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        基于高層住宅中混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

        2018-05-14 14:58:28唐景文
        關(guān)鍵詞:高層住宅優(yōu)化設(shè)計(jì)

        唐景文

        【摘要】隨著城市的高速發(fā)展,高層住宅建筑建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多,高層住宅結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能也成為了人們關(guān)注焦點(diǎn)。目前,混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅中應(yīng)用十分廣泛,能夠很好的滿(mǎn)足高層建筑抗震性能的要求。本文將通過(guò)對(duì)高層住宅中混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹,分析研究其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并提出一些優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,為相關(guān)工作者提供參考。

        【關(guān)鍵詞】高層住宅;混凝土剪力墻結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

        1、引言

        近年來(lái),受城市用地緊張的影響,我國(guó)的民用住宅逐步向高層化發(fā)展。高層建筑的高容積率和低土地占用率,極大的緩解了城市人口暴增后的居住和空間問(wèn)題?;炷良袅Y(jié)構(gòu)因其具有較好的靈活性,能夠滿(mǎn)足建筑的各種功能需求,且穩(wěn)定性和抗震性都較強(qiáng)的特點(diǎn),在高層住宅中應(yīng)用十分廣泛。

        2、高層住宅混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)概述

        2.1混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

        在高層建筑當(dāng)中,通過(guò)混凝土構(gòu)成的墻體結(jié)構(gòu)以及樓板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱,實(shí)現(xiàn)承重的目的,就是混凝土剪力墻。其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:

        (1)承載能力較強(qiáng),同時(shí)還具備較強(qiáng)的抗側(cè)力能力;

        (2)受到水平荷載的作用時(shí),抵抗能力較強(qiáng),很難發(fā)生側(cè)移,能夠?yàn)榻ㄖ峁└蟮氖覂?nèi)空間:

        (3)剪力墻自身的重量較大,當(dāng)發(fā)生地震時(shí),抗震性能較好;

        (4)在進(jìn)行施工時(shí),工序較為繁瑣,對(duì)工藝的要求較高,相對(duì)整體成本支出也較大:

        2.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

        混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層住宅結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)水平的高低,不僅關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)利益,而且對(duì)整棟建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定有著巨大的影響。因此,應(yīng)對(duì)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),相關(guān)基本原則有以下幾點(diǎn):

        (1)在優(yōu)化設(shè)計(jì)中,用盡量減少混凝土剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中使用的數(shù)量;

        (2)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)于墻肢的設(shè)計(jì),應(yīng)減少相關(guān)邊緣構(gòu)件的數(shù)量:

        (3)在進(jìn)行混凝土剪力墻設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)參考即使用較少的抗側(cè)力構(gòu)件,又可以滿(mǎn)足建筑的抗側(cè)和抗扭剛度設(shè)計(jì)要求。

        3、高層住宅中混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

        3.1混凝土剪力墻整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上“強(qiáng)周邊、弱中部”

        這種混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化的核心在于,進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量將建筑外圍的墻體設(shè)計(jì)為剪力墻,而對(duì)于高層住宅中部,要盡量設(shè)計(jì)較少或者不設(shè)置混凝土剪力墻。部分高層建筑還會(huì)將住宅的窗臺(tái)位置,設(shè)計(jì)成高連梁形式,來(lái)提升剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是:

        (1)可以有效的提升高層住宅建筑的抗扭剛度,能夠有效的對(duì)周期比、位移比等關(guān)鍵建筑指標(biāo)進(jìn)行控制。

        (2)通過(guò)混凝土剪力墻的設(shè)置,建筑的外墻防滲透性能得到了有效提升,防水性能更強(qiáng)。

        3.2混凝土剪力墻長(zhǎng)度設(shè)計(jì)上“多均勻長(zhǎng)墻、少短墻”

        在進(jìn)行混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),可以考慮將剪力墻放在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)承受能力、豎向荷載能力最佳的隔墻位置,這是在設(shè)計(jì)時(shí),需要注意幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn):

        (1)相鄰混凝土剪力墻之間的間距要增大,避免短距離出現(xiàn)多道混凝土剪力墻;

