探討框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素

1、<p>　　探討框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素</p><p>　　摘要：選取框剪結(jié)構(gòu)布置剪力墻，既滿足了建筑的不同需求，又使得結(jié)構(gòu)體系在地震作用下具有較高的承載力。本文提出要重視框剪結(jié)構(gòu)體系的概念設(shè)計(jì)，并對(duì)框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建模中起到關(guān)鍵作用中的幾個(gè)重要影響參數(shù)進(jìn)行分析或給出選擇范圍，最后通過實(shí)際工程加以論述。本文主要講述了框剪結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工程實(shí)例，從何總結(jié)了礦建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素。 </p

2、><p>　　關(guān)鍵詞：框剪結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范推薦多道抗震防線的概念。在地震來襲時(shí)，通過平面內(nèi)剛度無限大的樓板將剪力墻與框架連接在一起。剪力墻部分是主要抗側(cè)力構(gòu)件，作為第一道防線，使結(jié)構(gòu)的總體變形得到有效的控制；而框架作為第二道防線，在剪力墻的剛度退化后，承擔(dān)后期的

3、地震力作用。通過不同的塑性耗能機(jī)構(gòu)，耗散地震能量，使結(jié)構(gòu)達(dá)到抗震設(shè)防的目標(biāo)。 </p><p><b>　　一、概念設(shè)計(jì) </b></p><p>　　高層建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)更注重概念設(shè)計(jì)，從某種意義上講，概念設(shè)計(jì)甚至比分析計(jì)算更為重要。因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性，人們對(duì)地震作用認(rèn)識(shí)的較為局限。材料性能與施工安裝時(shí)的變異性以及高層結(jié)構(gòu)抗震分析計(jì)算的精確性等因素，都可能使

4、結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相差很大。 </p><p>　　“抗震概念設(shè)計(jì)”是指抗震設(shè)計(jì)的一開始就需要按照抗震的要求和減少破壞的規(guī)則來選擇地基和基礎(chǔ)，建筑的平面、立面、結(jié)構(gòu)的體系和布置?？紤]材料的延性，預(yù)先把握抗震的薄弱環(huán)節(jié)。再通過設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)措施處理，才能設(shè)計(jì)出具有良好抗震性能的房屋建筑。進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，有諸多的影響因素，如地理位置、場(chǎng)地情況、梁柱的截面、剪力墻的布置及材料強(qiáng)度等級(jí)的變化等。在框剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻是主要

5、的抗側(cè)力構(gòu)件。采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)在兩個(gè)主軸方向都布置剪力墻，形成雙向抗側(cè)力體系。尤其抗震設(shè)防烈度較高時(shí)，應(yīng)避免單向布置，再加以控制結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，來進(jìn)行綜合的概念設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　1. 框剪結(jié)構(gòu)剪力墻布置剪力墻宜均勻的布置在建筑物周邊，充分發(fā)揮抗扭的作用。平面形狀凹凸較大處，是結(jié)構(gòu)的薄弱部位，宜在凸出部

6、分的端部附近布置剪力墻予以加強(qiáng)?？v、橫剪力墻宜連接在一起，或設(shè)計(jì)成帶邊框的剪力墻，組成 L 形、T 形和口字形，并使整體結(jié)構(gòu)的剛心盡量與建筑的質(zhì)心重合，以增大剪力墻的剛度和抗扭轉(zhuǎn)能力，應(yīng)遵循對(duì)稱、均勻、周邊、連續(xù)的原則。 </p><p>　　2. 剛度特征值 在同等條件下，結(jié)構(gòu)剛度特征值過大。抵抗地震作用主要由框架承擔(dān)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較差，結(jié)構(gòu)常不能滿足變形要求，框架受力過大，梁、柱截面尺寸加大，導(dǎo)致不經(jīng)濟(jì)。反

7、之，剛度值過小，說明剪力墻數(shù)量過多，抗側(cè)剛度增大，自振周期較短，使得地震作用較大。因此，盡量使剛度特征值介于1.15～2.4 之間，使整個(gè)結(jié)構(gòu)處于最佳工作狀態(tài)。受力均勻，協(xié)同工作，安全可靠，這對(duì)設(shè)計(jì)者初估框剪結(jié)構(gòu)的剛度分配比例十分重要。 </p><p>　　3. 水平作用下的位移 在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，規(guī)范給出了能更為簡便的參數(shù)規(guī)定：層間位移角應(yīng)不大于 1/800，這是衡量結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的一個(gè)指標(biāo)。不考慮偶然偏心時(shí)的

8、位移比一般應(yīng)該都在 1.2 以內(nèi)，考慮偶然偏心時(shí)，只要不大于 1.5 即可，這是衡量扭轉(zhuǎn)剛度的指標(biāo)。不滿足時(shí)，應(yīng)該先考慮建筑物周邊抗側(cè)力構(gòu)件的調(diào)整?？梢圆扇≡龃蠹袅?，也可以加高連梁等方法。 </p><p>　　4. 剪重比 剪重比體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在水平地震作用下反映強(qiáng)烈的一個(gè)重要指標(biāo)，主要與結(jié)構(gòu)體型、結(jié)構(gòu)布置和抗震設(shè)防烈度有關(guān)。剪重比不滿足，說明結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度不足，地震力偏小。可按下列三種情況進(jìn)行調(diào)整： （1）當(dāng)?shù)卣?/p>

