高层框架剪力墙结构抗震设计研究

发表时间:2021/3/29   来源:《城镇建设》2021年1期   作者:黄博
[导读] 架剪力墙施工作为建筑工程的重点环节
        黄博
        摘要:架剪力墙施工作为建筑工程的重点环节,其在应用过程中不仅能够有效增加建筑物的抗震能力,还能够在降低施工成本的同时为施工企业创造更多经济价值。因此,有必要专门对框架剪力墙结构施工技术进行研究。
        关键词:高层建筑;框架结构;剪力墙结构;结构抗震设计
1高层建筑框架剪力墙结构概述
1.1结构特征
1.1.1刚度特征
        在建筑工程中,若是基底弯矩过大,就会直接导致框架剪力墙的整体刚度下降。当基底弯矩超过总弯矩的4/5时,此时框架剪力墙的整体刚度将会下降到临界点,只有采取针对性处理措施才能使工程质量得到保证。避免因刚度温度而影响到工程质量。
1.1.2抗震特征
        建筑物的抗震能力非常重要,只有抗震等级符合标准的建筑物才能够使安全性能得到保障。在相关设计规定中,专门对框架剪力墙抗震性做出了明确规定,因此施工时需要着重考虑建筑工程的整体抗震能力。
1.1.3受力特征
        框架剪力墙结构在压力作用下,悬臂梁将会发生变形的问题,此时将出现曲线形变的情况。
1.2结构要求
        建筑工程对框架剪力墙结构的主要要求如下:第一,注意整体结构。建筑施工期间应该尽量保证建筑物的原有结构,通过对框架剪力墙整体结构进行优化能够在提升施工质量的同时保证建筑结构的完整性。第二,注意混凝土结构。在设计混凝土结构时,因为框架结构的整体重量、体积较大,所以在正式施工之前,必须对混凝土结构进行计算,以此来保证模板、施工参数的合理性。在发现潜在施工问题时则要及时进行处理,避免对后续的建筑工程带来影响。若在施工时无法保证混凝土结构符合设计要求,则需要重新计算框架剪力墙的设置量,尽量保证设计要求能够完全展现出来。
2高层框架剪力墙结构抗震设计措施
2.1机构控制
        在高层框剪结构施工、使用期间,剪力墙数量、体积与刚度三者保持正比关系,建筑结构中布置的剪力墙数量越多,则剪力墙体积越大、刚度越大,并对框剪结构的承载性能造成影响,削弱了框剪结构形态控制力度。因此,在高层框架剪力墙抗震设计方案中,往往选择采取机构控制设计措施,根据工程情况推算正比例公式,在框剪结构中的适当部位安装若干“塑性铰”装置。如此,在高层建筑遭受地震能量冲击时,可以在框架剪力墙结构中形成耗能机构,持续对地震能量进行吸收、损耗,这将在客观层面上改善高层框剪结构的抗震性能。
2.2强化剪力墙抗震的性能
2.2.1重视对肢墙面积的科学设定
        其抗震原理为,在不影响建筑使用功能、框剪结构稳固性能的前提下,适当缩小肢墙面积,将肢墙结构形式调整为双肢墙、多肢墙,在结构洞口连梁与竖向施工缝部位中形成稳定的耗能机构。这样既可以持续对结构裂缝与屈服部位进行有效控制,而当高层框剪结构遭受地震能量冲击时,也可以通过耗能机构吸收地震能量、降低剪力墙刚度的方式,预防高层建筑底部墙体过早屈服及剪切破坏等问题的出现。
2.2.2增设梁柱结构高层设计
        在不影响建筑使用功能正常发挥前提下,可选择于剪力墙周边区域中额外设置梁柱结构,从而形成边框剪力墙,抑制斜向裂缝向邻近建筑结构进行扩散延展。而在出现地震灾害或是建筑剪力墙结构遭受破坏时,边框剪力墙可以临时性替代剪力墙结构的承载性能、有效抵抗所承受的附加剪应力。在采取这项设计措施时,设计人员必须确保额外设置的梁柱结构具有良好的斜截面承载性能,才能取得良好的设计效果。
2.2.3做好分散布置
        在高层建筑结构中布置大量剪力墙的条件下,可以将剪力墙刚度、弯度控制在合理范围内,并改善剪力墙结构的扭转性能。

在设计高层框架剪力墙结构时,设计人员必须严格遵循分散设计的原则,考虑到剪力墙数量、面积、尺寸与刚度之间的关联影响,需要进行分散布置,保持相邻剪力墙构件的安全间隔距离,合理设定剪力墙连续尺寸、设置若干数量的抗侧力构件。这样,既可以将墙体进行分散布置,也可以对高层建筑结构的薄弱环节进行加强处理。
