探讨高层建筑剪力墙结构设计
【摘 要】本文针对多层和高层剪力墙设计中部分常遇问题提出了解决方法,分析对比新、旧规范对剪力墙的具体要求,结合规范与工程实际,总结了自己的设计心得体会和一些在设计中需要注意的问题。在受力方面,因为剪力墙的刚度大,容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的位移限值。在地震作用下,其变形小,破坏程度低,可以设计成延性抗震墙,大震时通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围内的塑性变形,耗散地震能量,在与其他结构共同工作的同时,能吸收大部分的能量,降低其他结构的抗震要求,在设防较高的地区(8度及区以上地区)优点更为突出。 【关键词】剪力墙结构;墙厚;边缘构件;连梁
剪力墙广泛用于多层和高层钢筋混凝土房屋,结构专业新规范自2000年开始陆续颁布,剪力墙结构的设计与89规范相比,增加了许多新的规定,给设计人员带来了新的课题,所以有必要对剪力墙结构作一个重点研究。
在受力方面,因为剪力墙的刚度大,容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的位移限值。在地震作用下,其变形小,破坏程度低,可以设计成延性抗震墙,大震时通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围内的塑性变形,耗散地震能量,在与其他结构共同工作的同时,能吸收大部分的能量,降低其他结构的抗震要求,在设防较高的地区(8度及区以上地区)优点更为突出。
对剪力墙结构的设计计算,因其是剪力墙大开口而成,所以基
本上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法,其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况,精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广,但对墙肢较长的剪力墙,应该用空间杆墙组元程序进行校核。
剪力墙的数量可多可少,剪力墙肢可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置;由于减少了剪力墙数量,而代之以轻质填充墙,不仅房屋总重量可以减轻,同时也可适当降低结构刚度,使地震作用减小,这不仅对基础设计有利,而且对结构抗震较为有利,同时也可降低工程造价,还可加快施工进度。这种结构体系通常视建筑平面及抗侧力的需要,将中心竖向交通区处理成为筒体,以承受主要水平力。 抗震墙由墙肢和连梁两部分组成。设计时应遵循强墙弱梁、强剪若弯的原则。即连梁的屈服先于墙肢,连梁和墙肢均应为弯曲屈服。与旧规范相比,新规范在剪力墙抗震设计特别是在抗震构造方面有比较大的变化。主要包括: (1)底部加强区高度的变化。
(2)墙肢组合截面的弯矩、剪力设计值和连梁组合的设计值。 (3)分布钢筋的最小配筋率。 (4)增加了剪力墙的轴压比的限值。
(5)将边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件;两种边缘构件的构造不同,加强了应加强的部位,放松了可放松的部位,使
抗震墙的设计更具合理性。
(6)新规范取消了旧规范的“弱连梁”和 “小墙肢”的术语,代之以“跨高比”和墙肢长度和厚度的比值,应当说在概念上是没有区别,但89规范虽然对“弱连梁”作了规定,但在设计中难以确定什么是弱连梁。
在进行抗震墙设计时应注意如下的要求: 1.抗震墙的布置要求
作为主要的抗侧力构件,合理的布置是构建良好抗震性能的基础。应遵循 “八字方针”即“对称、均匀、周边、连续”外,还须注意:
1.1将长墙分成墙段
对于抗震墙结构和部分框支抗震墙结构,若内纵墙很长,且连梁的跨高比小、刚度大,则墙的整体性好,在水平地震作用下,墙的剪切变形较大,墙肢的破坏高度可能超过底部加强部位的高度,新规范规定将长墙分成墙段,使墙的高宽比大于2。墙段由墙肢和连梁组成。旧规范也有相同的规定。二者的区别在于连梁。旧规范为弱连梁,而新规范为跨高比不小于6 的连梁,其目的是:设置刚度和承载力较小的连梁,在地震作用下可能先破坏,使墙段成为抗侧力单元,且墙段以弯曲变形为主。 1.2避免墙肢长度突变
抗震墙和部分框支抗震墙结构的墙肢的截面长度,沿高度不宜有突变,当抗震墙的洞口比较大时,以及一、二级抗震墙的底部加