免错漏洞的出现,保证其成列布置,这样才可以不影响剪力墙结构的承重,不会使其变形。
4 剪力墙结构的计算优化
我国有相关规定,在计算多地震作用下的楼层最大层间位移时,以楼间的弯曲形变为主,同时计入扭转变形,可以不扣除结构整体的弯曲变形。因此,这就要求设计师在设计时要尽量减少扭转形变,但是也不可以因为层间位移不足,而盲目地增加剪力墙结构构件的刚度,这样一旦突破架构规定的架构减重比,就不能使对侧的结构刚度减小。但是如果减小减重比,减小地震作用,也可以达到理想的效果。
5 结束语
剪力墙结构在我国建筑中的运用已经非常广泛,为了进一步优化建筑结构,进一步提高建筑质量,设计人员必须熟知剪力墙结构的各项理论,严格按照剪力墙结构的各项要求来进行设计,把握其设计要点,从而充分发挥出剪力墙结构的优点,满足实际应用需要。设计人员还应该具有一定的创新意识,不断采用新的方法和技术,使剪力墙结构更加优化,更好地为建筑事业服务。文章简要地总结了设计中的经验和方法,希望可以为设计人员在剪力墙结构的设计中提供经验。
摘要：文章简要地介绍了剪力墙结构的特征以及主要的设计原则,继而对建筑结构中剪力墙的布置原则和相应的计算的优化方法进行了研究,以供参考。
关键词：建筑,剪力墙,结构设计,应用
参考文献
[1]李智.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[A].《建筑科技与管理》组委会.2016年4月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].《建筑科技与管理》组委会,2016:2.
[2]田琦.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].中华建设,2013,(3):102-103.
[3]张震.框支剪力墙结构的设计与研究[D].西安建筑科技大学,2011.
剪力墙结构设计研究 篇2
【关键词】建筑工程；剪力墙结构；施工技术；剪力墙工程
【Abstract】In the process of building construction， we must ensure the quality of the shear wall structure， because it will have an important impact on the quality of the project. This paper summarizes the content of the shear wall project and the construction of the main points and other factors， summed up in the construction technology needs to optimize the construction of the shear walls of the proposed project to better promote the housing construction to the good momentum of the direction development of.
【Key words】Construction engineering；Shear wall structure；Construction technology；Shear wall project
1. 引言
剪力墻结构在房建工程中得到广泛的应用。分析剪力墙结构的施工技术的要点可以降低建筑质量的隐患和保证建筑工程的安全优质性。对剪力墙结构施工的难点和问题的成因进行准确的分析和掌握，然后根据建筑工程的实际情况来实行安全有效且操作到位的施工技术，可以保证整个房建工程的质量。
2. 剪力墙结构体系的特征
2.1 剪力墙体系的受力特征。
通过对外观的观察，可以发现剪力墙的结构体是完全地垂直在地面上的，而且剪力墙的结构体系存在一个一空腹悬的臂梁，当受到外力作用影响的时候，由于框架结构的抗压性不够强大因此就会出现弯曲的情况，进而会形成弯剪的形态，最终就会导致剪力墙的结构体系产生了曲线的状态。换言之，在通过整合了框架体系中的剪力墙的结构体在受到外力作用的影响后，经常都会产生弯曲变形的现象，而且弯曲变形的情况还比较严重。
2.2 剪力墙体系刚度的特征。
框架的剪力墙刚度是有限的，而不是无限的大。框架剪力墙刚度的大小是随着外力作用的大小变化而发生变化的。而且框架剪力墙的刚度与基底的弯矩比例也有着密切的关系，如果框架的刚度处于最小值时，基底的弯矩就会达到百分之八十左右，因此，关于抗震的等级就要进行相对应的设置，而且还需要采取一定的措施来实施满足抗震和减震的作用。
2.3 剪力墙体系的抗震特征。
确定剪力墙结构体系的抗震等级的依据是《抗震设计规范》等相关的规范。在房建工程和高层建筑等领域中要进行钢筋结构工程的施工操作时，也必须要遵守这些相关的准则和章程，确保剪力墙结构体系的抗震能力。因此，可以说框架结构和剪力墙结构的刚度的比例设计是建筑工程设计工作的重点。
3. 房建工程框架的剪力墙结构工程的施工技术
3.1 关于框架剪力墙结构建筑的放线测量技术。
在房建工程的施工过程中，对框架剪力墙结构进行实施建筑放线测量的施工时需要遵循以下几个要点：一是一定要按照建筑工程的施工设计图纸来进行，二是要符合满足关于建筑工程施工测量放线的有关要求，三是要注意使用先进的放线测量仪器，只有这样才能开展实施建筑工程的放线测量的工作。例如，在对框架剪力墙结构的建筑工程的放线测量的实际施工过程中，需要采用经纬仪或全站仪等的测量仪器才能完成建筑工程的放线测量。在建筑工程的放线测量中，要建立对应的建筑工程的放线测量轴线的控制网，然后按照放线测量的实际情况进行标注说明，并要反复地核查建筑工程放线测量的结果，才能确保关于建筑工程防线测量结果的准确性。
3.2 优化剪力墙结构的设计。
（1）剪力墙的墙肢截面要保证规则而且简单；剪力墙竖向的刚度一定要保持均匀；剪力墙门窗的洞口一定确保上下要对齐并且要进行成列的布置，目的是确保连梁和墙肢的可以明确地形成。关于应力的分布一定要相对的规则且要与当目前实行普遍使用的计算简图要保证一致，这样才能有效保证设计结果的安全可靠。对洞口的设置要尽量与墙肢的刚度保持一致，如果剪力墙的洞口出现了错洞布置或错洞叠合的情况，墙内的配筋就一定要构成框架的形式。
（2）剪力墙本身具有的特点是：平面的内刚度和承重力都比较大，但是平面的外刚度和承载力则相对较小。这一特点的存在就决定了必须要严格地控制剪力墙平面外的弯矩，这样才能使剪力墙平面外的稳定性得到有效保证。如果剪力墙的墙肢连接了位于平面外方向的楼面梁时，这时为了降低梁端部的弯矩向墙施加的剪力，就一定要采取相关有效的控制措施。
3.3 优化剪力墙的结构计算。
（1）关于调整楼层最小剪力系数的原则。为了使短肢剪力墙在承受第一振型底部地震的倾覆力矩满足不会超过40%的结构总底部的地震倾覆力矩的前提，就要尽可能地减少对剪力墙的布置，而应该要以大开间的剪力墙布置方案作为目标，确保剪力墙的结构具有适当的侧向刚度最主要的目的是为了保证楼层最小剪力的系数与规范的限值相接近，这样结构的自重力才能得到有效的减轻，同时，也有效地减小了地震的输入作用和有效地控制了工程的造价。
（2）调整楼层的最大层间的最大位移与层高之比的原则。按照相关的规范来进行对多地震作用下的楼层的最大层间的位移计算时，一定要以楼间的弯曲变形为主要考虑因素，然后再对扭转的变形的数值进行计入，对于结构整体的弯曲变形可以作不扣除的处理。因此，为了有效地控制高层建筑扭转变形的情况，设计人员就不能只出于考虑因为层间的位移不够而随便地的增加竖向构件的刚度。有些设计人员在进行实际的工程设计中，一旦看到某一方向的层间位移没有达到相关规范的要求，就会做出为了保证达到这个规范要求而对该项侧向的刚度进行不断的增加，这样做的后果比较严重，尽管问题虽然是解决了，但是却忽视了结构的剪重比。所以在进行实际的工程设计中，还要保证使结构的剪重比要与规范值接近。一旦剪重比出现较大的情况，就要对对应一侧结构的刚度采取减小的措施而不是一味的增加，这样对剪重比的减小和地震作用的减小，也可以发挥比较好的作用。
4. 关于框架剪力墙的结构建筑的混凝土施工技术
房建工程重要的施工部分就是对工程的混凝土施工。对房建工程中的钢筋和模板完成施工而且进行验收完毕后，才可以进行框架剪力墙的结构建筑工程混凝土的施工。在框架剪力墙结构的施工中，混凝土的施工主要是对建筑工程墙柱的结构和梁板的施工要采取混凝土的浇筑方法来进行。对框架剪力墙结构的建筑工程实施混凝土的施工，要注意的是，不同的施工情况，在混凝土浇筑的施工技术和方法也应该要不同。对框架剪力墙结构的建筑工程的墙柱实施混凝土浇筑的施工过程中，首先在实施建筑工程墙柱混凝土浇筑施工之前，要對建筑工程的墙柱的底部完成无石子砂浆的填筑，且保证石子砂浆要符合一定的标准，建筑工程的墙柱砼浇筑的施工要使用分层浇筑且要振捣的施工方法。墙柱砼的浇筑施工的顺序和厚度都要符合施工的要求。对建筑工程的梁板砼浇筑进行施工时采取的浇筑的方式是同时进行施工的方式，在实施浇筑的过程中，浇筑的顺序也非常重要，要先浇筑建筑的工程梁，再对建筑的梁和板进行同时的浇筑。最后，建筑工程的混凝土浇筑的施工要注意进行相关的养护，使工程施工的质量得到强有力的保证。
5. 总结语
蓬勃发展的建筑行业，使建筑工程的数量大量增加，而且也使建筑结构的形式更加丰富多彩，而剪力墙结构的广泛应用，大大地推动了建筑事业的发展。由于对工程质量的日益重视，因此关于剪力墙结构施工的技术自然就成为了焦点话题。有必要地分析剪力墙结构的施工技术要点是提高施工技术的水平和改善工程的质量的强有力的保证。
参考文献
[1] 韩亚辉.浅析房建工程中框架剪力墙结构工程施工技术[J].民营科技，2013（7） .
