高层结构剪力墙的布置优化设计
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高层剪力墙结构的优化设计探讨1. 剪力墙平面布置的优化:对齐,均匀,分散,对称,周边。
建筑方案的平面布局对结构的经济性有很大的作用,这就要求在方案阶段,建筑设计要多与结构设计人员进行详细沟通。
建筑方案布置避免建筑平面的凹凸不规则,楼板局部不连续,扭转不规则等平面不规则建筑。
建筑平面内部墙体的布置尽量拉通对直,就是上下或左右的墙体最好在一个轴线上。
建筑平面的布局,尽量上下或左右对称,避免大的外挑,避免转角窗。
建筑的楼梯、电梯核心筒体尽量不要在主体平面之外,减少大的偏置。
结合建筑平面,结构剪力墙沿纵横两个方向布置,两个方向剪力墙数量基本一致,使两个方向结构刚度接近。
剪力墙布置一般在建筑平面形状或刚度变化处、楼梯间和电梯间周围,房屋各区段的两端或周边。
剪力墙的布置,拉通对直,避免出现大于8米的长墙,避免短肢墙。
短肢墙的配筋率需要提高,所以为了避免短肢墙,墙体长度要满足8倍墙体厚度以上,例如标准层200mm厚度的剪力墙,一般长度在1.8米以上。
单片剪力墙的长度不宜过大,一般不宜超过8米。
过长墙肢通过增设弱连梁,使墙肢断开,墙肢长度一般取不小于8倍墙厚。
避免一字墙体,尤其外围门窗洞边上剪力墙,尽量做成“L”形(同建筑专业协商确定),并保证墙肢长度尽量不小于3倍墙厚度,这样满足有效翼墙条件。
当实际端部长度太短难以满足3倍墙厚度时候,可以做成端柱,端柱的长宽均不小于2倍墻厚度。
对于剪力墙布置,尽量用“L”代替倒“T”形状布置,节省了转角柱子的配筋。
以计算结果满足高规要求为前提,调整剪力墙使整体刚度均匀(刚心和质心接近),抗扭刚度,侧移刚度合理。
软件的计算结果为导向,位移角满足规范要求即可,满足位移比小于1.2。
周期前两个阵型应该是平动为主,且主阵型方向占80%以上。
其余计算指标满足规范要求。
2.剪力墙竖向布置避免三种竖向不规则:竖向构件抗侧力构件不连续(如带转换层建筑),侧向刚度不规则,楼层承载力突变。
这三种竖向不规则也要求结构与建筑专业、业主协商。
高层建筑剪力墙结构优化设计摘要:以高层或超高层建筑为代表的现代建筑在利用城市上下垂直立体空间、缓解城市土地利用压力、满足城市居民的工作与生活需求方面发挥着重要作用,是城市建设、尤其是特大型或大型城市建设中必不可少的建筑类型。
现代建筑普遍具有体型大、功能多、结构复杂、形式多样等特点,对建筑结构设计的抗震性能、安全性能、稳定性能要求较高,建筑内各结构的有机衔接与高度适配可以切实提高超高层建筑的施工质量与建筑安全性。
关键词:高层建筑;剪力墙;优化设计引言随着城镇化的进一步推进,建筑行业也得到了较好的发展机会,而在土地资源相对稀缺的城市,住宅建筑有效使用空间面积最大,使用效率最高,其是现代房地产建筑的主流产品。
但是,住宅建筑尤其是高层住宅建筑,其对安全性、稳定性等的要求更高。
在这种情况下,剪力墙结构因具备灵活度高、刚度大、稳定性和抗震性好、实用性强、美观度高等特点,逐渐成为当代建筑结构的首选。
另外,剪力墙结构设计也成为建筑结构设计中不可或缺的重要内容之一。
做好剪力墙结构设计,进一步优化设计方案,是提高建筑结构的安全性、美观性和经济性的关键。
1剪力墙含义剪力墙也可以称为抗风墙、抗震墙、结构墙。
合理建设剪力墙能有效提升建筑物抵抗强风灾害或地震自然灾害等能力,进而使建筑得到更好的保护。
剪力墙通常使用钢筋混凝土建设而成,它主要有平面剪力墙、筒体剪力墙2种不同的类型。
在建筑物的钢筋混凝土框架结构、升板结构以及无梁楼盖体系中通常使用平面剪力墙,使用现浇或预制装配钢筋混凝土平面剪力墙可以有效提升建筑物的强度以及扛倒塌能力,同时还能够确保建筑结构具备足够的完整性。
在高层建筑、高耸结构以及悬吊结构中一般使用筒体剪力墙,这类筒体剪力墙通常为电梯间、楼梯间、设备以及辅助用房的间隔墙围成,筒壁的主要材料也是钢筋混凝土。
