刘俊伟
机械工业第六设计研究院有限公司 河南郑州 450000
摘要:随着我国建筑行业的迅速发展,建筑工程中不断运用众多的建筑技术工艺。人们开始既要求建筑的外观设计又要求建筑结构的耐久性,尤其是高层住宅中的平面与空间的设计越来越注重。在高层建筑结构设计中,剪力墙结构已经得到了广泛引用。本文在分析短肢剪力墙结构特点的基础上,进一步探讨了其在高层建筑中的设计与应用问题,以期给相关人员提供参考。
关键词:高层结构设计;短肢剪力墙;应用研究
前言
在高层工程建筑中,短肢剪力墙的科学引用,既可以满足人们对空间的理想化设计,也能够对空间格局做出恰当调整,促进其艺术美感的显著增强。但就目前来看,我国针对短肢剪力墙应用的相关研究还比较少,所以在实际引用中还无法获得丰富的数据支持。还需要通过不断的测试、完善来促进其抗震性能的显著增强,通过保障短肢剪力墙布局的均匀性来促进高层建筑质量的进一步提升,从而为社会建设出更多高品质工程。
1、短肢剪力墙结构概述
1.1短肢剪力墙结构形式的特点
(1)充分满足了建筑功能的需要。①因为填充墙与墙肢厚度相同,所以所有墙相连的梁柱都位于一个平面内,解决了梁柱突出墙面的问题。②短肢墙构件扩大了建筑的使用面积。
(2)可满足结构设计的需要。中墙肢和梁在短肢剪力墙体系中可以被很好的隐蔽,拥有较为灵活的结构布置,并且可以依据抗侧力的需要来确定墙的数量以及肢长。同时,其刚度和刚度的中心位置也可以通过不同的尺寸和布置来进行调整。
1.2短肢剪力墙体与常用的剪力墙体系相比的几个优点
(1)墙肢高宽比较大,其承载力得到了较充分的发挥,减少了传统剪力墙结构中浪费钢筋的现象。
(2)增大了结构的自振周期,不会和普通剪力墙一样由于抗侧移刚度大而使地震反应加大。
1.3短肢剪力墙结构设计体系存在的问题
在某些情况下,由于短肢剪力墙结构其建筑功能、结构体系等优点在高层建筑中可以取代传统的剪力墙结构。但由于国家并没有对短肢剪力墙的设计给出明确的规定,往往由工程师凭借设计经验来完成剪力墙的平面布置和截面设计。在没有确定明确优化设计方案前提下,为了结构安全以及缩短施工周期,对短肢剪力墙的设计一般会偏向保守,不能充分的利用材料的性能,造成一定程度的浪费。因此,在应用短肢剪力墙时,运用科学合理的优化设计方案显得尤为必要。
2高层建筑中短肢剪力墙结构的设计要求
2.1材料强度
考虑到剪力墙的承载及变形能力,剪力墙的主体混凝土的强度不能过低。我国现行相关规范中要求,短肢剪力墙结构中的混凝土强度等级应不低于C30。
2.2局部结构设计
目前我国很多的建筑物采用高层建筑形式,因此在对短肢剪力墙进行设计时,应保证其满足相应的抗震要求。短肢剪力墙结构的局部结构设计规范主要包括以下内容:①连接各剪力墙的柱梁要与剪力墙墙肢布置在同一竖直平面,墙体两端的延伸方向应保证有柱梁与之连接;在对应位置装设翼缘,尽量避免“一”字形的剪力墙结构出现在设计图纸中;②针对高度较高的楼层,可适当增加一部分长墙,与电梯、楼梯共同构成大型筒体。布置全面的抗震体系,提高高层建筑结构的刚度;③一般采用强墙柱弱连梁式的布局体系,能够有效提高结
构的抗震性能;④短肢剪力墙的具体布局效果应与整体结构保持一致。分析各个结构的受力情况,需要保证各个结构受力保持相对的平衡,短肢剪力墙与整体结构之间的刚度值不应差距太大;⑤适当增加墙体周围的墙肢厚度,依照各结构的要求,可增加钢筋的数目,并缩减轴压比例。
这种方式主要是为了减轻短肢剪力墙的水平受力,避免出现墙体开裂现象;⑥若涉及竖向布置墙体,应从整体上对各墙肢进行整齐排列,减少洞口错位的概率,增强短肢剪力墙的抗侧能力。
3短肢剪力墙在高层结构设计中的应用
3.1短肢剪力墙布置分析