高层建筑剪力墙结构优化设计研究 篇3
高层建筑普遍采用钢筋混凝土结构, 根据抗侧力单元的不同, 我们可以将这些结构分为筒体结构、框架结构和剪力墙结构。相比而言, 这三种结构中的剪力墙结构体系拥有较好的刚度, 整体性能较好, 在抵抗侧向变形和抗震性方面都有良好的表现, 所以在高层建筑中被广泛使用。在建筑中, 进行结构设计的最终目的是要实现建筑安全, 而要真正实现建筑安全, 在结构设计的时候还要将技术的可行性和各种建筑配合进行综合考虑, 最终采取性价比最好的结构设计方案。目前国内建筑的结构设计, 由于设计人员专业意识的淡薄, 在设计过程中往往会忽略某些细节, 而这些细节正是结构优化设计的空间所在。从整体上把握、从细节处着手, 这是建筑结构优化设计的重要方向。
1 剪力墙结构体系优化设计原则
1. 1 利于抗震, 承载能力强
在剪力墙结构体系设计的时候, 首先要考虑到其安全性, 所以要在设计的时候遵循荷载能力强, 有利于抗震的设计原则。在设计中, 为了遵循这一设计原则, 必须要对剪力墙的适宜刚度和合理数值进行科学考虑。在整个体系当中, 剪力墙是最重要的抗震构件, 根据以往的经验, 在地震中, 剪力墙刚度越大, 所受的损伤就越小, 但是刚度越大, 其工程成本也就越高, 所以在刚度设计的时候, 要把握好尺度, 在经济的原则上合理把握剪力墙的数量, 使其既满足承载能力的要求, 又不会造成额外的成本支出。对于剪力墙数量, 一般考虑两个因素, 一方面控制结构的水平位移, 另一方面就是控制地震力。这二者进行综合考虑数量即可确定。
1. 2 材料力学性能明显
在剪力墙结构体系设计的时候, 为了发挥结构体系的最大作用, 一定要将材料的力学性能考虑在内, 这样才能使材料性能在整体结构中充分发挥作用。所以在进行结构优化设计的时候要考虑两方面的因素。 (1) 应该尽量的减少小墙肢和短肢墙的数量。在高层建筑中, 剪力墙结构的侧向刚度取决于剪力墙的侧移刚度, 通过减少小墙肢和短肢墙的数量来发挥建筑材料的力学性能, 在设计成本方面会有很大的节省。 (2) 在设计中要控制墙肢长度的差异。墙肢长度的差异过大, 不利于材料力学的完整性体现, 也会影响整个结构体系的受力。
1. 3 结构经济合理
为了完成经济合理的设计目标, 在设计的时候要进行两方面的考虑。 (1) 材料运用的设计。在建筑中材料浪费是造成建筑成本升高的主要原因, 所以在剪力墙结构体系的设计中, 要做好短肢墙中箍筋和水平分布的钢筋的合并, 这种合并设计会使得工程中的钢筋用量减少, 但是并不会影响工程质量, 是节约成本的重要设计环节。 (2) 要合理处理剪力墙的开洞。在高层建筑当中, 除去必要的门窗洞之外, 往往还需要根据结构布置设计结构洞。从优化设计的经济原则考虑, 剪力墙尽量设计为长墙, 以此来减少结构洞, 从而减少建造成本。
2 工程实例分析
2. 1 概况
某工程为高层建筑混凝土剪力墙结构, 这项工程的总建筑面积约12 570 m2, 建筑的总层数为地上32 层, 局部33 层, 地下共有2 层, 楼层的层高均为2. 8 m, 整体建筑的高度是92. 4 m。此工程的设计基准期为50 年, 设计的抗震强度是9 度。此工程在设计的时候, 关于抗震强度的参照依据是当地的抗震设防强度, 在整体设计构造上也严格的按照GB50009 - 2012《建筑结构荷载规范》的要求来进行。总体来说, 此工程在剪力墙结构优化设计方面做了非常到位的工作。图1 为剪力墙模板平面图。
2. 2 结构方案布置
此工程在结构方案的布置上并没有内收外挑的情况, 整体布置具有一致性, 只是在屋面层存在着楼板跃层和局部突出的现象。在优化结构整体方案的布置上, 建筑竖向刚度的变化主要体现在分段式改变结构构件的截面尺寸和混凝土的强度等级方面, 为了方便施工, 也为了建筑质量的统一性, 改变的次数不宜过多。但是从结构受力的角度来分析, 改变次数过少就会造成每次改变的刚度突变, 这样的刚度改变对于建筑存在安全隐患, 所以在综合考虑的情况下, 决定将改变结构构件截面尺寸和混凝土强度等级错开使用, 避免出现同楼层的刚度突变。在这样的结构布置下, 为了加强建筑物安全, 混凝土的强度等级由下而上逐渐递减, 一方面是考虑荷载力, 另一方面就是考虑混凝土等级的渐变性。
2. 3 参数取值设计
为了使得结构设计更加优化, 在参数取值上也进行了多方面考虑, 最终设计的参数取值如下: 就容重方面而言, 混凝土容重为27. 5 k N/m3, 钢材的容重为77. 0 k N/m3, 对于梁、柱、墙的主筋和箍筋的强度以及墙分布筋, 还有边缘构件的箍筋强度均取用360 N/mm2。在阵型组合数方面共采取18 个阵型, 而将连梁刚度的折减系数取值为0. 55。在整个设计中, 全部只考虑偶然偏心的影响, 而将双向地震作用排除在外。另外就是在计算的时候, 通通利用的是平扭耦连的方式进行抗震计算。
2. 4 结构优化对比分析
在剪力墙结构的对比分析中, 通过对设计效果的整体把握, 分别从四个方面进行了对比。 (1) 楼层的侧移刚度。楼层侧移刚度是剪力墙体系中的重要内容, 此次对比是将以往的剪力墙结构和优化设计下的剪力墙侧移刚度进行对比, 结果发现在优化结构设计下, 虽然剪力墙在材料等方面做除了节省, 但是其侧移刚度依然保持着很好的质量安全。 (2) 楼层层间位移角的对比。楼层位移角的对比主要是根据GB50045 - 95《高层民用建筑设计防火规范》的要求对其进行质量方面的比较。 (3) 对地震反应力和减震比的对比。 (4) 周期比的对比。通过四方面的对比发现, 在结构的优化设计下, 整个高层建筑的质量安全完全在建筑标准要求之内, 而且由于在设计上进行了优化, 各方面的水平都具有了显著的提高, 也节省建筑成本。
3 剪力墙结构材料用量分析
3. 1 混凝土用量
在剪力墙结构体系中, 普遍采用的是钢筋混凝土的结构, 在这种结构之下, 混凝土的使用必不可少。但是在优化结构设计中, 混凝土的使用量相比未进行优化的设计有了明显的减少, 主要体现在两个方面: (1) 在优化结构设计中, 由于减少了短肢墙和小墙肢的数量, 所以在这方面, 混凝土的用量大量减少; (2) 由于优化结构设计充分的考虑了建筑材料的力学性能, 所以有一部分混凝土的承重可以通过对钢筋力学性能的分析得到很好的转嫁, 在这样的条件下, 混凝土的用量也显著减少。
3. 2 钢筋用量
钢筋混凝土结构中, 钢筋是必不可少的材料, 在剪力墙体系中, 钢筋发挥着重要的作用。由于设计结构的优化, 钢筋的使用大量减少, 主要也是体现在两个方面。 (1) 短肢墙中箍筋和水平分布的钢筋的合并, 使得钢筋的使用量减少, 这种材料用量的减少, 大大降低了材料的成本。 (2) 材料力学性能的充分发挥。在结构优化设计中, 由于对细节的把握, 使得一些边角的处理不再依赖钢筋材料的支持, 所以对于边角钢筋材料的使用得到大大的降低。总体而言就是, 在优化结构设计中, 钢筋的使用恰到好处, 而这种结构的优化设计, 使得钢筋用量显著减少。
4 高宽比对材料的分析
4. 1 变化层数改变高宽比
高宽比对于高层建筑材料的整体受力而言具有重要的影响, 首先就体现在变化层数可以改变高宽比。对于高层建筑而言, 高宽比只有处于相对稳定的结构中, 建筑的稳定性才最强, 由于建筑层数的增加或者是减少, 使得整个建筑的高宽比发生了变化, 而这种变化带来的不稳定性无法通过其他形式弥补, 只能借助建筑材料的力学性能进行整体受力的平衡, 使得建筑保持相对的稳定。也就是说, 由高层建筑层数的变化所引起的高宽比, 必须要利用建筑材料来进行解决和弥补, 而材料的选择必须要满足这种变化的需要。
4. 2 变化宽度改变高宽比
宽度的变化也会影响高宽比, 主要是因为宽度增加, 整个建筑中间层面的受力将会出现整体增大的情况。在这样的情况下, 必须加强层面中间部分的荷载能力才能保持建筑层面中间的稳定性。要达到这一目的, 就必须在层面中间进行材料支撑, 所用的材料还要必须满足建筑需求。
5 结束语
剪力墙结构体系在高层建筑中的使用非常广泛, 是因为这种结构体系在建筑方面具有更高的可操作性, 而且在质量上也有可靠的保证。所以为了更好地利用剪力墙结构体系, 使得剪力墙结构体系的优势得到更大地发挥, 在结构设计上进行优化, 掌握好各种因素对结构的影响, 从而进行结构的科学合理布置和方案的设计实施。
参考文献
[1]刘剑.高层建筑剪力墙结构优化设计探讨[J].技术与市场, 2011, 32 (5) :54, 56.