与平面剪力墙相比,筒体剪力墙的水平荷载承受能力更强。
以结构材料作为分类依据,剪力墙主要包含钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙、型钢混凝土剪力墙、配筋砌块剪力墙4种不同类型。
高层剪力墙住宅结构优化设计
在高层住宅的各类结构体系中, 钢筋混凝土剪力墙结构的经济指标最好,因而成为高层住宅中最主要的结构形式。
房地产开发商为了控制结构成本, 多数会在设计合同或合同附件里提出结构用钢量及混凝土用量的上限要求。
1 结构布置
1、1 剪力墙布置
剪力墙布置的基本原则是:尽量减少剪力墙数量, 且各墙肢布置时应考虑如何减少边缘构件, 以期通过布置较少的抗侧力构件获得满足规范要求的抗侧、抗扭刚度。
具体措施如下:
(1)强周边, 弱中部
剪力墙尽可能布置在结构周边外围护墙位置, 必要时可利用房间窗台设置高连梁以加强刚度。
在结构中部宜减少剪力墙的布置量(如中部楼电梯间附近) ,以便于提高主体结构的抗扭刚度, 控制结构的周期比与位移比, 同时有利于建筑外墙防水。
( 2)多均匀长墙(长度[ 8m) , 少短墙
在保证竖向及水平承重情况下, 要精心选择对结构承受水平及竖向荷载有利的隔墙位置设置剪力墙,尽量拉大剪力墙的布置间距, 避免在较小的间距内布置多道剪力墙。
通过加长剪力墙墙肢长度, 减少剪力墙数量, 使结构整体抗侧刚度增加, 边缘构件数量减
少, 且由于墙间距拉大, 增加了建筑平面布置灵活性。
高层剪力墙住宅结构优化设计1. 引言随着我国城市化进程的不断推进,高层住宅建筑已经成为城市居住的主要形式之一。
剪力墙结构作为高层住宅建筑中常用的一种结构形式,其设计合理性对建筑的安全性、稳定性和经济性具有重要影响。
本文将探讨如何对高层剪力墙住宅结构进行优化设计,以提高其性能和效益。
2. 剪力墙结构特点及优化目标剪力墙结构具有较高的抗侧刚度、良好的抗震性能和较大的使用空间,但其自重较大,材料消耗较多,且墙体较为厚重,影响室内采光和通风。
因此,剪力墙结构的优化应围绕提高结构性能、降低成本、改善室内环境等方面展开。
3. 结构优化设计方法3.1 合理布置剪力墙1.根据建筑平面布局和功能需求,合理划分剪力墙的位置和尺寸,使墙体既能够满足结构受力需求,又能够兼顾室内空间使用。
2.在保证结构安全的前提下,适当减小墙体厚度,以降低自重和提高空间利用率。
3.2 采用新型材料及构件1.采用高强度钢材、高性能混凝土等新型材料,以提高剪力墙的承载能力和降低自重。
2.引入钢框架、空腹墙等新型构件,以提高结构的抗震性能和减小墙体厚度。
3.3 优化结构体系1.采用框架-剪力墙结构,使剪力墙与框架共同承担水平力,提高结构的整体稳定性。
2.考虑采用多重剪力墙体系,通过设置多道墙体,提高结构的抗侧刚度和抗震性能。
3.4 合理设置连梁1.合理设置连梁的截面尺寸和连接方式,以提高剪力墙之间的协同工作性能。
2.考虑连梁的屈服强度和极限强度,以保证结构在地震作用下的安全性。
4. 结构优化设计实例以一栋18 层的高层剪力墙住宅为例,采用上述优化方法进行设计。
经过优化,该结构在满足安全性的前提下,自重降低约 10%,墙体厚度减小约 20%,且室内空间利用率得到提高。
5. 结语高层剪力墙住宅结构优化设计应注重合理布置剪力墙、采用新型材料及构件、优化结构体系和合理设置连梁等方面。
通过这些方法,可以提高结构的性能和效益,满足现代城市居住的需求。
6. 结构优化设计软件应用在实际设计过程中,为了更好地实现结构优化,可以借助结构优化设计软件进行模拟和分析。
关于绿色建筑的高层剪力墙结构优化设计绿色建筑是一种注重环境保护和资源节约的建筑设计理念。
在建筑结构设计方面,高层建筑的剪力墙结构是一种常用的结构形式。
优化剪力墙结构设计是绿色建筑中的重要内容,能够提高建筑结构的稳定性和抗震性能,减少材料的使用量,降低建造和维护成本,进一步实现绿色建筑的目标。
