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景森设计关于对剪力墙布置及模型调整方法的探讨

建筑专业人才网 发布时间: 2012/10/11 16:20:07 文章来源:

1、剪力墙的基本概念
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度,自身平面内具有很大的刚度和承载力,平面外刚度和承载力都相对较小,墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中,墙是一个平面构件,它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外,还承担竖向压力;在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作,其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外,还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求。

2、结构布置
应遵循均匀、分散、对称和周边的原则,剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置,在满足位移限值的情况下尽量少布墙。剪力墙应设置成“L”、“T”、“U”、“工”、“十”形,尽量不要设“一”形墙。在竖向布置上剪力墙应贯通房屋全高,使结构上下刚度连续、均匀。
2.1 结构中间部位布置剪力墙的原则
为楼面梁布置所设置的剪力墙。由于纯剪力墙结构多被运用于住宅建筑,建筑专业为满足使用功能需要而对结构梁布置有诸多限制。结构人员在拿到建筑图时应首先考虑梁布置,应避免主次梁关系过于复杂情况的出现。如果主次梁关系过于复杂,次梁级数太多,就可能出现因为一级主梁破坏而使结构相关联区域丧失使用功能,是结构设计概念所不许的,应在此原则下布置因设置楼面梁所需的剪力墙。
恒荷载较大处以及楼(电)梯处所设置的剪力墙。由于楼面开洞及楼梯构件的影响,楼(电)梯间处是结构的薄弱环节,同时楼梯间也是地震等情况下建筑物唯一的逃生通道,因此在楼(电)梯间四周能布置剪力墙的地方应全布置上剪力墙,既可以作为薄弱环节的加强,也可以形成筒体,为结构提供竖向刚度。
结构中间部位布置剪力墙时在遵循上述两原则的基础上,还应做到尽量的少布墙,这主要是对为楼面梁布置所设置的剪力墙而言,中部布置剪力墙过多,结构抗扭转刚度相对较小,第一振型下的扭转周期就相对较大,不利于周期比的调整。中间部位剪力墙的布置是结构布置的关键,要做到数量少和位置均匀两点,最主要的就是从梁布置方案出发,分析出最合理的梁布置方案,也就得出了最合理的中部剪力墙布置方案。
2.2 结构周边部位布置剪力墙的原则
周边部位剪力墙可以为结构提供竖向刚度,以减小结构位移,也可以提高结构的抗扭转刚度,减小扭转周期。在周边剪力墙的布置时,在结构周边,建筑允许设墙的位置应尽量布置剪力墙。与周边剪力墙相连的另一方向肢的长度应在满足建筑使用功能的前提下根据结构位移计算需要而增减。
2.3 在不违反规范前提下应尽量布置长墙
从经济性考虑,结构剪力墙布置若短而多,则剪力墙暗柱数量也会很多,如果设置长墙,减少一些不必要的墙或者开洞,这样剪力墙暗柱数量少,在墙数量相同的情况下可以减少钢筋用量,施工图绘制中也会省下一定的时间。

3 模型调整
根据初步布置好的剪力墙及梁建立计算模型(PKPM),建一个至二个标准层(楼层较多、应变墙厚计算的须建立两个标准层),进行结构初步计算。初步计算主要是确定模型的规则性及竖向刚度调整。在具体参数中初步计算应达到以下效果:
第一:周期及周期比的规则。一般情况下纯剪力墙结构高层建筑都不会太复杂,结构调整时应首先满足Tt/T1≤0.9(A级高度高层),如果周期比不满足,则说明结构抗扭转刚度相对较小,调整时应增加周边部位剪力墙、加高周边连梁(建筑立面允许的情况下)或者减少中间部位剪力墙。PKPM计算中,周期比满足要求以后,应调整周期的平动系数及扭转系数,X向、Y向以平动为主的第一自振周期的平动系数及以扭转为主的第一自振周期的扭转系数均宜接近1.00。
第二:位移接近限值、不考虑偶然偏心时的位移比接近1.00。位移及位移比的大小是表现结构剪力墙布置多少的最直观数据。一方面要布置足够多的剪力墙,以满足1/1000的位移要求,另一方面,也要控制剪力墙的数量不能太多,否则不经济。实际初调模型时,应控制位移(X向、Y向)至1/1000左右;对于不考虑偶然偏心时的位移比也应调整至1.00或者接近1.00,这个位移比更直接的表现了结构在作用影响下位移的规则性。若这个比值过大,则是由于结构某一部位或者某一点不合理而使该部位或该点位移过大而造成的。如果这时再控制位移至1/1000则表明剪力墙布置相对较多了,反之,如果这时位移为1/800~1000时,则可能经过找出局部位移过大点对局部剪力墙调整而达到位移1/1000的要求。
第三:中间及上部楼层基本无超筋,且不出现超筋(这里超筋不仅指配筋超限,也指抗剪、抗扭截面超限)超的特别多的梁。若有较多超筋则说明墙布置不合理,对它的调整也会影响到周期及位移。若个别梁超筋过多也说明了该梁处应力集中,该梁对结构刚度的影响也很大,就形成了结构的薄弱部位,设计时应通过调整布局使各构件受力均匀,避免过大的应力集中。
结构调整中,质心和刚心应尽量重合或基本重合,质心和刚心重合可以避免结构刚度向某方向偏置而减小扭转作用,对位移比及周期比的调整有很大帮助。调整的方法是视位移的大小而在刚心偏置的反方向增加剪力墙或者刚心偏置的方向减少剪力墙。
周期、位移、超筋的调整均不是孤立的,它们之间是相互关联及相互影响的,应全面加以考虑,不能“头疼医头,脚疼医脚”,此三项调整完毕,剪力墙布置也就基本确定下来了,接下来就是细致建模和调整连梁超筋了。
模型细化以后,若还有局部连梁超筋则可以用下列方法调整。
第一:调幅法。抗震设计剪力墙中连梁的弯矩和剪力可进行塑性调幅,以降低其剪力设计值。但在结构计算中已对连梁进行了刚度折减,其调幅范围应限制或不再调幅。当部分连梁降低弯矩设计值后,其余部位的连梁和墙肢的弯矩应相应加大。经调幅法处理的连梁,应确保连梁对承受竖向荷载无明显影响。
第二:减小和加大梁高。减小梁高使梁所受内力减小,在通常情况下对调整超筋是十分有效的,但是在结构位移接近限值的情况下,可能造成位移超限。加大连梁高度连梁所受内力加大,抗力也加大了,可能使连梁不超筋,且可以减小位移,但是这种方法可能受建筑对梁高的限制,且连梁高度加大超过一定限值,构造需加强,也造成了钢筋用量的增加。
第三:加大连梁跨度。可以非常有效的解决连梁超筋问题,但是减短剪力墙可能造成位移加大。
设计时可以以上一种和几种方法共同使用。若个别连梁超筋还存在,也可以采用加大相连墙肢配筋及加大连梁配箍量使配筋能承载截面最大抗剪能力要求。


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