[2]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材, 2011, 30 (4) :40-41, 43.
[3]冯运琴.高层建筑剪力墙结构连梁设计中的问题[J].科技资讯, 2013, 11 (18) :65-66.
[4]门进杰, 李慧娟, 史庆轩, 等.某板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].结构工程师, 2013, 29 (3) :5-14.
[5]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑, 2010, 36 (5) :79-80.
[6]王和平.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].四川建材, 2008, 34 (5) :89-90.
[7]戴刘毅.高层建筑剪力墙结构优化设计分析[J].城市建筑, 2014, 11 (2) :53, 75.
剪力墙结构设计研究 篇4
抗震设计的框架-剪力墙结构，应根据在规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值，确定相应的设计方法，
1框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%时，按剪力墙结构设计，框架部分应按框架-剪力墙结构的框架进行设计;
2当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的10%但不大于50%时，按框架-剪力墙结构的规定进行设计;
3当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时，按框架-剪力墙结构设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用;
4当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时，按框架-剪力墙结构设计，但其最大适用高度宜按框架结构采用，框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用，
浅谈剪力墙结构设计 篇5
摘要：剪力墙结构设计包括墙肢、连梁布置、截面计算及配筋构造等。本文着重论述剪力墙设计中重注意的问题。
关键词：剪力墙短肢剪力墙加强部位有限元
1 剪力墙布置
1.1 双向布置剪力墙及抗侧刚度 在高层建筑结构设计中，良好的空间工作性能是一个关键点。要求双向布设剪力墙结构来构造空间结构。为了保证结构有良好的抗震性能，切忌单向布设剪力墙，两个方向抗侧刚度（即两个方向的自振周期）一定要接近。另外，剪力墙结构的承载力较好，且抗侧刚度符合建筑要求。为了使这两个优势得以充分发挥，减轻结构自重，进一步拓展剪力墙结构的空间结构，宜控制墙体结构的密度，最好能够保证结构的侧向刚度达标。
1.2 竖向刚度均匀 剪力墙结构在一定程度上决定了其抗侧刚度。如果剪力墙沿高度不连续，就会导致结构顺沿高度刚度发生突变。鉴于此，必须按照从上到下的顺序连续布设墙结构。布置时，可根据标高调节剪力墙墙体厚度及混凝土等级，甚至部分墙肢可以去掉，以确保抗侧刚度随着高度的增加逐渐减小。
1.3 墙肢高宽比 针对又高又细的剪力墙，设计时为了规避脆性的剪切破坏，极易将其设计成受弯曲破坏的延性剪力墙。另外，剪力墙的延性必须满足其抗震性能的相关要求，墙结构的高宽比最小为2。对于较长的墙结构，为达到高宽比的基本要求，可在适当的位置设计洞口来分割长墙，以平衡墙结构的高宽比，每一墙段都可作为整体墙，也可成为联肢墙。
1.4 剪力墙洞口的布置 ①科学开洞。按照成列成排的顺序布设洞口，以形成墙肢及连梁，应力分布用当和当前普遍应用程序的计算简图一致，有规律可循，且设计结果客观、科学。另外，洞口设计时墙肢刚度要基本一致。②错洞剪力墙和叠合错洞墙。这两种墙结构系不规则开洞、构造复杂、应力分布复杂的剪力墙。这两种墙极易出现薄弱部位。墙的实际内力无法按常规方法进行计算。墙结构主要是洞口叠合或错开距离达不到设计值，墙肢不规则，洞口之间极易成为薄弱部位。相较于错洞口墙结果来说，叠合错洞墙更为不利。若必须布置成叠合错洞口墙，首先要结合有限元法进行分析计算，采取有效措施对洞口四周进行加强，也可以用轻质材料填充使叠合洞口规则化，以确保剪力墙的结构和性能达到设计要求。③严格按有限元法计算不规则洞口剪力墙的内力及位移量。采用简化处理洞口的有限元模型来计算整体结构，除此之外，还可采用杆系、薄壁杆系模型进行结构计算。综合分析不规则开洞墙的计算数据，发现有不合理之处可进行补充或校核。
1.5 剪力墙和加强部位 ①抗震设计中有塑性铰的部位须采取措施适当加强。但不宜对楼电梯间墙或剪力墙顶层进行加强，以便进一步明确塑性铰部位的加强措施，使之区别于温度、收缩等加强措施。②出现塑性铰后，剪力墙的延性被提到一个关键的节点。剪力墙底部塑性铰出现的范围应有规律可循。只要是出现塑性铰的部位都应该采取措施进行加强，以免墙体结构遭受剪力破坏。③出于安全因素的考量，加强的范围可适当扩大。在结构的抗震性能要求上，应该按照墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值来设计剪力墙结构底部加强部位的高度。若为高度大于150米的剪力墙，可按照墙肢总高度的1/10来设计底部加强部位的高度，以免加强区过高。
2 短肢剪力墙设计要求
短肢剪力墙结构因其稍逊的抗震性能极少用于地震区的建筑设计中。高层住宅建筑剪力墙结构不宜过少，墙肢要长短适中，以确保建筑安全使用。在建筑设计上，应该合理限制短肢剪力墙的应用范围，必要时采取措施进行加强。
2.1 应用范围 高层住宅剪力墙不宜全部为短肢剪力墙结构。如果短肢剪力墙过多，须配设与短肢剪力墙共同抵抗水平力的筒体结构。具有较短肢剪力墙的墙结构，其最大适用高度宜低于额定值，7、8度的抗震设计必须小于100m和60m。如果高层住宅的高度为B级，或者高度为A级、抗震设计为9度的高层住宅，即便增设筒体，也需要合理控制短肢剪力墙的数量和规模。仅有个别小墙肢的剪力墙可按常规办法处理。
2.2 加强措施 ①在抗震设计环节，须按照结构总底部地震倾覆力矩的50%的标准来设计筒体与一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩，一般情况下要超过这一标准。在重力荷载的作用下，短肢剪力墙所产生的轴力设计值的轴压比，其抗震等级必须高于规定的抗震等级。②针对短肢剪力墙的剪力设计，应该对底部加强部位以及其他各层进行适当调整。一、二级抗震等级分别与增大系数1.4、1.2相乘，以防短肢剪力墙过早剪坏。③短肢剪力墙截面纵向钢筋配筋率，一般的部位要达到1.0%，底部加强部位至少要达到1.2%。④按照常规设计，短肢剪力墙截面最小厚度为200mm。若为非抗震设计剪力墙结构，应该适当调低建筑最大适用高度，同时适当限制墙肢厚度，以免墙肢过小。
总而言之，设计剪力墙结构时洞口应该上下对齐，以确保均衡受力，以防错洞或叠合错洞。另外，短肢剪力墙的肢长、加强部位是墙体设计的关键点，在墙体布置中应该多加注意。
参考文献：
[1]辛海虹.结构设计优化技术与其在房屋结构设计中的应用[J].价值工程，2010(27).
[2]吕瑞孝，姜剑虹.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].科技信息，2011(19).