绿色建筑的设计理念是尽量减少对环境的负面影响。
在高层建筑的剪力墙结构设计中,可以采用以下优化方法:1.合理布局:根据建筑的形状和用途,合理确定剪力墙的布局位置。
通常剪力墙的布局应尽量呈对称或轴线对称形式,以达到更好的建筑结构与抗震性能。
2.减小剪力墙厚度:在保证抗震性能的前提下,优化剪力墙的厚度,减小剪力墙的材料用量。
可以通过使用高强度材料、增加剪力墙纵向的钢筋数量等方式实现。
3.优化剪力墙的形状:研究表明,剪力墙的形状对其抗震能力有很大影响。
可以通过调整剪力墙的宽度和高度比例,优化剪力墙的截面形状,提高其抗震性能。
4.加固剪力墙节点:剪力墙结构的弱节点往往容易发生破坏,影响整个建筑的抗震性能。
通过在剪力墙节点处增加加固措施,如加大墙身钢筋的截面积、设置钢板等,可以明显提高节点的承载能力和抗震性能。
5.使用新型材料:绿色建筑倡导使用环保材料,对于高层建筑的剪力墙结构设计也是一样。
可以考虑使用高性能混凝土、高强度钢材等新型材料,提高建筑结构的抗震性能和稳定性。
绿色建筑的高层剪力墙结构优化设计是一项复杂而综合性的工作。
需要综合考虑建筑形状、用途、地质条件等一系列因素,以及选用合适的材料和优化的结构形式,通过科学的设计手段和现代技术手段,最大程度地提高建筑结构的抗震性能和稳定性,实现绿色建筑的目标。
高层剪力墙住宅结构优化设计在当今城市建设的快速发展中,高层剪力墙住宅成为了满足人们居住需求的重要建筑形式。
然而,要实现安全、经济、舒适的居住环境,高层剪力墙住宅的结构优化设计至关重要。
剪力墙结构是一种以剪力墙为主要抗侧力构件的结构体系,具有良好的抗震性能和空间整体性。
在高层住宅中,剪力墙的布置和设计直接影响着建筑物的安全性、经济性和使用功能。
首先,在进行结构优化设计时,需要充分考虑建筑的使用功能和空间布局。
例如,客厅、卧室等主要房间应尽量避免剪力墙的遮挡,以保证空间的开阔和采光的充足。
同时,要根据建筑的平面形状和尺寸,合理布置剪力墙,使其能够有效地抵抗水平荷载,如风力和地震力。
在剪力墙的布置上,应遵循均匀、对称的原则。
均匀布置可以使结构在各个方向上的刚度相近,减少扭转效应;对称布置则可以避免结构在水平荷载作用下产生过大的偏心,从而提高结构的抗震性能。
此外,剪力墙的长度和厚度也需要进行合理的设计。
过长或过厚的剪力墙不仅会增加结构的自重和造价,还可能导致结构的刚度过大,吸收过多的地震能量,从而对结构的抗震不利。
结构材料的选择也是优化设计的一个重要方面。
高强度的钢材和高性能的混凝土可以在保证结构强度的前提下,减小构件的截面尺寸,从而增加使用空间,降低工程造价。
但在选择材料时,也要考虑到施工的可行性和成本。
在计算分析方面,采用先进的结构分析软件可以更加准确地模拟结构在各种荷载作用下的受力情况。
但需要注意的是,软件的计算结果只是一个参考,设计人员还需要结合工程经验和规范要求进行判断和调整。
例如,对于一些特殊的部位,如剪力墙的底部加强区、转换层等,需要进行更加细致的分析和设计。
在优化过程中,还需要考虑施工的便利性。
复杂的结构形式和节点设计可能会增加施工的难度和周期,从而增加成本。
因此,在设计时应尽量简化结构形式,采用标准化的构件和节点,以提高施工效率。
同时,经济性也是结构优化设计中不可忽视的一个因素。
通过合理的设计,可以在保证结构安全的前提下,减少材料的用量,降低工程造价。
高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略随着城市化进程的加快和人口的不断增长,高层民用建筑的建设已经成为了城市发展的重要组成部分。
而在高层建筑的结构设计中,剪力墙结构因其较好的抗震性能和结构稳定性而备受青睐。
本文将从剪力墙结构的设计特点以及优化策略两个方面进行探讨,以期为高层民用建筑的结构设计提供一些参考和指导。
一、剪力墙结构的设计特点1. 抗震性能好剪力墙结构的一个显著特点就是其较好的抗震性能。
