文档介绍：高层框架剪力墙结构优化设计
深圳市国腾建筑设计咨询有限公司广州分公司
【摘要】本文主要针对高层框架剪力墙结构的优化设计展开了探讨,分别对建筑方案、结构总体及细部结构三个方面的优化设计作了详细的阐述和系统的分析,以期能为有关方面的需要提供参考和借鉴。
【关键词】剪力墙结构;优化设计;概念设计
0 引言
所谓的剪力墙结构,是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,起到了能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构水平力的作用,是建筑工程中的重要结构。因此,我们需要做好对剪力墙结构的优化设计工作,以为建筑的施工带来帮助,从而保障工程建设的施工质量。
1 建筑方案优化设计
建筑方案设计是优化设计的第一步,也是关键阶段,好的方案直接决定了整个建筑的总成本。一些建筑设计人员为了追求立面的立体效果,在立面处理中采用大的凸出和收进,特别是阶梯型的凸出。由于不能采用大的悬挑来承担竖向荷载,因此结构上只能布置剪力墙来承担竖向荷载,使得剪力墙的间距过密、过多。这种原本2~3个开间布置一道剪力墙,墙与墙之间采用框架梁连接就能满足计算要求的结构方案,因为为了满足建筑立面效果的要求,不得不在每个开间都布置剪力墙,因此增加了剪力墙的用量,相应的总成本也会提高。图1为1栋7度区13层的剪力墙结构住宅,由于立面上从两端往中间呈现阶梯型,所以每个开间的端部都需布置剪力墙。
现在的一些业主和建筑设计人员为了充分考虑地形的要求,或者利用最大化,往往将建筑的长宽比设计过大,结果使得结构刚度偏弱,相对于较小长宽比的建筑,单位面积上的剪力墙数量就会增大。而且不论其是否超长,由于两主
轴方向的动力特性(也即整体刚度)相差甚远,在水平力作用下,两向构件受力的不均匀性造成配筋不均匀。对于平面长柔的建筑,其抗扭能力也降低,因此,为了满足规范计算要求,也必要增加剪力墙的数量。
2 结构总体优化设计
钢筋混凝土剪力墙结构的剪力墙布置是结构方案设计的关键内容,也是结构优化设计的主要内容,直接关系到整个结构的总体造价。在方案阶段,剪力墙的布置主要包括两个方面的内容:一是剪力墙的位置;二是剪力墙的数量。剪力墙的位置直接影响到整个结构的扭转情况,而结构的抗扭承载力与结构的抗剪承载力之间是相互影响的,扭矩大则抗剪承载力小,反之则相反。为了减少结构扭转对结构的不利影响,在剪力墙布置时,必须按照均匀、分散、周边及对称的原则。,尽量减少比值,也就减少了扭转对结构的不利影响,这样可以使得整体结构的抗剪承载力比较高,即抵抗水平地震作用的能力较高。
剪力墙的数量决定了整体结构的抗侧移刚度,我国规范采用层间位移角来反映结构的抗侧移刚度的大小。剪力墙的数量多,则结构的整体抗侧移刚度大,对结构抗震利,但是对结构的成本控制不利。由于结构的刚度大,结构的基本周期就变短,目前高层建筑的自振周期都在Tg~6s之间,此区段,结构的地震作用影响系数随结构的周期的增大而变小,即周期短,地震作用影响系数就大,地震作用也大,但不成比例关系。所以剪力墙的数量,在满足层间位移角限值以及其他规范要求的前提条件下,不宜多加,一般稍小于1/1000即可,因为除了剪力墙数量的增加本身而引起的配筋量的增加外,增加的地震作用则需要更多的钢筋来抵抗,