剪力墙结构设计研究 篇6
1 框架—剪力墙结构的受力特性
框架结构的变形特性具有剪切型的特点, 位移越往上增大越慢, 呈内收形开口曲线, 其变形曲线为剪切型 (见图1) , 在纯框架结构中, 所有框架的变形曲线都是类似的, 所以, 水平力按各框架的抗推刚度D比例分配。剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特征, 位移越往上增大越快, 呈外弯形开口曲线 (见图2) 。在平面内有很大的抗弯曲刚度, 在一般剪力墙结构中, 所有抗侧力构件剪力墙的侧移曲线都是类似的, 水平力在各片剪力墙之间按其等效刚度EI比例分配。
而在框架—剪力墙结构中, 框架和剪力墙之间通过平面内刚度无限大的楼盖连接在一起共同抵抗水平力, 以至于它们不能单独按各自的弯曲变形或剪切变形而自由变形, 它们在同一楼层的位移必须相等 (在不考虑扭转的情况下) 。因此, 框—剪结构水平位
移特征处于框架和剪力墙之间, 为反S形曲线, 是弯剪型 (见图3) 。
因此, 在框—剪结构中, 剪力墙在下部楼层变形小, 承担了近80%以上的水平剪力, 而在上部楼层, 框架变形小, 可以协助剪力墙工作, 抵挡剪力墙的外拉变形, 从而承受很大的水平剪力。所以, 框—剪结构是框架和剪力墙两种结构水平变形的有机协调, 从而达到减少结构变形, 增强结构侧向刚度, 提高结构抗震能力的目的, 在结构设计中具有很强的适用性。
框—剪结构中框架、剪力墙的受力特性可以用结构刚度特性值λ, 即框架刚度与剪力墙刚度的比值来表达。若忽略连梁约束和轴向变形的影响, 有:
其中, H为建筑总高度;Cf为框架平均总刚度;EIw为剪力墙折算总抗侧刚度。
工程实践表明:1) λ过小, 即框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值很小, 结构变形曲线呈弯剪型, 也就是说剪力墙用量过多, 此时, 结构刚度增大, 自振周期缩短, 地震力相应增加, 结构延性降低, 尤其对框架顶部几层极为不利。一般来说, 剪力墙数量增多对抗震有利, 但超过必要限度也是不合理和不经济的, 为了使框架充分发挥作用, 剪力墙刚度不宜过大, 应使λ≥1.15。2) λ过大, 即框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值很大, 结构变形曲线呈剪弯型, 也就是说剪力墙用量过少, 结构刚度较差, 常不满足变形要求, 同时, 框架受力过大, 梁柱截面尺寸加大, 导致不经济, 因此, 剪力墙刚度不能过小, 应使λ≤2.4。
2 影响剪力墙数量的因素
1) 剪力墙的用量与框—剪结构的平面布置有关。剪力墙是框—剪结构中主要抗侧力构件, 一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置。
2) 剪力墙的用量与结构自振周期密切相关, 结构自振周期随剪力墙刚度增大而变短, 对于比较正常的框—剪结构, 结构自振周期大致为:
T1= (0.08～0.12) n (2)
T2= (1/3～1/5) T1 (3)
T3= (1/5～1/7) T1 (4)
其中, T1, T2, T3分别为结构第1, 2, 3自振周期;n为建筑物总层数。
3) 剪力墙用量与结构地震力大小直接相关。结构总水平地震作用随剪力墙刚度的增大而加大, 对于截面尺寸、结构布置都比较正常的结构, 其底部剪力大约在下述范围内:
7度Ⅱ类场地土:Fek≈ (0.015-0.03) G (5)
8度Ⅱ类场地土:Fek≈ (0.03-0.06) G (6)
其中, Fek为结构底部地震剪力标准值;G为结构总重量。
当结构底部剪力小于上述数值时, 宜适当增加剪力墙用量, 提高结构刚度, 适当增大地震力以保证安全;反之, 地震力过大, 宜适当减少剪力墙用量, 以求得合适的经济技术指标。
4) 在确定剪力墙用量时, 必须考虑框架刚度。 框—剪结构中, 框架和剪力墙是通过平面内刚度无限大的楼盖来共同作用的, 由于楼盖在水平力作用下会有一定的变形, 使刚度较小的框架承受的实际水平力较计算值大。此外, 框架是框—剪结构抵抗地震力的第二道防线, 有必要提高其设计地震力, 结构设计时, 应有必要的强度储备。因此, 在地震力作用下, 要求框架剪力:
Vf ≥0.2V0 (7)
Vf ≥1.5Vfmax (8)
其中, Vf 为全部框架柱的总剪力;V0为结构的底部剪力;Vfmax 为框架柱的最大楼层剪力。
当Vf <0.2V0 时, 说明框架抗剪刚度不足, 应加大框架梁柱截面。当Vf>0.4V0时, 说明框架抗剪刚度过大, 宜减少框架梁柱截面。
3 剪力墙合理数量的确定
根据框—剪结构刚度特征值有:
所以:
其中, EIw为剪力墙总刚度;EcIc为框架柱总刚度;n为建筑物总层数;h为建筑物层高;α为框架节点转动系数, 底层柱α= (0. 5 + i) / (2 + i) , i为框架节点梁柱线刚度比。
建筑平面确定后, 根据构件刚度、强度和柱最大轴压比限值要求, 通过预估楼面荷载从而确定梁柱截面尺寸。因此, 框架柱总刚度EcIc、框架节点转动系数α便可算得。根据框—剪结构的受力特性, 要求1.15≤λ≤2.4。这样, 把上述数据代入公式, 便可求得所需剪力墙的总刚度EIw , 从而求得剪力墙的合理用量。
4 框架—剪力墙结构的水平作用效应问题
在高层建筑结构设计中, 随着建筑物高度的增加, 竖向荷载的作用逐渐退居次要地位, 而水平荷载作用则上升为主要的控制地位。工程实践发现, 框架在竖向荷载作用下产生的最大层剪力数值较大, 水平位移值也较大。因此, 在框—剪结构设计中, 竖向荷载作用下的水平作用效应也应予综合考虑。1) 应尽量减少竖向荷载的偏心作用对结构产生的不利影响。由于框架的轴向变形引起的水平位移与剪力墙弯曲变形引起的水平位移不一致, 使框架和剪力墙之间存在着相互作用的水平力, 从受力的角度分析, 若忽略了竖向荷载所引起的框架与剪力墙间的水平力变化, 对剪力墙来说是偏于安全的, 而对于框架来说是偏于不安全的。2) 结构计算时, 不同的加载模式对结构内力有一定的影响。因此, 设计时应根据加载情况对构件截面及内力予以调整。
5 结语
1) 在框架—剪力墙结构设计中, 剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件外, 还必须使结构具有一定的侧向刚度。因此, 剪力墙刚度的大小将直接影响到结构的安全性及工程造价。在框—剪结构初步设计阶段, 简捷、正确地确定框剪结构中剪力墙最优数量, 不但可避免重复、繁琐的结构刚度调整计算, 还可以达到经济的目标。2) 工程实践发现, 框架在竖向荷载作用下产生的最大层剪力数值较大, 水平位移值也较大。因此, 在框架—剪力墙结构设计中, 竖向荷载作用下的水平作用效应也应予综合考虑。
摘要：根据框架—剪力墙结构的受力特性, 着重探讨了影响剪力墙用量的因素, 提出了如何确定剪力墙合理用量的建议, 同时, 讨论了框架—剪力墙结构的水平作用效应问题, 从而完善框架—剪力墙结构设计。
关键词：高层建筑,框架—剪力墙,剪力墙数量,结构设计
参考文献
[1]赵西安.钢筋混凝土高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 1992.
[2]JGJ 3-91, 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规范[S].
[3]王治平.钢筋混凝土框架—剪力墙抗震性能研究[J].西安冶金建筑学院学报, 1992 (3) :55-58.
