高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計問題研究

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1、高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計問題研究摘要：本文通過對高層建筑框架剪力墻受力特性和影響因素的分析，指出在框架剪力墻構(gòu)造設(shè)計時應(yīng)注意的事項，并對如何改善其抗震性能做了簡要闡述。關(guān)鍵詞：高層建筑；框架剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；主要事項在現(xiàn)代高層建筑中，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)因其優(yōu)良的性能得到普遍的應(yīng)用。在此結(jié)構(gòu)中，剪力墻是主要抗側(cè)力構(gòu)件，幾乎承擔(dān)了80%以上的水平地震力。因此，在設(shè)計時，框一剪結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量，除了必須滿足強度條件外，還必須使結(jié)構(gòu)具有一定的側(cè)向剛度，以免在地震作用下產(chǎn)生過大的側(cè)向變形。本文將對框架一剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及到的關(guān)鍵問題進行探討。一、受力特性分

2、析和影響因素1.1框-剪結(jié)構(gòu)體系的工程應(yīng)用表明，框-剪結(jié)構(gòu)是框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)的有機結(jié)合。剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線具有懸臂彎曲梁的特征，位移越往上增大越快,成外彎形開口曲線。而在框-剪結(jié)構(gòu)中，框架和剪力墻之間通過平面內(nèi)剛度無限大的樓蓋連接在一起共同抵抗水平力，結(jié)構(gòu)水平位移特征處于框架和剪力墻之間,為反S型曲線，是彎剪型。因此，在框剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻在下部樓層變形小，承擔(dān)了近80%以上的水平剪力，而在上部樓層，框架變形小，可以協(xié)助剪力墻工作，抵擋剪力墻的外拉變形，從而承受很大的水平剪力。所以，框剪結(jié)構(gòu)是框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)水平變形的有機協(xié)調(diào)，從而達(dá)到減

3、少結(jié)構(gòu)變形，增強結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，提高結(jié)構(gòu)抗震能力的目的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有很強的適用性?？颉黾艚Y(jié)構(gòu)中框架、剪力墻的受力特性可以用結(jié)構(gòu)剛度特性值入，即框架剛度與剪力墻剛度的比值來表達(dá)。若忽略連梁約束和軸向變形的影響,有：式中：H為建筑總高度；Cf為框架平均總剛度;Ewlw剪力墻折算總抗側(cè)剛度。1.2影響因素的探討:框■剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻的布置和用量是由框架、剪力墻的受力特性并結(jié)合建筑物的功能、布置來決定的。因此，影響剪力墻用量的因素應(yīng)主要從以下幾個方面加以考慮。（1）剪力墻的用量與框一剪結(jié)構(gòu)的平面布置有關(guān)。剪力墻是框■剪結(jié)構(gòu)中主要抗側(cè)力構(gòu)件，一般按照“均

4、勻、對稱、分散、周邊”的原則布置。（2）剪力墻的用量與結(jié)構(gòu)自振周期密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)自振周期隨剪力墻剛度增大而變短，對于比較正常的框■剪結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)自振周期大致為：Tl=(0.08?0.12)n；T2^(l/3?1/5)T1；T3~（1/5?1/7）T1式中：Tl,T2,T3分別為結(jié)構(gòu)第1、2、3自振周期；n為建筑物總層數(shù)。（3）剪力墻用量與結(jié)構(gòu)地震力大小直接相關(guān)。結(jié)構(gòu)總水平地震作用隨剪力墻剛度的增大而加大，對于截面尺寸、結(jié)構(gòu)布置都比較正常的結(jié)構(gòu)。當(dāng)結(jié)構(gòu)底部剪力小于上述數(shù)值時，宜適當(dāng)增加剪力墻用量，提高結(jié)構(gòu)剛度，適當(dāng)增大地震力以保證安全；反之，地震力過

5、大，宜適當(dāng)減少剪力墻用量，以求得合適的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。、框架剪力墻構(gòu)造的設(shè)計注意事項:2.1部分框架支的設(shè)計。對于抗震墻結(jié)構(gòu)和部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)，若內(nèi)縱墻很長，且連梁的跨高比小、剛度大，則墻的整體性好，在水平地震作用下，墻的剪切變形較大，墻肢的破壞高度可能超過底部加強部位的高度，因此將長墻分成墻段，使墻的高寬比大于2,墻段由墻肢和連梁組成。其目的是設(shè)置剛度和承載力較小的連梁（跨高比不小6的連梁），這樣防止在地震作用下，先破壞連梁，使墻段成為抗側(cè)力單元，且墻段以彎曲變形為主。2.1抗震端的設(shè)計?？拐鸲撕筒糠挚蛑Y(jié)構(gòu)的墻肢截面長度沿高度不宜有太大出入

6、和變化，一、二級抗震墻的底部加強區(qū)以及墻體洞口較大時，最好不要有錯洞布置的剪力墻。2.3框支層的設(shè)計。部分框支的抗震墻結(jié)構(gòu)在地震作用時有可能將變形集中在框支層上，這樣就應(yīng)該首先加固框支層，使其牢固。一般地規(guī)范規(guī)定是，框支層的側(cè)向剛度不應(yīng)小于上一層非框支層的側(cè)向剛度的50%o框支墻的水平地震剪力主要由落地剪力墻承擔(dān),所以要保證樓板有足夠大的平面內(nèi)剛度傳遞水平力。落地墻最大水平間距不宜大于24mo三、改善框剪結(jié)構(gòu)的抗震性能3.1設(shè)置多道防線一個抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作。在發(fā)生地震時，建筑物自

7、身內(nèi)部、外部贅余桿件吸收和消耗大量的地震能量，減輕地震災(zāi)害。對于框剪結(jié)構(gòu)是延性框架和抗震墻兩個系統(tǒng)組成，具有兩道防線，一道是墻體，一道是框架。3.2加強框架的抗震性能（1）加強框架的角柱。角柱是連接縱橫框架的樞紐，要增加框架的空間整體性，就要加強角柱的抗剪性能。(2)沿周圈框架平面按K形支撐和X形支撐布置一定數(shù)量的鋼筋混凝土抗剪墻板或配筋砌塊抗剪墻板，能有效克服框架的剪力滯后現(xiàn)象，顯著提高框架的整體性和抗側(cè)剛度，減少結(jié)構(gòu)的整體側(cè)移，特別有利于減少層間側(cè)移。但這種結(jié)構(gòu)的延性較差，因此,可以在墻板上開十字形結(jié)構(gòu)豎縫，使之出現(xiàn)薄弱部位,形成延性耗能墻板

8、。（3）設(shè)置偏交斜撐等贅余桿件，用彎曲耗能代替周邊耗能。3.3加強整體結(jié)構(gòu)的抗震性能（1）實行機構(gòu)控制，實現(xiàn)總體屈服機制。在結(jié)構(gòu)的特定位