框架_剪力墙结构的合理设计

2008年9月

甘肃科技

GansuScienceandTechnology

Vol.24　No.18Sep.　2008

框架-剪力墙结构的合理设计

杨　华

(兰州市城市建设设计院,甘肃兰州730030)

摘　要:从剪力墙的合理布置位置及数量、构造措施等方面分析框架-剪力墙结构的合理设计。关键词:抗侧力结构体系;侧向位移;结构刚度;框-剪结构;合理设计;剪力墙;构造措施中图分类号:TU375

　　高层建筑的结构选型主要是选择合理的抗侧力

结构体系,常见的高层建筑结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构(以下简称框-剪结构)、筒体结构等,不同的结构体系均有其相应的适用范围和最大适用高度,这在《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),《高层建筑混凝土结构技术规(JGJ3-2002)中都有明确的规定。在高层建筑程》

中,水平作用(地震作用、风荷载等)成为主要的受力控制因素,由于侧向位移与建筑高度的四次方成函数的关系,即对于同一结构当高度越高其侧向位合理数量,一是指剪力墙不能太少,少到不足以抵抗风力或地震作用等水平作用,这是结构设计所不允许的;二是剪力墙不宜太多,以满足规范的侧移限值为好,即结构刚度不宜太大。若刚度大,则地震力相应增大,结构内力也随之增大,这对结构抗震反而不利,而且会造成造价上升,是属于不合理的结构设计,设计时应注意剪力墙数量的增多有提高结构侧向刚度和增大地震作用的双重性,保证侧向刚度与地震作用在经济性上的相对平衡是结构设计人员的重要职责。本着“安全使用、技术先进、经济合理、方便施工”的结构设计原则,按照规范,在一个独立的结构单元体系内,剪力墙的数量应符合以下的要求与原则。

(1)剪力墙在结构底部承受的地震倾覆力矩应大于结构总地震倾覆力矩的50%,否则框架部分的抗震等级应按框架结构采用,即剪力墙布置的数量不能太少。剪力墙数量是否恰当,还可以通过计算剪力墙分配到的总剪力的多少来检验。按工程实践经验,分配到总剪力的50%～80%之间较好。若剪力墙分配到的剪力过大(超过90%),框架需要调整的内力就多,说明框架太弱;剪力墙的剪力分配比例过小,则框架部分的延性要求要提高,会导致用钢量的增加,经济性降低。

(2)沿结构单元的两个主轴方向,按《抗震规范》地震力计算出结构弹性阶段层间位移角,对于高度不大于150m的高层建筑,其位移角限值应不大于1/800。

(3)结构的重力荷载效应和地震效应组合后,剪力墙边框柱的配筋不至于由拉力控制,即剪力墙受拉区的边柱,按拉力计算出的竖向钢筋量,应该小于按受压状态计算出的钢筋量。

(4)剪力墙数量的设置还应考虑抗震设防烈度、场地类别、场地土、地震分组、建筑总高、结构总

移越大,为了把侧向位移控制在一合理的范围内就需要结构体系提供合理的结构刚度。纵观各种结构

体系,框架结构体系柱网布置灵活,可获得较大的使用空间,但由于其侧向刚度较小,水平侧移大,用于较高的建筑时,需要截面较大的梁、柱构件才能满足规范变形限值的要求,而大截面的构件减小了有效使用空间,使其使用范围受到了限制;剪力墙结构体系其侧向刚度大,水平侧移小,但由于剪力墙的间距小,平面布置不灵活,建筑空间受到限制,同时由于自重大,刚度大,使剪力墙结构的基本周期短,地震惯性力较大,因此高度很大的剪力墙结构并不经济;而框-剪结构体系综合了框架结构、剪力墙结构两者的优点,使其既能灵活布置大空间与小空间房屋,又具有较大的侧向刚度,且经合理设计的框-剪结构经济性好,因此在高层建筑中得到了广泛的应用并通常作为首选。对于抗震设防的建筑来说,框-剪结构具有两道抗震防线,即剪力墙与框架,比单一的抗侧力结构体系有很大的优越性。做为第一道抗震防线的剪力墙决定了结构刚度,因此对框-剪结构来说要保证其合理设计(承载力、延性、经济性等),主要是控制其中剪力墙的合理布置位置和数量及其构造措施。

1)剪力墙的合理数量。框-剪结构中剪力墙的

128　　　　　　　　　　　甘　肃　科　技　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷

的的剪力墙提供,而双肢墙和多肢墙,一个方向的刚

度由该方向的剪力墙和相连的翼缘共同提供。当把纵横墙连成T、L形及封闭形时,可充分发挥剪力墙自身刚度,避免同方向的所有剪力墙同时在结构底部屈服而形成不稳定的屈服机构。