异形柱与短肢剪力墙结构设计研究 篇7
在现代建筑结构的设计中, 因为人们对建筑室内的要求不断提高, 这就使得过去普通剪力墙结构和框架结构在应用时存在着质量隐患以及缺陷问题, 这为室内空间系统全面的布置的进一步发展提供了重要的依据与动力。
1.1 异形柱
随着经济社会的发展, 人们生活水平的提高, 人们对建筑产品的要求的也不断提高, 其已经不再单单局限在满足生存方面的需求, 而且对住宅空间与平面功能的要求也不断提高。所谓的异形柱指的是截面形状是十字型、Z型、T型、L型以及工字型的混凝土柱。在现代建筑工程施工中, 异形柱的应用较为普遍, 同时也是人们在施工过程中比较常见的一种建筑结构形式, 其又可以称之为异型截面柱。在现代建筑工程之中, 应用异形柱是在使得结构刚度与承载力基础得以满足的条件下, 依照建筑结构的应用功能来开展系统布置的一种系统性结构系统。
1.2 短肢剪力墙
随着经济社会的发展, 人们生活水平的提高, 人们对生活质量的要求也不断提高, 因此住宅质量也应该不断的提高, 这使得异形柱结构发生了一定的变化, 因为异形柱结构普遍具有露梁、露柱的问题, 因此引起了人们的重视。在当前建筑项目之中, 一般剪力墙结构受到了人们的研究与重视, 逐渐发展成了短肢剪力墙类型的新型结构方式与施工模式。短肢剪力墙结构在建筑设计工作者的不断改进与优化条件下, 不断形成了一种以短肢剪力墙为代表的综合性工作模式。在短肢剪力墙操作之中, 怎样应用有效的方法去确保结构的安全性是非常重要的, 其也是当前建筑工程施工的关键环节。
2 异形柱与短肢剪力墙结构设计的相关内容
异形柱与短肢剪力墙结构设计的内容主要包括以下四个方面:
2.1 异形柱结构设计及其计算
(1) 异形柱的结构形式。据相关调查研究发现, 建筑工程之中的异形柱结构形式主要包括三种, 分别是:异形柱框架核心结构、异形柱框架剪力墙结构以及异形柱框架结构, 而且不同结构形式其所对应的施工与设计要求也是有所区别的, 彼此间性能上也具有较大的区别, 所以在实际工程应用过程之中, 为了使得异形柱结构施工效率与质量不断提高, 还应该与工程实际相结合, 科学合理的分析异形柱结构, 并且予以精密的计算, 从而筛选出适当的异形柱结构形式。
(2) 异形柱的力学特性。因为异形柱结构具有一定的特性, 这就决定了其和矩形柱结构具有不同的抗震性能以及受力性能。比如说:截面类型不同的异形柱相应的形心位置也有所不同, 一般而言, L型界面的形心位置位于截面外, T型截面形心位置位于对称轴之上, 而十字型界面形心位置位于对称轴交点之上。
(3) 异形柱有关计算。在相同刚度的条件之下, 较之于异形柱横截面面积, 传统矩形柱的截面面积要大, 所以在实际应用时不可以直接把矩形柱计算的结果在异形柱中进行套用, 为了使得异形柱施工质量与设计需求相符, 一定要适当的放大所计算的数值之后才可以应用。异形柱的位移与内力计算法应该尽可能反应出结构构件的实际受力状况, 在进行实际计算的时候应该应用弹性的方法。开展结构设计的时候应该优先应用在空间工作基础上的三维结构计算法, 与此同时可以直接的应用这种方法将梁柱的内力给计算出来。除此之外, 在部分建筑工程之中, 异形柱结构体系所需承担的剪力较小, 在一切情况下为了简化计算往往直接把异形柱结构所产生的应力给忽略掉。
2.2 短肢剪力墙结构及其计算
所谓的短肢剪力墙结构就是指为了和现代建筑要求相适应而形成的一种独特的剪力墙结构。短肢剪力墙结构的构造要求、配筋方式以及计算模型和普通的剪力墙结构相同。在TBSA以及TAT之中, 仅仅需要根据剪力墙进行输入变形, 并且TBSA与TAT更加适宜用于短肢剪力墙结构的计算之中。TBSA与TAT所应用的计算模型都为薄壁杆件以及杆件模型, 其柱与梁都是普通空间杆件, 而且每一个端部都具有6个自由度, 而且墙通常被看作薄壁杆件, 每一端部都有7个自由度, 因为墙单元非平面变形, 根据矩阵位移的方法由单元刚度矩阵来构件总刚度矩阵, 将在楼板平面之中对所引入的刚度进行假定, 从而减少部分的未知量, 为之后求解提供便利, 其与各平面的布置更加使用, 不但所设的未知量较少, 而且具有较高的精度。但薄壁杆件模型于剪力墙的结构布置较为复杂、抵宽的时候, 也具有一定的不足, 这主要是因为薄壁杆件这一理论并没有对剪切变形影响予以考虑, 在结构布置较为复杂的时候变形不够协调。但是短肢剪力墙因为肢短而自身较为细高, 这就使得其和杆件性能更加接近, 因此, 应用TBSA与TAT来对短肢剪力墙进行计算可以较好的对结构的受力情况进行反应, 而且具有较高的精度。
对于具备转换层的短肢剪力墙结构而言, 通常仅仅是把部分剪力墙、核心筒、楼梯间以及电梯间落地。框支剪力墙的受力面通常是朝着受力点进行过渡的, 因为薄壁杆件是点连接的, 因此应用薄壁杆件模型无法对力的正确传递以及位移的连续进行较好的处理。所以, 具备转换层的短肢剪力墙结构应该优先应用墙元模型软件开展计算。除此之外, 就整体内力分布状况而言, 若对剪力墙予以适当的处理, 也能够用TBSA以及TAT对结构开展整体计算。
2.3 异形柱的受力性能及其轴压比控制
(1) 异形柱的受力性能: (1) 通常而言, 异形柱没有对称轴或者是具有一根到两根对称轴; (2) 异形柱的侧向力通常是根据刚度进行分配的, L型柱与T型柱在不同方向所分布刚度是有所区别的, 这就致使了不同方向之上的柱所分得的地震作用也是有所区别的; (3) 异形柱破坏形态通常有三种:剪压破坏、小偏心破坏以及弯曲破坏等; (4) 因为存在多肢的情况, 异形柱的剪切中心与形心通常是不重合的, 这就致使受力的时候在柱肢之中形成了剪应力与翘曲应力, 并且出现了腹剪裂缝, 致使异形柱具有明显的脆性, 较之于矩形柱延性较差, 使得异形柱较之于一般矩形柱其变形能力下降; (5) 在同样条件之下界面类型不同的异形柱也具有不同的性能, 比如说:在材料强度、配筋率以及截面面积一样的条件之下, T型界面双向压弯构件正截面承载力要超过矩形的与L形的正截面承载力; (6) 在压力的作用之下短柱通常会产生脆性的剪切破坏情况, 因此在设计的过程之中应该尽可能避免短柱情况的出现。
(2) 异形柱的最大轴压比限制。对于异形柱结构的延性而言, 轴压比具有非常重要的作用, 异形柱的轴压比限值和纵筋直径、箍筋兼具以及抗震等级相关, 较之于矩形柱, 异形柱的延性较弱, 但是其轴压比限制较之于矩形柱要更为严格。
2.4 短肢剪力墙结构中转换层的设置高度与框支柱
随着城市化进程的加快, 建筑行业也取得了较快的发展, 为了使得城市空间得以更好、更充分的利用, 使得城市的空间压力得以有效缓解, 在现代高层建筑之中往往会修建一些地下室来当做商业用房或地下停车场。但是一般来说商业用房与地下停车场都需要较大的空间, 因此就需要用到转换层, 来使得商业用房与停车场对空间的要求得以满足。在现代高层建筑之中用短肢剪力墙结构设计, 往往仅仅把部分剪力墙落地, 而将别的剪力墙进行框支处理。有关调查资料表明, 对转换层下部的框支进行科学有效的控制, 可以使得转换层附近内力突变与层间位移角得以有效的减少。
3 结束语
在现代建筑中异形柱和短肢剪力墙结构设计的应用, 不但能够使得建筑工程的性能与质量得以显著的提高, 而且可以使得人们对建筑空间与平面的要求得以有效满足, 从而有效推动建筑业的进一步发展。在建筑工程实际施工中, 设计工作者一定更要严格根据相关要求并根据建筑实际开展科学设计, 切实保证异形柱和短肢剪力墙的性能与质量, 从而使得建筑工程能够满足人们应用的需求。
参考文献
[1]陈勇先.异形柱与短肢剪力墙结构设计分析[J].建材发展导向 (上) , 2015 (3) :129-130.
[2]张延辉.短肢剪力墙与异形柱结构设计研究[J].科技创新导报, 2010 (26) :127-128.