剪力墙结构可以有效地抵抗地震引起的水平荷载,从而保障建筑在地震发生时的整体稳定性。
这是因为在地震发生时,建筑结构会受到水平方向的作用力,而剪力墙结构的设置可以在一定程度上减小结构的位移,从而减轻地震对结构的影响,提高建筑的抗震性能。
2. 结构稳定性高剪力墙结构还具有较高的结构稳定性。
在高层建筑中,结构的稳定性是非常重要的,剪力墙结构通过在建筑不同部位设置剪力墙,可以有效地提高建筑的整体结构稳定性,减小结构的变形和振动,保障建筑在使用过程中的安全性和稳定性。
3. 建筑空间利用率高剪力墙结构的设计可以有效地提高建筑的空间利用率。
在建筑结构设计中,通常会考虑到建筑的空间利用率,尤其是在高层建筑中。
而剪力墙结构可以通过在建筑的外围或内部设置剪力墙来实现结构的稳定,而不需要增加大量的柱子或梁,从而提高了建筑的空间利用率。
4. 施工便利剪力墙结构的施工也相对便利。
剪力墙结构相对于其他结构形式来说,其施工过程更加简单,施工难度也较低,从而可以有效地节约施工时间和成本,提高施工效率。
二、剪力墙结构的优化策略1. 合理确定剪力墙布置位置在设计剪力墙结构时,需要合理确定剪力墙的布置位置。
通常剪力墙应该布置在建筑结构的承重墙或外围墙等位置,以确保结构的整体稳定性。
还需要考虑剪力墙的数量和间距,以及结构的布置方式,从而在保证结构稳定性的前提下提高建筑的空间利用率。
2. 采用新型材料和技术在剪力墙结构的设计中,可以考虑采用一些新型材料和技术来进一步优化结构设计。
高层剪力墙住宅结构优化设计高层剪力墙住宅结构优化设计一、引言高层剪力墙住宅结构是现代建筑领域中常见的一种结构形式,它具有较好的抗震性能和稳定性。
本文将对高层剪力墙住宅结构进行优化设计,以确保其安全可靠性并提高建筑性能。
二、结构设计原则在进行高层剪力墙住宅结构优化设计时,应遵循以下原则:1. 满足建筑的抗震需求:考虑建筑所在地的地震烈度和设计基准地震动参数,确保结构具有足够的抗震能力。
2. 合理布置剪力墙:根据建筑的功能、平面布局和结构结点的位置,合理布置剪力墙,确保其能够承担剪切力的传递。
3. 设计合理的结构连接:在剪力墙与其他结构组件之间设置合理的连接,提高结构整体的刚性和稳定性。
4. 整体优化设计:综合考虑结构的质量、经济性和可施工性,进行结构的整体优化设计。
三、结构计算与分析1. 建筑参数确定:根据建筑的功能和使用要求,确定建筑的总高度、层高、荷载等参数。
2. 剪力墙布置:根据建筑平面布局、结点位置和地震力分布等因素,进行剪力墙的合理布置。
3. 结构分析:将建筑结构进行静力分析和动力响应谱分析,计算结构的受力状态和响应特性。
4. 结构设计:根据结构分析结果,设计结构的各个部件尺寸、配筋等细节,并进行验算和校核。
四、结构施工与监控1. 施工组织设计:根据结构设计要求,编制施工组织设计方案,明确施工流程和工序安排。
2. 施工材料选择:选择符合设计要求的材料,并进行质量检测和验收。
3. 结构施工:按照施工方案进行结构施工,包括剪力墙的浇筑、配筋、模板拆除等工作。
4. 结构监控:进行结构施工过程的监控,包括墙体变形、裂缝情况等的监测与记录。
五、结构优化设计案例分析通过对某高层剪力墙住宅结构进行优化设计的案例分析,详细说明了结构设计原则的应用和优化设计方法的具体实施,以便读者更好地理解和掌握高层剪力墙住宅结构的优化设计过程。
六、结论通过对高层剪力墙住宅结构的优化设计,可以提高结构的抗震性能和整体稳定性,确保建筑的安全可靠性。
高层剪力墙住宅结构设计措施优化分析范本 1:高层剪力墙住宅结构设计措施优化分析一、引言本文档旨在对高层剪力墙住宅结构设计的优化分析进行详细讨论。
其中包括剪力墙结构选型、剪力墙位置合理布置、剪力墙尺寸调整等内容。
通过分析与优化设计,旨在提高建筑结构的整体性能与稳定性。
二、剪力墙结构选型1. 介绍剪力墙的定义和作用。
