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高層建筑中框支剪力墻的應用

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一、框支剪力墻的適用范圍
當底層需要大空間時,采用框架結構支撐上部剪力墻,就形成框支剪力墻。剪力墻一般可以分為平面的剪力墻以及筒體剪力墻。前者通常應用用于鋼筋混凝土的框架結構,還有升板結構中。為了能夠提高結構剛度和強度,提高在地震中的抗震性,在一些部分也可以現澆或預制裝配鋼筋混凝土剪力墻。這種現澆的剪力墻模式是通過與周圍梁柱一起澆筑的,具有良好的整體性。而筒體型往往見于高層建筑、高聳結構以及懸吊的體系中,一半經電梯間、樓梯間、輔助用房等間隔墻圍成,這些筒壁都是現澆鋼筋混凝土的結構,它的強度剛度較大,能夠承載更高的水平荷載。
二、框支剪力墻結構設計
框支剪力墻結構屬于剪力墻結構的一種特殊形式,這種情況下底層的豎向荷載和水平荷載為底層框架及落地剪力墻來承擔,主要特點是側向剛度在框支層頂樓蓋發生突變。有關震害資料表明:這種結構在地震作用下往往由于從上到下剛度突變,底層框架剛度太弱、強度不足、側移過大、延性不足而出現破壞,所以在地震區不宜采用無落地剪力墻的框支剪力墻結構。應在結構的平面布置中設置一定數量的落地剪力墻,道數不宜少于上部剪力墻道數的50%。而且要保證下部剪切剛度不宜小于相鄰層剪切剛度的50%。為保證落地剪力墻與框架的協同工作,落地剪力墻間距不宜大于4個開間,也不大于24m。同時,應特別加強剛性過渡層樓蓋,使其具有足夠的剛度和抗力,并與剪力墻牢固連接。
三、框支剪力墻應用的重點分析
現代高層建筑向多功能、綜合用途發展,在同一豎直線上,頂部樓層布置住宅、旅館,中部樓層作為辦公用房,下部樓層作商店、餐館、文化娛樂設施。不同用途的樓層,需要大小不同的開間,采用不同的結構形式。因此,如何解決剪力墻結構底部樓層設置大空間,一直是建筑和結構兩方面都非常關心的問題。我國研究人員早在70年代就通過理論分析和試驗研究,提出了底部大空間剪力墻結構體系的概念。因為剪力墻的剛度遠遠大于框架柱,只要有部分剪力墻落地,便會大大改變結構的剛度分布,防止底層變形集中,其工作性質就接近于一般的剪力墻結構,從而有效地防止了結構在地震中的破壞。這結構就是框支剪力墻的結構,在其高層建筑應用中要注意如下的一些問題:
(一)必須協調好框支墻與落地墻的比例。地震區要限制框支墻的總棍數不超過全部橫墻損數的50%,即框支墻占比例在l/2以內。
(二)避免在框支樓蓋頂處發生剛度急劇突變,為了保證剛度的變化能順利地傳遞和轉變,必須對框支樓蓋層的設計作特殊的要求,如板厚不宜小于180mm,采用現澆鋼筋混凝土滿足剛度要求,應采用雙向上下配筋適當提高配筋率,樓板盡量不開洞。
(三)框支梁、柱截面的確定。框架梁柱是底部大空間部分的重要支承,它主要承受垂直荷載及地震傾覆力矩,其斷面尺寸要通過內力分析,從結構強度、穩定和變形等方面確定。
(四)增加落地剪力墻的厚度(不宜超過原墻厚2倍),提高落地剪力墻與框架柱的強度等級,減少洞口尺寸,控制落地剪力墻的間距不宜大于建筑物寬度的2.5倍;把落地剪力墻組合布置成筒狀或工字形等來增加結構底部的總抗側剛度。
(五)框架最上層設置設備層,作為剛度的過渡層,使結構轉換層上下剛度較為接近。
四、目前存在的一些問題
目前,框支剪力墻在實際應用中已經經過了實踐的檢驗,通過與落地剪力墻的協作可以達到很好的抗震性。但是,有些問題仍然值得大家去探討,這里拋磚引玉,指出幾個方面:
(一)寬高比對剪力墻出平面彎曲變形和內力影響在理論上需要更深入探討,此外,剪力墻端部彎矩應考慮剪力墻與樓板連接來確定其分布。
(二)剪力墻平面外剛度及承載力都相對很小,如何確定不同板厚、不同墻厚及不同跨度情況下使得剪力墻出平面彎矩最小且滿足相應墻厚出平面承載力要求,達到經濟、安全最優化結果,是一個值得探討的問題。
(三)照偏心受壓構件正截面配筋來確定剪力墻的出平面承載力配筋設計且偏于安全,但配筋量有點偏大,當高寬比不同時,其折減系數取多少也是需要繼續研究的問題。
參考文獻:
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