剪力墙结构设计研究 篇8
随着经济的高速发展以及房地产重心的偏移, 我国二、三线城市大量涌现了10~18层的带地下车库及二层公建的小高层建筑。对于这类建筑, 在方案介绍, 是采用剪力墙结构 (含少量短肢墙) 、短肢剪力墙结构还是框架-剪力墙结构, 设计人员需要对结构体系进行选择。既要寻求一种能够满足建筑的使用功能, 同时满足结构体系的计算要求, 并有良好的安全可靠度和经济性的结构体系。在2010年版的《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中, 首次正式在规范中提出了“含少量短肢墙”的一般剪力墙结构这一形式。少量短肢墙既有剪力墙结构的抗震优点, 又继承了短肢剪力墙的灵活性, 可以更好的满足建筑使用功能。
1 剪力墙结构 (含少量短肢墙) 、短肢剪力墙结构、框架-剪力墙结构优缺点对比
1.1 在建筑功能上对此
1.1.1 一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构
当布置成一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构时, 在地下车库和公建部分局部采用短肢剪力墙, 尤其在车库进入单体内处及公建的大面积分割时, 能够形成大空间;对于上部住宅部分, 剪力墙的布置可以与建筑门窗洞口等相对应。总体来说, 一般剪力墙 (形成大空间) 结构可以很好的满足建筑的使用功能要求。
1.1.2 短肢剪力墙结构
当布置成短肢剪力墙结构时, 将短肢墙合理的布置在需要大空间要求的位置, 但会出现小墙垛, 对建筑的使用功能影响不是很大;对于上部住宅部分, 也会出现小墙垛。总的来说, 短肢剪力墙结构体系也可以满足建筑的使用功能要求。
1.1.3 框架-剪力墙结构
当布置成框架-剪力墙结构时, 将剪力墙布置在周边或分户墙的位置, 对建筑的使用功能影响不大。在地下车库和公建部分, 框架结构可以使开间变大、更灵活, 虽然框架柱截面较大, 也不会太影响底部大空间的使用要求;而在上部住宅部分, 框架部分的弊端就出现了, 现行规范要求柱子截面是不宜小于400mm, 那么房间露柱子现象由为突出, 影响上部住宅的使用。总的来说, 框架-剪力墙结构对底部大开间使用有利, 但是对上部住宅部分影响较大。
1.2 规范对结构计算参数规定的对比
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010表6.1.2中, 以7度区为例, 会发现在高度在25~60米的建筑框架-剪力墙的剪力墙抗震等级是2级, 框架为3级, 而一般剪力墙结构是25~80米剪力墙抗震等级是3级。抗震等级框架-剪力墙比一般剪力墙结构的剪力墙高了一级。
对于短肢剪力墙结构《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第7.2.2条抗震设计时, 短肢剪力墙的设计应符合下列规定:第2小条:一、二、三级短肢剪力墙的轴压比, 分别不宜大于0.45、0.50、0.55, 一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值应相应减少0.1;第3小条:其他各层一、二、三级时剪力设计值应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1;第5小条: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%, 三、四级不宜小于1.0%;其他部位一、二级不宜小于1.0%, 三、四级不宜小于0.8%。以上各条显示采用短肢剪力墙结构, 控制的指标比一般剪力墙结构更严格, 调整系数更大, 会使含钢量上升。
1.3 经济指标对比
为了更直接的说明情况, 将取某一工程实例。工程实例选自某地抗震设防烈度为8度, Ⅱ类场地类型。地下一层为车库, 层高为4600mm;地上两层裙房为商场, 层高均为4800mm;三到十八层为住宅, 层高为3000mm。分别按照一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构、框架-剪力墙结构和短肢剪力墙结构布置。计算模型及工程量预算采用由中国建筑科学研院建筑工程软件研究所研发PKPM单机版 (2012.06) 获得。模型下图:
利用pkpm直接生产的施工图, STAT-S模块的工程量统计, 估算墙体的工程量, 计算结果详见下表。
由上表可以看出, 一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构与框架-剪力墙结构的混凝土用量相当, 但结构的含钢量:框架-剪力墙结构为29.834kg/m2, 一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构为26.966kg/m2, 一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构有着更好的经济性;一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构与短肢剪力墙结构的混凝土总用量少19m3, 而钢筋总用量少5t, 混凝土每立方米按350元计算, 钢筋按每吨5500元计算, 在总造价上, 一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构比短肢剪力墙较多结构减少34150元。短肢剪力墙结构相对一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构来说, 它的填充墙也较多, 增加了人工费、砌块、砂浆等其他费用。综上所述, 一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构有着更好的经济性。
2.4 安全可靠性
这三种结构都是规范允许的结构, 所以在规范规定范围内计算, 都是安全可靠的, 但短肢墙结构比较薄弱。
3 结论
一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构和短肢剪力墙结构都可以较好的满足建筑的使用功能;但一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构有着更好的经济性;在安全可靠性方面, 短肢墙结构需要一定的加强措施。所以在方案阶段, 在不影响地下车库和公建使用的前提下, 尽量采用一般剪力墙 (含少量短肢墙) 结构。
参考文献
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.
空心剪力墙结构的构造措施研究 篇9
关键词：剪力墙,构造措施,抗侧刚度
1 引言
现在, 国外的很多区域都已经不用粘土砖了, 他们使用全新的物质。针对那些承重墙来讲, 可以使用的材料非常多, 比如改良砖、砌块、墙板、复合墙体等四类。针对那些受力的墙体来讲, 一般是将混凝土和保温的物质放到一起。较成熟的承重墙板有泡沫塑料与混凝土的复合板、陶粒混凝土复合外墙板等。最近时间中, 非常受欢迎的是工厂浇筑复合墙。这种做法起源于澳大利亚、台湾, 其有着非常高的强度特征, 其总体的功效很好, 而且便于装饰, 在很多项目中都获取了优秀的成就。
2 我国的住宅构造系统
2.1 全现浇钢筋混凝土结构体系
全部的剪力墙都使用了大模板的形式, 使用的混凝土是清水模式的, 这样的话当拆模之后就不用再对其进行抹灰处理了。然而在过去的时候, 不仅要砌筑, 而且要对其抹灰之类的非常繁琐, 而且劳动量很大, 使用这种措施之后, 很显著地提升了建设的速率。其外墙使用保温工艺, 比内在的要好很多, 同时还能够显著地扩张建筑的规模。能够设计成非常宽的开间的体系, 对于应对地震来讲, 其益处非常多。
2.2“外砌内浇”剪力墙结构体系
对于外墙使用的是砌体的模式, 而对于内在的使用的是混凝土, 它的成本不是很高。外墙可用加气块、混凝上空心小型砌块或粘土多孔砖和其他土砖。不过其两侧都应该认真地抹灰处理, 还是无法彻底的和过去的那种不是很先进的工艺相分离, 非常的繁琐, 而且耗费体力。
2.3“外挂内浇”剪力墙结构体系
内墙均采用钢筋混凝土剪力墙大模板施工工艺, 外墙采用预制夹芯保温板, 其规定两方都应该是光面的形式, 无需抹灰处理。它的优势是不需要像是过去的那种方式一样进行繁琐的劳动, 此时非常的精简合理。不过其关注的是外墙和构造之间的连接技术, 此时就导致其发展扩大面对很多的不利现象。
2.4 钢筋混凝土框架结构
“框架轻板”是多层住宅的一种体系, 其外墙及内隔墙均采用预制轻型墙板。它的优势特征是它的隔断等的设计非常的灵巧, 不需要像是过去一样进行繁琐的劳动, 而且其工艺也很先进。不过由于各个区域的经济情况等并不是完全相同的, 所以在使用的时候, 应该认真地分析所在区域的具体状态。
2.5 钢结构体系
其在最近的几年中开始兴起, 它的需钢量并不是非常多, 而且布局合理, 能够有效地应对地震。不过它的成本非常高, 而且工艺也很繁琐, 估计在几年之中不会获取显著地成就。
3 关于空心剪力墙的结构方法
3.1 材料
为了保证结构在受到地震力的干扰的时候, 能够具有优秀的受力性特征, 最好不要将其设置的太矮了、剪力墙的混凝土强度等级不低于C25。
3.2 关于其尺寸
它的尺寸关键是靠着它的稳定性以及受力性和建设特征等来明确的。假如它的厚度非常小的话, 对于稳定性来讲非常不利, 同时也会阻碍到建设活动的开展。所以, 它的尺寸要认真的分析。如果尺寸是一样的话, 空心剪力墙的强度甚至超过实心剪力墙, 不过它的稳定性相对的要高一些。
3.3 关于门窗洞口的设置
通过分析我们发现, 如果门窗洞口设置的不合理的话, 就必然会导致应力聚集问题, 导致墙体受到干扰。假如其布局的合理, 层次规章, 可以获取非常好的墙肢等, 应力就会非常的合理。除此之外, 因为连梁的高程会对其带来一定的破坏力, 所以将其高度降低, 最好是使用低窗的形式, 当主体开展好之后, 再用物砌至建筑标高。
3.4 竖向孔洞
竖向孔洞对截面有削弱作用, 固孔洞率不能过高, 不宜超过30%。竖向孔洞的直径应不大于墙厚的一半, 其间距不宜小于150mm, 空心剪力墙中的竖向采用具有一定刚度的一次脱模形成为使钢筋混凝土空心剪力墙的截面尺寸变化不致过快, 应将相邻内模高低交错布置, 低于相邻内模150mm。
3.5 圈梁
它的存在能偶避免缝隙现象。它和暗柱联系到一起, 提升了它的整体特征, 能够增加它的抗震特点。除此之外, 因为有圈梁, 提升了强度稳定性。
3.6 连梁
连梁是对剪力墙结构抗震性能影响较大的构件, 为了使帮助支剪力墙形成强墙弱梁的效果, 以提高延性, 应使连梁早于空心剪力墙屈服。
3.7 保护层
混凝土保护层最小厚度的取值, 主要是按照耐久性和粘结锚固性能的要求而确定的。对于梁、板柱中受力主筋的保护层厚度, 在一些国家的规范中均有按粘结锚固要求而使保护层厚度不小于钢筋直径的规定。因此, 为保证钢筋与混凝土共同工作, 在原则上也要求混凝土保护层厚度不小于受力钢筋直径。
3.8 锚固长度
在混凝土结构构件中, 钢筋和混凝土两种材料能共同工作的基本前提是, 这两种材料之间能可靠的锚固。试验研究表明, 钢筋与混凝土中的粘结锚固作用有四个来源: (l) 钢筋与混凝土接触面上的胶结力; (2) 在已发生相对滑移区域仁的摩阻力。
4 关于其横向和竖向的钢筋设置
它的横向和竖向的钢筋设置有着以下的一些特征。第一, 确保墙具有优秀的延性特点, 在破坏之前的时候, 有着非常显著的位置的移动和一些前提性的反映, 避免了不利现象的发生。第二, 如果材料受到剪力而被影响的话, 其还是有优秀的抗剪特征, 墙体不会要塌陷。第三, 降低温度缝隙的出现几率。第四, 如果由于建设拆模或者是别的一些要素导致墙出现缝隙的话, 可以防止其扩张。
4.1 关于钢筋的设置规定
空心剪力墙中间有竖向孔洞, 为了加强剪力墙出平面的侧向受弯承载力及固定钢筋和孔洞的位置, 竖向和水平分布钢筋至少应双排布置。分布钢筋之间的拉接钢筋, 必须设置在孔洞之间, 间距不应大于500mm, 直径不应小于6mm, 拉筋与外皮水平钢筋钩牢。
4.2 分布钢筋的配置
剪力墙分布钢筋的作用是多方面的:抗剪、抗弯、减少收缩裂缝等。相关资料显示, 如果布局的钢筋太少的话, 墙会因为竖向的钢筋断裂而受到影响, 需要给出剪力墙分布钢筋最小配筋率。
5 结束语
诸多研究表明, 剪力墙的周期反复荷载作用下的塑性变形能力, 与截面纵向钢筋的配筋、端部边缘构件的范围、端部边缘构件内纵向钢筋及箍筋的配置, 以及截面形状、截面轴压比大小等因素有关, 而墙肢的轴压比则是更重要的影响因素。
参考文献
[1]王社良, 曹照平.双肢剪力墙结构弹塑性性能试验研究[J].工程力学, 1998 (2) .[1]王社良, 曹照平.双肢剪力墙结构弹塑性性能试验研究[J].工程力学, 1998 (2) .