在进行短肢剪力墙的布置过程中,应该充分结合建筑本身的布置特点,在建筑中进行均匀布置,并且合理控制墙的轴向应力。在进行竖向布置的过程中,需要使墙肢的上下保持对齐状态,同时需要连续,避免存在洞口错位的情况,使其与连梁共同构成较多跨数的抗测力体系。对于短肢剪力墙的厚度设计要严格按照相关规范,在保障建筑安全性能的前提下,减轻建筑本身的自重。在进行底部加强时,其厚度需要超过200 mm,一字形独立剪力墙的底部加强部位设计厚度要在220 mm以上,其他部位的设计厚度应在180 mm以上。剪力墙在高层建筑中的竖向设计可自下往上均匀减少,严禁其刚度突变。
3.2短肢剪力墙在高层建筑中的抗震分析
在高层建筑结构形式中,楼层的最大弹性水平位移应该尽量控制其小于该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍,在进行空间计算模型的设计时,应该考虑双向扭转的影响,以对建筑的抗震性能综合考虑。短肢剪力墙在高层建筑中的抗震等级不再提升,并对延性着重考虑。在进行抗震设计时,根据抗震等级对剪力墙的轴压比合理设计,尤其要考虑一字形短肢剪力墙的延性分析,可以将其轴压比限值降低0.1。3.4短肢剪力墙在高层建筑中剪力设计值以及配筋率分析对于短肢剪力墙的剪力设计值需对结构底部及其他各层进行综合考虑,在一、二、三级抗震等级中,在设计时将其分别乘以1.4、1.2与1.1,其关键目的就在于避免短肢剪力墙过早受到外力冲击而遭受破坏。短肢剪力墙的竖向钢筋配筋率应该根据抗震等级进行设计,一、二级不应小于1.2%,三、四级要在1.0%以上。一字形短肢剪力墙延性以及平面外稳定性需要着重考虑,在高层建筑中,应该避免采用一字形短肢剪力墙。在建筑结构的整体设计中,应当适当加强短肢剪力墙的翼缘。
4短肢剪力墙在高层设计中应用时应该注意的问题
4.1严格控制轴压比
短肢剪力墙的轴压比控制主要是针对端柱以及无翼缘的一字形短肢剪力墙进行着重考虑。有关数据显示,在小偏压状态下,剪力墙承受压力与弯矩时,就会导致剪力墙的延展性降低。并且,在大偏压状态下,过大的轴压极易因为多种因素的融合提前达到混凝土的极限压应变,使建筑本身的承载能力以及变形能力受到严重削弱。因此,在高层建筑结构的设计中,要综合各种因素确定短肢剪力墙的轴压比。
4.2加强抗震性能的研究工作
短肢剪力墙在高层建筑结构中,抗震性能一直是其薄弱环节,主要表现在建筑的边缘一级角点处的短墙肢的设计上。在一字形短肢剪力墙的设计工作中,对相连连梁尤为注意,加强延性抗震构造措施,可适当加厚墙体,如在厚度上选取250 mm,在底部加强部位选取300 mm。高层建筑结构构造中,如何提升短肢剪力墙在抗震性能尤为重要。目前,很多高层建筑功能定性为住宅模式,居民居住的较高密度要求建筑本身应具有较高的抗震性能。
4.3合理选择截面形式
剪力短肢墙的截面优先选择十字形、L形以及T形,在外墙的转角处严禁使用一字形墙肢,并且在整栋建筑中,慎重选择一字形模式,尽量少用。根据高层建筑的抗震等级等相关要素的研究,合理选择横截面,保障墙与梁之间的有效断面。
4.4科学选择计算方式
短肢剪力墙在进行杆件内力计算以及结构本身动力特性分析时,应该综合利用现代信息计算技术,采用三维演算方法进行科学、系统分析。另外,针对剪力墙结构计算可采用PKPM中SATWE模块或者盈建科等软件进行比较分析。竖向构件包括薄壁杆模型以及墙元模型,根据设计对象的要点,合理选择计算方式。同时,软件计算时,墙元划分并不需要过分追求细化,原因在于单元有一定的厚度,并且单元自身的长、宽以及厚度之间的比例值接近时,此时不应该再使用墙元进行计算。
结语
短肢剪力墙结构的设计应该在减少扭转、限制结构位移、控制轴压比的情况下,科学合理的确定剪力墙的数量以及布置的位置,同时通过合理的构造设计,强化楼层盖的刚度,使建筑结构的整体性能得到提升。且在剪力墙壁率计算时,还应综合考虑建筑高度及层数,通过经验的不断积累,使结构设计更加科学合理。
参考文献
[1]李炜.高层结构设计中短肢剪力墙的运用[J].居舍,2019(15):85.
[2]刘伟.高层结构设计中短肢剪力墙的运用[J].居舍,2019(6):113.