广州大学土木工程学院 广东广州 510006
摘要:随着当前建筑业的不断发展,城市地区多层和高层建筑逐渐增多,钢筋混凝土框架剪力墙结构是其主要结构形式,虽然它的造价比混合结构及框架结构都要高,但它具有梁、柱、部分剪力墙承重,空间布置比较灵活,门窗开洞尺寸、形状都不太受到严格限制的特点,满足了大家在使用上的不同要求。因此,框架剪力墙结构的高层建筑越来越受欢迎。
关键词:高层建筑;钢筋混凝土;框架剪力墙结构
1框架剪力墙结构特点
框剪结构的受力特点是框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力结构形式[1]。所以它的框架不同于纯框架中的框架,剪力墙在框剪结构中也不同于纯剪力墙结构中的剪力墙,因为在下部楼层剪力墙的位移较小,它拉着框架按弯曲型曲线变形,剪力墙承受大部分水平力,上部楼层则相反,剪力墙位移越来越大,有外侧的趋势,而框架则有内收的趋势,框架拉剪力墙按剪切型曲线变形。框架除了负担荷载产生的水平力外,还额外负担了把剪力墙拉回来的附加水平力,剪力墙不但承受荷载产生的水平力,还因为给框架一个附加水平力而承受负剪力,所以上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小,框架中也出现相当大的剪力,框架剪力墙结构中的剪力墙可以单独设置,也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。
2结构设计
2.1柱网的布置
柱网是竖向承重构件的定位轴线在平面上所形成的网格,是框架结构平面的不可缺少的一部分。框架结构的柱网布置既要满足建筑平面布置和生产工艺的要求,又要使结构受力合理,构件种类少,施工方便。此外,柱网布置应力求避免凹凸曲折和高低错落。
a.柱网布置应满足建筑平面布置的要求。在民用建筑中,柱网布置应与建筑分隔墙布置相协调。例如,在旅馆建筑中,建筑平面一般布置成两边为客房、中间为走道。这时,柱网布置可有两种方案:一种是将柱子布置在走道两侧,即走道为一跨,客房与卫生间为一跨;另一种是将柱子布置在客房与卫生间之间,即将走道与两侧的卫生间并为一跨,边跨仅布置客房。
b.柱网布置要使结构受力合理。多层框架主要承受竖向荷载。柱网布置时,应考虑到结构在竖向荷载作用下内力分布均匀合理,各构件材料强度均能充分利用。纵向柱列的布置对结构受力也有影响,框架柱距一般可取建筑开间,但当开间小,层数又少时,柱截面设计时,常按构造配筋,材料强度不能充分利用,同时过小的柱距也使建筑平面难以灵活布置,为此可考虑柱距为两个开间。
c.柱网布置应便于施工。建设设计及结构布置时均应考虑施工方便,以加快施工进度,降低工程造价。例如,对于装配式结构,既要考虑到构件的最大长度和最大重量,使之满足吊装、运输装备的限制条件,又要考虑到构件尺寸的模数化、标准化,并尽量减少规格种类,以满足工业化生产的要求,提高生产效率,现浇框架结构尽管可不受建筑模数和构件标准的限制,但结构布置亦应尽量使梁板布置篱简单、规则,以方便施工。
2.2梁的布置
梁是柱子与板之间的纽带,它承受板传下来的荷载,然后再将荷载传递给柱子。如果设计中柱子较多,以主梁为主。
2.3剪力墙的布置
框架—剪力墙结构[2]应设计成双向抗侧力体系。
抗震设计时,结构两主轴方向均应布置剪力墙。主体结构构件之间除个别节点外(如为了调整个别梁的内力分布或为了避免由于不均匀沉降而产生过大内力等而采用铰接)应采用刚接,以保证结构整体的几何不变和刚度的发挥。梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合,使内力传递和分布合理且保证节点核心区的完整性。剪力墙的布置,应遵循“均匀、分散、对称、周边”的原则。一般情况下,剪力墙宜布置在平面的下列部位:
⑴、竖向荷载较大处,增大竖向荷载可以避免墙肢出现偏心受拉的不利受力状态。
⑵、建筑物端部附近,减少楼面外伸段的长度,而且有较大的抗扭刚度。
⑶、楼梯、电梯间,楼梯、电梯间楼板开洞较大,设剪力墙予以加强。
⑷、平面形状变化处,在平面形状变化处应力集中比较严重,在此处设剪力墙予以加强可以减少应力集中。
3设计过程中需要注意的一些问题
3.1建筑设计部分
(1)柱网的布置需要满足一定的模数。
(2)楼梯的设计计算当中,首层楼梯平台空间的净高需要满足一定的要求。
(3)楼层的平面图的设计当中,楼梯的布置需要考虑一定防火等级等的要求。
3.2结构设计部分
(1)框架梁、柱和剪力墙的配筋都是由电算完成的,但是在设计计算的过程当中需要进行人工调整。
(2)当裂缝宽度超限时,首先应考虑将大直径的钢筋改用小直径的钢筋,如果验算后裂缝宽度仍然超限,就应增大梁的配筋和混凝土的强度等级,或加大梁的截面尺寸,调整至满足现行规范的要求。
4需要掌握的计算原理
通过模拟建筑、结构设计的全过程,掌握框架刚度计算,熟悉水平地震作用计算,进一步巩固水平、竖向荷载作用下框架和剪力墙的内力分析;接着进行荷载效应组合,根据结果计算结构构件配筋;最后应用PKPM结构计算软件上机电算[3],并将电算结果与手算结果进行比较,分析两者误差并找出改进的方面。
5总结
我们在进行设计的时候首先应当根据建筑物的使用功能,规模,结构,周围的环境,建筑物所在地的地质情况,借鉴相关的经验,独立完成可行性建筑物的设计。根据建筑物的设计方案并联系条文规范进行结构设计,确定梁和柱的布置方式,根据建筑物的实际情况对建筑物的楼板、梁、柱配筋,最终绘制配筋图完成设计以供施工人员使用。
参考文献
[1]庄海生.高层建筑混凝土结构技术规程[J].建材与装饰,2016(36): 129-130.
[2]李腾.高层建筑框架剪力墙结构设计应用探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2019(18):165.
[3]黄静.高层建筑结构设计中控制参数电算调整方法[J].中国新技术新产品,2011(12):175-176.