横溪大楼高层框剪结构设计文献综述

 2022-11-20 04:11

文献综述

  1. 高层框剪结构背景

随着我国国民经济的日益发展,对高层建筑的需求也愈来愈大,而且高层建筑体型日趋复杂,各种不同功能的建筑综合在一起,形成了形态各异、功能不同的高层建筑群,这给结构设计增加了一定的难度。框架-剪力墙结构体系是由钢筋混凝土框架和剪力墙这两部分共同组成的。既具有灵活布置空间的优点,又具有一定的抗侧刚度,易满足建筑物的使用要求,因此,在实际工程中得到了广泛的应用。

  1. 框剪结构特点

框架-剪力墙结构是由延性较好的框架、抗侧刚度较大的剪力墙以及良好耗能性能的连梁所组成。框架结构和剪力墙结构的受力特点和变形性质是不同的。水平力作用下,剪力墙是竖向悬臂弯曲结构,变形曲线呈弯曲型,楼层越高水平位移增长速度越快。框架在水平力作用下,其变形曲线呈剪切型,楼层越高水平位移增长越慢。框剪结构,既有框架,又有剪力墙,其中水平荷载由框架和剪力墙共同承担,一般情况下,剪力墙承担大部分剪力。负荷范围内的竖向荷载则有框架或剪力墙各自承担。更详细点,在下部楼层,因为剪力位移小,它拉着框架变形,使剪力墙承担了大部分剪力,在底部楼层剪力墙承担总剪力的70%~80%;上部楼层则相反,剪力墙的位移越大,而框架的变形反而小。

  1. 剪力墙设计
    1. 剪力墙布置原则

在框剪结构设计中,很重要的一点就是剪力墙的布置。框架剪力墙结构体系平面布置的各个条款约束的目的之一就是限制结构的扭转效应,主要从以下两个方面加以限制:首先限制结构平面布置的不规则性,避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应;其次是限制结构的抗扭刚度不能太弱。抗震设计中应采取措施,使结构具有必要的抗扭刚度,在此,合理地布置剪力墙就尤为重要了。剪力墙的布置需要遵循几点原则——均匀、分散、对称、周边。即:1、剪力墙应均匀布置在建筑物的周边附近,充分发挥抗扭最用,楼电梯间及恒载较大的部位设置剪力墙,保证楼盖与剪力墙间的剪力传递;2、纵横向的剪力墙尽量相连接,以增大剪力墙的刚度和抗扭性能;3、布置应均匀,单片墙的刚度应接近,墙肢较长时宜开设洞口,且洞口宜上下对齐,避免错开;4、数量不宜过多,否则会增大地震效应,加大地震作用。

    1. 剪力墙数量的确定
      1. 估计方法

在进行结构设计时,框剪结构中剪力墙刚度的确定,需要满足强度条件和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。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。结构刚度过小,会因结构产生过大的变形而无法满足使用要求;剪力墙刚度过大,则结构自振周期相应减小,地震荷载相应增大,从经济上造成不必要的浪费。在方案设计阶段,作为一个初步估算的方法,一般是按剪力墙的壁率确定的。所谓壁率是单位面积上剪力墙的长度,壁率一般不小于 50。另外,剪力墙的初步布置还可以按剪力墙的面积率来确定,即同一层剪力墙的面积与楼层面积之比,一般认为剪力墙的面积率在 2%~4%较为适宜。目前比较普遍的方法是由水平位移限制来确定剪力墙的合理数量,其大致方法为:先计算刚度特征值,确定合理的特征值范围,依次来复合顶点位移,如果该位移在规范的许可范围内,那么剪力墙的数量基本合适。

      1. 影响因素

抗震设计中,影响剪力墙(抗震墙)设计数量的因素主要有三点:1、抗震设防烈度,一般来说,烈度增高一度,剪力墙数量增加一倍多(考虑房屋自振周期与地震作用的影响);2、震中距,地震烈度相同时,近震影响系数小,水平地震作用小,剪力墙数量小,远震影响系数大,则对应的剪力墙布置的数量就多;3、场地类别的影响即土层的影响,同一次地震,薄覆盖土层和坚硬场地土上的高楼的地震反应小,剪力墙数量也就少,厚覆盖土层和软弱场地上的高楼所需的剪力墙数量则要增加很多。

    1. 设计要求

框剪结构中剪力墙的设计与一般剪力墙结构基本相同,但是在构造上,在剪力墙的周边要设置梁和端柱,其中处于楼层处的梁只作构造要求,目的是限制剪力墙裂缝的开展。剪力墙周边框架梁柱承受全部重力荷载,而剪力墙在其周边框架梁柱的约束作用下,在侧向反复大变形作用下只承受剪力作用。楼板开展斜向交叉裂缝,达到耗能作用。框架梁柱仍起承重作用,形成了第二道防线。

  1. 连梁的设计

对于高层建筑,水平力作用下,连梁内力往往较大,设计时应采取相应措施降低连梁内力,比如:加大剪力墙的洞口尺寸;连梁中部设置水平缝;调整连梁内力;刚度折减等。其中加大剪力墙洞口尺寸是非常有效的减少连梁内力的方法。当连梁一端与框架柱相连,一端与剪力墙相连时,超筋情况较多,可采用以下方法:调整连梁截面尺寸;与连梁相连的剪力墙开洞;或者可以将连梁与剪力墙相连的一端设置成铰接端,不传递弯矩,只传递剪力,即可满足梁跨中的抗弯承接力要求。

  1. 个人小结

本次毕业设计中,我将主要根据《工程结构设计原理》、《工程结构抗震与防灾》、《建筑结构设计》以及相应规范中关于结构分析计算的内容进行设计,进行结构布置及计算简图选取、重力荷载及水平荷载计算、水平荷载作用下框架和剪力墙的内力和位移计算、竖向荷载作用下框架和剪力墙的内力计算、框架梁、柱内力组合、构件设计及构造措施、弹塑性变形验算等,同时参考了相关设计规范规定,并根据《抗规》进行相关抗震设计,对结构构件截面进行承载力验算和变形验算,以控制侧向变形不要过大。

【参考文献】

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