        (2)可以通過(guò)延長(zhǎng)混凝土剪力墻的墻肢長(zhǎng)度,來(lái)降低混凝土剪力墻設(shè)計(jì)的數(shù)量,一般情況下,剪力墻的長(zhǎng)度要小于8米。

        這樣設(shè)計(jì)的核心在于,通過(guò)增加混凝土剪力墻的長(zhǎng)度,達(dá)到減少混凝土剪力墻的數(shù)量的目的,還能提升建筑住宅結(jié)構(gòu)的抗側(cè)性能和減少邊緣構(gòu)件的使用數(shù)量。此外,通過(guò)剪力墻的數(shù)量減少,以及相鄰剪力墻的距離增大,提升了高層住宅的建筑空間。

        3.3墻肢更多選擇L、T、十字形,少形狀轉(zhuǎn)折

        如果在進(jìn)行高層住宅混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),剪力墻出現(xiàn)較多的轉(zhuǎn)折或者小墻垛設(shè)計(jì),可能會(huì)導(dǎo)致暗柱數(shù)量的增加,從而對(duì)建筑當(dāng)中的邊緣構(gòu)件造成影響。因此,設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)注意減少或者杜絕這種情況的出現(xiàn)。例如:可以通過(guò)將混凝土剪力墻的形狀設(shè)計(jì)成L形、T形或者井字形等,代替較小的或者連續(xù)的剪力墻轉(zhuǎn)折。

        3.4墻肢間多連續(xù)、少半框,避免獨(dú)立墻肢出現(xiàn)

        在進(jìn)行混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),可以考慮將不同方向的剪力墻,通過(guò)相連的連梁、框架梁,將它們組成一個(gè)整體結(jié)構(gòu),不僅提升了高層住宅的抗震性能,而且還具備很好的抗風(fēng)效果。此外,在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),為了提升整個(gè)高層住宅的抗側(cè)剛度,減少剪力墻的設(shè)置數(shù)量,應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)中出現(xiàn)半框墻肢,尤其是獨(dú)立墻肢的出現(xiàn)。

        3.5剪力墻配筋優(yōu)化設(shè)計(jì)

        一般情況下,在進(jìn)行混凝土剪力墻配筋時(shí),都是按照最小的配筋率進(jìn)行構(gòu)造配筋。影響混凝土剪力墻鋼筋用量的主要因素是剪力墻的厚度,所以在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)混凝土剪力墻厚度的控制。

        在對(duì)高層住宅的抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),如果經(jīng)過(guò)測(cè)算,底層剪力墻的軸壓比符合建筑的抗震規(guī)范要求,在設(shè)計(jì)時(shí),可以只設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。如果軸壓比已經(jīng)超過(guò)了規(guī)定要求,則需要增加約束邊緣構(gòu)件。兩者的差別,對(duì)進(jìn)行混凝土剪力墻配筋有著巨大的影響。因此,在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),可以通過(guò)提升剪力墻肢的界面面積,確保軸壓比符合建筑抗震規(guī)范要求,這樣就可有有效的減少鋼筋的使用量,提升整棟建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

        3.6剪力墻厚應(yīng)該沿住宅結(jié)構(gòu)整體高度均勻變化

        如果在混凝土剪力墻的設(shè)計(jì)中,出現(xiàn)上下厚度不均勻的情況,會(huì)降低建筑的剛度,減弱建筑物的抗震性能。因此,在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)于剪力墻的厚度,應(yīng)當(dāng)參考住宅結(jié)構(gòu)的整體高度,隨著高度的增加,均勻的變化。

        結(jié)語(yǔ):

        綜上所述,隨著我國(guó)城市化腳步的不斷加快,城市的人口呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng),與此同時(shí),建筑住宅用地的不足,導(dǎo)致城市居民的居住問(wèn)題日益突出。高層住宅建筑在此背景下,得到了迅猛的發(fā)展。作為高層住宅主要的建筑結(jié)構(gòu)之一,混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)由于抗震性能好,安全系數(shù)高的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用。相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者,應(yīng)當(dāng)不斷提升對(duì)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的熟悉和了解,采用科學(xué)的方法對(duì)設(shè)計(jì)方案不斷的優(yōu)化和完善,推動(dòng)我國(guó)高層住宅建筑的可持續(xù)發(fā)展。

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