短肢剪力墙结构设计要点分析 篇10
【摘 要】笔者基于工程实践，分析了短肢剪力墙的布置与设计，并结合工程实例，分析了具体的设计要点。
【关键词】建筑；短肢剪力墙；设计
随着生活水平的提高，人们越来越重视住宅空间的布局。尤其是对小高层、多层住宅的适住性，已不局限于普通框架结构，经过不断的试验改进，人们把普通剪力墙和框架相结合，形成了以短肢剪力墙为主要结构的体系。由于该体系既保留了异形柱不凸出墙面的优势，又在应用的过程中克服了异形柱框架抗震性能不佳的缺陷，因此其在目前的小高层住宅建筑工程中得到了广泛的应用。
1.短肢剪力墙的布置
（1）短肢剪力墙应均匀布置，使墙的轴向应力差别不宜过大竖向布置短肢剪力墙，尽可能做到墙肢上、下对齐、连续，尽量避免洞口错位，与连梁一起构成连续跨数较多的抗侧力体系。
（2）每道短肢剪力墙宜有两个方向的梁与之相连接，连粱尽可能布置在墙肢的竖向平面内短肢剪力墙应该尽量在另一方向上设置翼缘，尽可能避免有一字形短肢剪力墙出现，结构布置上考虑纵横墙的共同作用。
（3）短肢剪力墙应设计成强墙柱、弱连梁的体系。所谓墙柱，指的是指墙柱可采用强度等级高的混凝土，加强墙柱配筋。尽可能减少连梁高度，使分配的地震力不至于太大，也使短肢剪力墙体系计算更合理。
2.短肢剪力墙的设计
（1）严格控制短肢墙的轴压比，尤其是无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙。实践证明，在承受压弯作用的剪力墙中，当处于小偏压状态时，墙的延性较差。不仅如此，即使在大偏压状态下，若轴压比较大，混凝土受压区的边缘应力很高，如果混凝土没有约束或约束不够，可能混凝土先达到极限压应变，出现竖向裂缝，甚至压碎，使构件丧失变形能力和承载能力。因此，在设计时，应严格控制短肢墙的轴压比，以保证短肢墙的延性。
（2）由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以防止设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防。
（3）各墙肢分布要尽量均匀，使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近；抗震设计中，简体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构底部地震倾覆力矩的50%，必要时也可以通过增加长肢墙的方法调整刚度中心位置。
（4）短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢，特别是“一字形”短肢剪力墙，可出现先于与其相连的梁破坏的情况。如当高层短肢剪力墙结构有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂。因此，为了保证结构的安全性、实用性，设计时应采取必要的措施，如对位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙应减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率，加强小墙肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙。
（5）要正确判定短肢剪力墙结构墙肢平面内梁的属性。连梁的刚度变化，直接影响了结构的总体抗侧移刚度，合理地选择梁的截面和配筋，有利于提高结构的抗震性能。因此，小高层住宅短肢剪力墙结构在实际设计时，墙肢刚度可相对减小；连接各墙肢间的梁刚度不应折减。只有这样，才能使梁截面设计易于满足规范的要求，也是偏于安全的。
（6）小高层住宅在设计时，应满足强剪弱弯的要求，以避免连梁剪切破坏先于弯曲破坏；不宜采用窗下墙作为连梁，因为窗下墙高度很大，形成刚度很大的剪切块，不利于结构的抗震设计，所以，宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。
3.工程实例
某工程，总建筑面积为12570m，采用短肢剪力墙结构，为12层住宅楼，建筑总高43.65m（层高3m），顶层为复式住宅，屋顶为四坡屋面。
3.1短肢剪力墙结构结构设计
由于整个楼层的建筑平面较为复杂，采用在14和15轴间设置双墙防震缝，在?和?轴间设置悬挑构件抗震缝的处理方法，将平面分成相对独立的4个部分，各部分的长宽比L1/B1max=29/9.4=3.09<5，L2/B2max=117.52/17.02=1.03<5。高宽比Hl/B1=37.44/9.4=3.98<6。H2/B2=41.94/17.02=2.46<6，符合规范要求。结构层高1层～12层为3.0m，坡屋面层高0.55m～2.47m，坡度为40%。平面的南侧拐角处设有阳光房，平面突出的部分为六边形，突出长度为2.1m，L/Bmax<0.3符合规则建筑平面布置要求（结构平面图见图1所示）。
图1标准层结构平面图
3.2结构设计的主要参数
场地类型为II类建筑场地，剪力墙抗震等级为二级。水平地震作用按x、y两个方向计算。同时考虑扭转耦联，周期折减系数0.85，计算取9个振型，结构阻尼比0.05，竖向力按模拟施工加载方式计算，恒活荷载分开计算。修正后的基本风压为0.35，地面粗糙度为B类，结构体型系数为1.4。连梁刚度折减系数0.7，地震力分项系数为1.3，风荷载分项系数为1.4，恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。
本工程基础采用钢筋混凝土墙下条基（有肋梁），剪力墙厚度内外墙均为200mm，连梁截面b×h为200×370～570（mm），楼板厚度100mm～130mm，混凝土强度等级为C35、C25。地基采用天然地基，以③层粘土层做为持力层，Es=15MPa，fak=300kPa。
3.3短肢剪力墙的布置
按照抗震设计要求，结合窗间墙、楼梯间及房间四角等布置成“一”字形、“L”形、“T，形、“Z”形或“十”字形墙段，沿结构平面各主轴方向均匀、对称布置，做到刚心和质心重合，减少结构扭转。各墙肢肢长不宜相差太大，截面高厚比可以控制在5～8之间，避免出现高厚比小于3的小墙肢，使各墙肢刚度接近，保证在水平地震力作用下，各墙肢受力均匀，避免个别长墙因内力太大而出现超筋。另外在④～⑥轴，⑩一⑥轴间形成4个较为完整的弱筒，以增强整个结构的抗侧力性。在竖向，要求墙肢上下对齐、连续。在同一轴线上的各墙肢通过连系梁连接，可增加对墙肢的约束，提高结构的抗震性能。为了保证连梁具有较好的刚度和延性，取其跨高比为4≤l/h≤8较为合适。
3.4墙肢截面设计
塔楼周围及肢长/肢宽<3的小墙肢均按框架柱的抗震要求配置纵筋及箍筋，并降低轴压比提高要求。连梁高度的设计计算从剪力墙洞顶至楼板面或屋面，窗间墙和窗台以下墙体采用轻质材料砌筑。连梁正截面配筋按矩形截面构件计算，取上、下配筋两者之中的较大值，配置于梁截面上、下部位，考虑到施工因素，一般每排布置2根纵筋为宜，也可根据墙厚适当增加。按斜截面抗剪计算所得的箍筋沿梁全长加密布置，对于个别连梁由于跨高比较大，刚度大，可能出现超筋，地震作用下允许其局部出现裂缝，可将连梁刚度折减。为保证结构平面刚度，楼层最小板厚100mm，在南侧阳光房塔楼处适当增加厚度。
总之，随着设计方法的不断更新，短肢剪力墙结构体系的运用将会越来越广泛。作为设计人员应充分运用概念设计，把握结构的整体性，科学布置剪力墙，合理进行结构设计，争取做到结构设计的安全、经济、实效。 [科]
【参考文献】
[1]陈常亮.短肢剪力墙结构设计的应用优点与注意事项[J].中国房地产业：理论版，2012（3）.