2.3改善框架抗震抗力性能
2.3.1重视角柱设计
        设计人员可选择对角柱进行强化处理,重点改善角柱抗剪性能,这将在客观层面上提高高层框剪结构抗震性能、消除抗震薄弱环节[1]。因为在高层建筑框架剪力墙结构中,角柱作为一种重要构件,以及框架结构主要组成部分,起到连接横向框架与纵向框架结构的作用,角柱抗剪性能直接影响到框架结构整体性能,也将对高层框剪结构的抗震性能造成影响。
2.3.2重视剪力墙板的合理布置
        可选择在高层布置若干数量钢筋混凝土剪力墙板构件,即可有效解决框架结构剪力滞后问题,有效改善结构抵抗刚度与整体性能,抑制高层框剪结构侧向位移,往往选择将钢筋混凝土剪力墙板以X型或K型进行布置。但是,在采取这项设计措施时,所布置钢筋混凝土剪力墙板结构的延性有所不足,可选择在墙板上预留十字开口,将其作为结构薄弱环节,这将起到改善钢筋混凝土剪力墙板延性、形成耗能墙板的作用,减小地震能量对高层框剪结构造成的冲击破坏影响。
2.3.3设置赘余构件
        考虑到高层框剪结构在遭受地震能量冲击作用时易产生共振效应,对建筑结构稳定性造成破坏,可选择在高层框剪结构中设置若干数量的赘余构件,如偏交斜撑构件,由原有轴边耗能方式切换为弯曲耗能方式,往往以钢杆为原材料制作偏心连接支撑件、以钢纤维混凝土为原材料制作折曲支撑件[2]。在出现地震灾害时,所设置的赘余构件可以起到诱发建筑自振周期改变、预防共振效应产生、通过先行屈服消耗地震能量的多重作用。
2.4改善整体抗震性能
2.4.1获取总体屈服效果
        在高层框架剪力墙结构的适当位置中,安装若干数量“塑性铰”构件,根据工程情况合理设定塑性铰构件的安装位置、次序,通过塑性铰来增强高层框剪结构形变控制力,获取总体屈服效果[3]。在出现地震灾害后,塑性铰将形成耗能机构,受到水平向力影响使得水平构件与竖向构件依次屈服。
2.4.2保持刚度延性统一
        框架与剪力墙结构性能参数存在明显差异,如延性系数、刚度值等,这一问题的存在加大了设计工作量,需针对各项参数不断进行改进。在出现地震灾害时,建筑各构件难以稳定保持协调状态,易出现先后破坏现象、形成抗震薄弱环节。因此,高层框剪结构抗震设计重心在于,通过综合采取各项设计措施,将框架与剪力墙结构延性刚度保持统一状态。
2.5框架及抗震端设计要点
        在建筑墙体遭受地震能量影响时产生较大剪切变形量时,应将长墙体分为若干节段,将墙体高度控制为墙宽2倍左右,在两端设置边缘约束装置,以此起到抑制剪切变形量、预防剪切破坏问题出现的作用[4]。在抗震端设计环节,将抗震端与框肢墙二者的截面高度差值控制在较小范围内,并对抗震端底部情况进行检查评估。如若抗震端底部存在漏洞,可选择使用高强度混凝土对漏洞进行修补处理,禁止空开漏洞。
结束语:
        综上所述,框架剪力墙结构具有良好的互补性,兼容了多种性能优势,在工程中展现广阔的应用空间。设计人员必须遵循剪力墙分散布置等要求,全面把握各处设计节点,积极贯彻落实科学的防震抗震技术措施,进一步消除各处抗震薄弱环节,发挥其优势作用。
参考文献:
[1]张宏亮,郭玉清,金永刚.高层框剪结构酒店抗震设计技术措施[J].建筑设计管理,2018,35(12):93-96.
[2]赵琳琳,吴枫南.高层住宅中框剪结构剪力墙抗震设计[J].门窗,2017(12):150.
[3]崔炫.高层框架剪力墙结构抗震技术分析[J].工程技术研究,2017(07):46+48.
[4]卢登榜.基于性能抗震设计的超限高层建筑结构分析[J].福建建筑,2017(06):68-71.
个人简介:黄博(1977.11--),男,汉族,籍贯:天津,学历:大本,职称:高级工程师,研究方向:建筑抗震设计。
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