9、剪力偏小而層間側(cè)移角又偏大時(shí)，說明結(jié)構(gòu)過柔，宜適當(dāng)加大墻、柱截面，提高剛度； （2）當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ蠖鴮娱g側(cè)移角又偏小時(shí)，說明結(jié)構(gòu)過剛，宜適當(dāng)減小墻、柱截面，降低剛度以取得合適的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)； （3）當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ《鴮娱g側(cè)移角又恰當(dāng)時(shí)，可在 SATWE 的“調(diào)整信息”中的“全樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于 1 的系數(shù)增大地震作用，以滿足剪重比要求。 </p><p>　　5. 框剪結(jié)構(gòu)中框架的抗震等級(jí) 綜上所述,框

10、架一剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,剪力墻剛度與框架剛度所占的比例,對(duì)確定結(jié)構(gòu)體系的成立及框架在此中的構(gòu)造要求有較大的影響。這在《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《鋼筋鹼高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》中都有明確的要求。如《高規(guī)》第5·1·3條中規(guī)定:框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中,當(dāng)剪力墻部分承受的基底彎距小于總彎距的50%時(shí),其框架部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)采用。也就是說當(dāng)框架部分的剛度占抵抗彎距比例大時(shí),需適當(dāng)提高框架部分的抗震等級(jí),加強(qiáng)其構(gòu)造。第5

11、83;5·7條規(guī)定:框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中當(dāng)框架柱底部截面承受的地震剪力小于結(jié)構(gòu)底部總剪力的20%時(shí),一、二級(jí)框架柱的軸壓比限值可分別提高0.1。也就是說當(dāng)框架部分的剛度占抵抗彎距比例較小時(shí),結(jié)構(gòu)體現(xiàn)剪力墻的受力特性,因此按降低一個(gè)抗震等級(jí)的柱軸壓比來控制截面,放松了對(duì)框架柱的延性控制條件。以上即反映了合理利用框剪結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能,又體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)抗震體系的概念設(shè)計(jì)。合理布置剪力墻是框剪結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)盡量利用剪力墻剛度這個(gè)

12、對(duì)抗震貢獻(xiàn)大的構(gòu)件,否則,就有可能出現(xiàn)框架抗震等級(jí)由三級(jí)變成二級(jí)或一級(jí),框架抗震等級(jí)的劃分直接影響到柱截面,軸壓比、</p><p>　　6. 周期 周期比不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對(duì)于側(cè)移剛度較小，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置不合理。周期盡量控制在 0.08～0.12 N(N為層數(shù))，超出這個(gè)范圍，說明結(jié)構(gòu)太剛或太柔，可作相應(yīng)的調(diào)整。 </p><p><b>　

13、　三、工程實(shí)例 </b></p><p>　　1. 工程概況 本工程為烏魯木齊市某綜合實(shí)驗(yàn)樓，地上 18層，地下 2 層，長度為 69.6 m，寬度為 20.400 m，計(jì)算高度為 67.2 m，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。抗震設(shè)防烈度為 8 度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑物場(chǎng)地類別為Ⅱ類。擬建場(chǎng)地勢(shì)較開闊，該場(chǎng)地屬?zèng)_洪積平原，場(chǎng)地地形較為平坦，為抗震有利地段。 </p><p>

14、　　2. 方案設(shè)計(jì) 首先通過合理運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念，依靠主體與局部間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理及個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，從宏觀上對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行科學(xué)的分析，并考慮結(jié)構(gòu)布置方案，初步確定柱網(wǎng)及框架梁柱的截面尺寸，繼而確定抗震墻的數(shù)量及布置方案?？v、橫向剪力墻宜組成 L 形、T 形和匚形等形式，以使縱墻（橫墻）可以作為橫墻（縱墻）的翼緣，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度和整體性。其中，Γ形剪力墻的結(jié)構(gòu)剛度和整體性能較 T 形（對(duì)稱翼緣和不對(duì)稱翼緣）要好。 </p><

15、p>　　3. 優(yōu)化校核 根據(jù)框架梁柱合理線剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，再由最優(yōu)剪力墻抗彎剛度對(duì)剪力墻的數(shù)量、尺寸進(jìn)行調(diào)整。通過 PKPM 對(duì)優(yōu)化后的工程進(jìn)行模擬，判別是否合理，進(jìn)而完成框剪結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化。在應(yīng)用計(jì)算軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，有些參數(shù)如振型組合數(shù)、最大地震作用方向和結(jié)構(gòu)基本周期等在計(jì)算前很難估計(jì)，需要進(jìn)行多次試算才能得到。 </p><p>　　本文利用軟件建立了該框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的三維空間模型。從計(jì)算

16、結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu) X 方向最大層間位移角為 1/1172，Y 方向最大層間位移角為1/ 991。X 向樓層最小剪重比（3.90%），Y 向樓層最小剪重比（3.75%）。結(jié)構(gòu)以 X 向平動(dòng)為主的第一自振周期為 T1= 1.634 0，以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期為 T3=1.348 0，其比值小于 0.90，結(jié)構(gòu)抗扭剛度滿足要求。由于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不明顯，因此不需考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 </p><p><b&g

17、t;　　結(jié)語 </b></p><p>　　作為設(shè)計(jì)工作者，要非常重視框剪結(jié)構(gòu)體系的概念設(shè)計(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，合理布置剪力墻、適當(dāng)調(diào)整軟件中多個(gè)比較重要的影響參數(shù)，使結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算嚴(yán)格的控制在各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)，既可滿足規(guī)范要求，同時(shí)也能提高工作效率。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]JGJ

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