框-剪结构中剪力墙的优化研究 篇11
框架-剪力墙结构中的剪力墙是抗震抗风的主要构件, 应沿各主要轴线方向布置。在矩形、L形和槽形平面中, 剪力墙沿两个正交正轴方向布置。
1. 剪力墙布置的一般原则
1) 分散, 剪力墙的布置应考虑地震力分散作用于刚度大致相等的多片剪力墙上。因为如果地震力集中作用到一两片刚度很大的剪力墙上, 会造成墙体内力很大, 截面设计困难, 且主要受力剪力墙一旦被破坏后, 其余较弱剪力墙和框架很难负担起该剪力墙传来的地震力。
2) 均匀, 同方向的各片剪力墙应比较均匀地布置在建筑平面的各个区段, 而不是集中于某一区段内, 以防止因楼盖过大的水平变形导致地震力在各幅框架间的不均匀分配。
3) 周边, 剪力墙尽可能沿结构平面的周边布置, 以获得结构抗力的最大水平力臂, 充分提高整个结构的抗扭转能力。
4) 对称, 剪力墙应尽量做到对称布置, 如果在平面上难于做到对称布置时, 可通过调整剪力墙的长度和厚度, 使结构的抗推刚度中心尽量与质量中心相接近, 缩小偏心距, 以减弱地震时结构的扭转振动。
5) 在一个独立结构单元内, 同一方向的各片剪力墙不宜是单肢墙, 应多设置一些双肢墙或多肢墙, 以避免同方向所有剪力墙同时在底部屈服而形成不稳定的侧移机构。在每一独立结构单元的纵向和横向, 均应沿两条以上且相距较远的轴线设置剪力墙, 使结构具有尽可能大的抗扭转能力。
2. 剪力墙布置的位置
l) 平面形状变化处, 即:角隅、端角、凹角。这些部位往往是应力集中处, 设置剪力墙给予加强是很有必要的。
2) 高层建筑的楼梯间、电梯间、管道井口等处的楼面开洞严重地削弱楼板刚度, 对保证框架与剪力墙协同工作极为不利。因此, 在工程设计中用剪力墙来加强这些薄弱端部, 是十分有效的。
3) 竖向荷载较大处, 一是因为剪力墙承受较大的竖向荷载, 可以避免设置截面尺寸过大的柱子, 满足建筑布置的要求;二是剪力墙为主要抗侧力结构, 承受很大的弯矩和剪力, 需要较大的竖向荷载来避免出现轴向拉力, 提高截面承载力, 也便于基础设计。
3. 剪力墙的间距
现浇钢筋混凝土楼盖以L/B=2～4为宜, 装配整体式钢筋混凝土楼盖以L/B=1～2.5为宜。原则是建筑物愈高、抗震设防烈度愈高, 间距取值愈小。一片剪力墙的长度不宜大于8m, 当超过时, 应利用洞口分割成两片墙;功能上不需要洞时, 洞口可用不同的材料或轻质材料填充。
二、地震作用与剪力墙刚度的关系
高层框-剪结构中, 剪力墙刚度往往比框架的刚度大得多, 所以在框-剪结构体系中, 剪力墙刚度的大小在很大程度上决定了整个结构的刚度。在进行结构设计时, 框-剪结构中剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件外, 还必须使结构具有一定的侧向刚度, 以免在地震作用下产生过大的变形。在初步设计阶段, 简捷、正确地确定框-剪结构中剪力墙最优数量, 可避免重复、烦琐的结构刚度调整计算。
在地震初期, 框架-剪力墙结构体系处于弹性变形阶段时, 水平地震作用是按照体系中各竖向杆件的初始弹性刚度比例分配, 因而剪力墙承受了绝大部分地震作用, 这是剪力墙在地震过程中的较大受力状态;而框架由于变形值很小, 此时尚处于低应力状态, 因而不是框架的最不利状态。在持续的地震动作用下剪力墙的变形不断加大, 超过自身的弹性极限状态后, 随着非弹性变形的逐步加大, 剪力墙的墙面开始出现裂缝, 抗侧移刚度发生退化。随着水平力的增大, 结构内部发生了内力重分布, 框架按实际刚度分配得到的水平地震作用也就大幅度增加。当结构体系的变形达到框架层间侧移角的弹性极限值 (约为θ=1/800) 时, 框架与剪力墙的相对刚度比值将达到最大值。此后, 当结构变形继续增大 (θ>l/800时) , 框架刚度的降低以及剪力墙刚度的进一步退化, 两者相对刚度的比值大致维持在上述最大值的附近。所以当整个结构体系的变形达到框架层间侧移角的弹性极限值时, 按照此时框架弹性刚度和剪力墙非弹性刚度的比值进行地震作用的分配, 框架将处于最不利受力状态。在框架-剪力墙中, 剪力墙是主要承受水平荷载的构件, 它的最大弯矩值在基底。由于剪力墙的截面深度通常是柱截面深度的几倍乃至十几倍, 因此在承受相同的底层水平位移的情况下, 剪力墙的基底将首先屈服, 形成塑性铰。对于按框架强柱弱梁要求设计的情况, 随着水平地震作用的增大, 框架将相继屈服, 梁端形成塑性铰, 框架处在悬臂状态, 在水平地震作用增加很小的情况下, 框架柱底就会产生较大的弯矩, 很快达到屈服, 结构变成几何可变体系而倒塌。
基于上述破坏形态的分析, 我们可以看出框架-剪力墙结构在非弹性变形阶段发生的内力重分布, 关系到框架以至整个结构体系的安全, 应该在抗震设计中加以考虑。在对框架-剪力墙结构进行抗震设计时, 应根据地震过程中, 结构在各个不同变形阶段剪力墙和框架的实际刚度进行结构总地震作用的计算及其在框架和剪力墙之间的分配, 以求得框架和剪力墙的最不利内力, 从而确保当剪力墙在一定强度的地震作用下遭受可允许的损坏、刚度降低或部分退出工作并吸收相当的地震能量后, 框架部分能够承担相当的抗震能力, 起到第二道防线的作用。
地震在时间、空间和强度上都还不能确切预测, 因此, 一般来说, 多设剪力墙对抗震是有利的。但是, 如果剪力墙数量超过了必要的限度, 是不经济的。剪力墙设置的太多, 虽然有较强的抗震能力。但由于刚度太大, 周期太短, 地震反应可能加大, 不仅使上部结构材料增加, 而且带来基础设计的困难。另外, 在框-剪结构体系中, 框架的设计水平剪力有最低限值, 剪力墙再增多, 框架的材料消耗也不会再减少。所以, 单从抗震的角度来说, 剪力墙数量以多为好;从经济性来说, 剪力墙则不宜过多, 因此, 有一个剪力墙的合理数量问题。
在进行框-剪结构体系的设计时, 首先是确定柱网尺寸, 接着根据竖向荷载及粗估的水平地震作用效应, 确定框架梁、柱的截面尺寸, 然后确定抗震墙的数量。剪力墙数量的多少, 关系到结构能否做到安全、经济、合理。在独立的结构单元内, 抗震墙的设置数量, 应符合下列原则和要求:
为能充分发挥框-剪体系的结构特性, 抗震墙在结构底部所承担的地震弯矩值 (可按第一振型计算) 应不少于总地震弯矩值的50%。否则, 应按框架体系对待。
沿结构单元的两个主轴方向, 按《抗震规范》地震力计算出的结构弹性阶段层间侧移角的最大值, 对于一般高楼和具有高级装修的高层公共建筑, 应分别不大于1/600和1/800, 同时还应满足《高层规程》中关于顶点侧移角限值的规定, 如下表所示:
摘要：高层建筑投资大, 建设周期长, 对其进行优化设计以期获得最优结构方案并节约投资, 一直是国内外学者、结构工程师所努力的方向。本文系对框-剪结构中剪力墙的优化问题进行的研究。
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