(6)剪力墙宜设置在不需要开大洞口的位置。这样可形成刚度较大的抗侧力构件,因为框-剪结构中的剪力墙,其片数是有限的,为了使其起到主要抗侧力构件的作用,每片剪力墙都需要一定的刚度,如剪力墙上开大洞口,则其刚度被大大削弱,这与设置剪力墙的初衷相违背。

3)剪力墙的位置和数量的验证。剪力墙布置的位置和数量是否合适应通过一定的方法检验。侧向位移满足《高层规程》的要求,是合理设计的必要条件之一,但不是充分条件,即合理设计其侧向位移一定要满足规范的限值,但位移满足了规范限值的结构不一定是合理结构,还要考虑周期、地震力大小等综合条件。因为抗震设计时,地震力的大小与结构的侧向刚度直接相关,侧向刚度小,则吸收的地震力也小,侧向位移也可能在规范允许的范围内,此时的结构设计不一定是合理设计,所以在满足侧移条件以及高层结构设计需控制的轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比、刚重比、层间受剪承载力比等目标参数外,还应考虑其他的综合因素。

(1)通过结构自振周期的验算剪力墙的布置,对于正常的设计,不考虑周期折减的结构计算自振周期,框-剪结构其第一振型的周期T1=(0.06～0.12)n,第二、三振型的周期近似为T2=(1/3～1/5)T1,T3=(1/5～1/7)T1。

(2)通过结构底部的计算剪力来验证剪力墙的布置。一是结构底部的剪重比要大于规范规定的最小限值,二是对于截面尺寸、结构布置都比较正常的结构,其位移曲线应为反S形曲线,且接近直线,在刚度比较均匀的情况下,位移曲线应连续光滑,无明显的突变和拐点。

4)剪力墙的构造。结构的抗震构造措施应和抗震计算具有同等重要的地位,在进行概念设计时,构造措施甚至比抗震计算还要重要。在注意满足规范要求的同时,尚应注意以下几点:

(1)框-剪结构中的剪力墙一般是零星分散布置的,所形成的结构刚度并不很大,为了使剪力墙成为主要的抗侧力构件,《抗震规范》第6.1.8条规定

重力荷载、框架结构的刚度等多方面因素的限制。

2)剪力墙的合理布置位置。除剪力墙的设置数量外,还需正确确定剪力墙的位置,地震造成的扭转破坏多数是由于剪力墙布置不恰当造成的。剪力墙的布置方式决定了框-剪结构的刚度,剪力墙应沿结构的纵横两个方向布置,且在每个方向上做到分散、均匀、周边、对称。在独立结构单元的纵向和横向,均应沿两条以上且相距较远的轴线设置剪力墙,使结构具有尽可能大的抗扭转能力。一般情况下,剪力墙宜布置在竖向荷载较大处,平面形状变化处和楼盖水平刚度变化处,如角隅、端角、凹角等应力集中处;楼电梯间因楼面开洞严重削弱了楼板的刚度,为保证框架和剪力墙协同工作也应设置剪力墙。但是纵向剪力墙不宜设置在结构单元的两端,以免纵向框架梁和楼板因受到变形约束的区段过长而产生较大的收缩和约束应力。具体分述如下。

(1)分散:剪力墙的布置应考虑地震力分散作用于刚度大致相等的多片剪力墙上。如果一两片剪力墙的刚度很大(相对于其余剪力墙),按照刚度理论,地震力首先集中作用在此剪力墙上,会造成该墙体内力很大,截面及基础设计困难,且当此首先受力的大刚度剪力墙一旦屈服破坏后,其余较弱的剪力墙和框架很难额外担负起该剪力墙传来的很大地震力,以致出现各个击破从而导致建筑物的破坏。

(2)均匀:同方向的剪力墙应均匀地布置在建筑平面的各个区段,而不是集中地布置于同一区段内,以防止楼盖因较大的水平变形导致地震力在各榀框架中的不均匀分配,同时每道剪力墙承受的水平力不宜超过总水平力的40%,以避免该片剪力墙对刚心位置影响过大及基础承担过大的水平力,且其一旦破坏对整体结构不利。

(3)周边:剪力墙应尽可能地沿结构平面的周边布置。在同等剪力墙面积的情况下,沿周边布置可获得结构抗力的较大水平力臂,充分提高整个结构的抗扭转能力,同时又减小位于周边而受室外温度变化的不利影响。

(4)对称:剪力墙应尽量做到对称布置,如果在平面上难于做到对称布置时,可通过调整剪力墙的长度与厚度,使结构的抗侧刚度中心尽量与质量中心相接近,缩小质心与刚心的偏心距,以减弱地震时结构的扭转振动。

(5)在一个结构单元内,同一方向的各片剪力

墙不宜是单肢墙,应多设置一些双肢墙和多肢墙。“一、二级抗震墙的洞口连梁跨高比不宜大于5,且因为对于单肢墙来说,一个方向的刚度仅由该方向梁截面高度不宜小于400”,这是要求连梁的刚度不

第18期　　　　　　　　　　　杨　华:框架-剪力墙结构的合理设计宜太小。相反,在剪力墙结构中,由于墙体多而密,所形成的结构整体刚度往往过大,吸引的地震力大,因此,《抗震规范》第6.1.9条规定较长的抗震墙宜开设洞口,将一道抗震墙分成长度较均匀的若干墙段,洞口连梁的跨高比宜大于6,各墙段的高宽比不应小于2,这是要求连梁刚度不宜太大。规范的这些要求是通过控制剪力墙连梁的刚度,来调整剪力墙墙体的刚度,从而使结构整体刚度调整至合适程度,更好地发挥开洞剪力墙的作用。

(2)一片剪力墙的长度不应大于8m,当超过时,应利用洞口分割成两片墙,当功能上不需要洞口时,洞口可用轻质材料填充,因为过长的剪力墙中央部分的钢筋尚未达到屈服阶段,其端部的钢筋早因变形过大被拉断而破坏,这对在核心筒位置布置的剪力墙应特别注意。

(3)框-剪结构是典型的双重抗侧力结构体系,抗震设计中,通常剪力墙作为第一道抗震防线首先屈服,框架作为第二道抗震防线。框架在剪力墙屈服后增加了荷载效应,应让框架有足够的安全储备,规范中对框架总剪力的调整有明确的规定。在框-剪结构中,无论在剪力墙屈服以后(剪力墙刚度退化),或者在框架部分构件屈服以后(框架刚度退化),另一部分抗侧力结构仍能发挥较大作用,在两(上接第40页)维护终端上看到有2725的告警:ADJACENTCELL

IDENTIFIERCONFIGURATION

ERROR,分析此告警的INFORMATION的内容,检

129

部分之间会发生内力重分布,它们仍能够协同变形

共同抵抗地震而不至于倒塌。总之,适当处理构件的强弱关系,使其形成多道抗震防线,充分发挥双重抗侧力结构体系的作用,保证结构的承载力和良好的延性,是增强结构抗倒塌能力的重要措施。

通过以上的分析可知,要对框-剪结构做出合理的设计,就要对框-剪结构中的剪力墙做出合理的设计,包括剪力墙的合理数量及布置位置、其构造措施等,并应通过一定的方法验算其合理性,使其满足安全、经济合理的使用要求。在具体工程中,应首先在概念分析的基础上进行试算,当其满足规范中的位移、地震周期、侧移曲线等各方面的要求时,可认为剪力墙的设置是合理的,再辅以正确合理的构造措施,这样才可能做出合理的框-剪结构的设计。

参考文献:

[1]　GB50011-2001.建筑抗震设计规范.[2]　JGJ3-2002.高层建筑混凝土结构技术规程.

[3]　张维斌.多高层钢筋砼结构释疑及工程实例.中国建

筑工业出版社.

[4]　李国胜.砼结构设计禁忌及实例.中国建筑工业出版

社.

[5]　高立人,等.高层建筑结构概念设计.中国计划出版社.

LAC配置、网络容量、话务量分布、切换参数、基站

的地理环境、基站频率规划、无线特性参数、跳频参数,无线覆盖范围等许多因素,结合无线系统接通率、系统接通率、来话接通率、掉话率、切换成功率、坏小区比例、话掉话比等网络运行指标来全面分析、评估当前网络的运行状况,来进行网络的优化。交换系统的参数调整是一个相对稳定的过程,而无线网络的参数调整、数据修改是一个动态、不断完善的循环过程,严格遵循网络评估测试———问题初步定位网络问题分析———优化方案制定———方案实施———网络评估测试的优化流程,在优化过程中需要坚持调整———观测———调整,保证网络始终运行在一种最佳的工作状态,为用户提供满意的服务。

参考文献:

[1]　WilliamC.Y.Lee.移动通信工程理论和应用.[2]　WilliamStalling.数据通信.

[3]　张威.GSM网络优化———原理与工程.

查和修改相应的BTS相邻小区数据配置,使之与实

际相符。若有遗漏的相邻小区,可用ZEAC添加,主要参数有INDEX、MCC、MNC、LAC、CI、FREQ、BCC、ABTS、ANAME等。在基站调整、搬迁之后,就需要及时解决切换问题。实际经验表明,通过以上的工作,可以大幅度的降低掉话率,提高切换成功率,改善网络性能。

GSM网络优化是一项复杂、艰巨、长期、循序渐进的系统工程,需要在不断的探索过程中积累经验。网络优化工作以网络服务于市场为原则,为市场的经营和业务的发展提供可靠的支撑和保障,为用户提供高效、优质的网络服务。GSM网络优化需要结合用户投诉,考虑用户对网络的感受及当前开放的业务种类等因素,对网络参数进行调整。交换网络、无线网络的优化,需要考虑交换机负荷、MSC下的