2. 分析不同类型的剪力墙结构,包括实墙剪力墙、筒体剪力墙等。
3. 对比各种剪力墙结构的特点与适用范围。
三、剪力墙位置合理布置1. 分析剪力墙在住宅结构中的作用与布置原则。
2. 确定住宅结构的重要荷载组合,并根据结构的刚度与强度要求,在平面布置中合理设置剪力墙。
3. 通过实例分析,展示剪力墙位置布置的优化设计。
四、剪力墙尺寸调整1. 分析剪力墙尺寸的选择与优化原则。
2. 根据结构荷载作用下的墙体受力分析,确定剪力墙的合理尺寸。
3. 结合设计案例,展示剪力墙尺寸调整的方法与效果。
五、附件本文档的相关附件包括:结构示意图、CAD绘图文件、设计计算表格等。
详细内容请参见附件。
六、法律名词及注释1. 建筑法:指定了建筑物的管理、施工、维护等方面的法律规定。
2. 结构设计标准:指导建筑结构设计的技术规范和要求。
范本 2:高层剪力墙住宅结构设计优化措施一、引言本文档旨在针对高层剪力墙住宅结构的设计优化进行详细探讨。
内容涵盖剪力墙的材料选择、施工工艺调整、结构参数优化等方面。
通过分析与优化设计,旨在提高建筑结构的整体稳定性和性能。
二、剪力墙材料选择1. 介绍剪力墙常用的材料,如混凝土、钢筋等,并分析其特点与适用范围。
2. 对比不同材料的优缺点,包括强度、耐久性、施工工艺要求等方面。
3. 根据具体项目的要求,选择合适的剪力墙材料。
三、施工工艺调整1. 分析剪力墙施工过程中常见的问题,并提出相应的调整措施。
2. 探讨剪力墙施工所需的模板、支撑体系等配套设施的选择与调整方法。
3. 着重介绍施工工艺的优化措施,如加固剪力墙连接节点等。
浅谈高层结构剪力墙的布置优化设计摘要:剪力墙结构由于具有广泛的适用性和良好的抗震性能,被应用于世界各地,尤其在我国的高层建筑中得到了广泛的应用。
但剪力墙结构材料用量大,单位造价高,如果设计不合理势必会造成不必要的浪费,这显然不符合当今社会节约能源,降低资源消耗,保护环境的前提,也不符合开发企业利润最大化的总体目标。
因此,优化建筑结构设计,节约材料,降低成本,已经成为了业界普遍关注和重视的问题。
本文结合工程实例谈谈高层结构剪力墙的布置优化设计。
关键词:高层剪力墙建筑;结构设计;方案布置;优化设计一、剪力墙的涵义剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。
这种结构在高层房屋中被大量运用。
剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度,自身平面内具有很大的刚度和承载力,平面外刚度和承载力都相对较小,墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。
同时在剪力墙结构中,墙是一个平面构件,它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外,还承担竖向压力;在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作,其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。
在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外,还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求二、剪力墙结构方案的选择只有当剪力墙结构施工的安全得到了保障之后,才能够在诸多的方案当中进行对比选择,并且还应考虑工程造价能够在最低限度的情况下,选取适合此高层建筑的结构形式。
针对层数较少的高层建筑,如:层数在18 层以下的高层住宅推荐采用传统的现浇剪力墙结构,因为在针对每一个墙肢进行实际压轴的计算时所取得的值会出现偏小的情况,而且墙体一般都是构造配筋,必然会使墙体的承载力不能充分的发挥出来。
推荐采用短肢剪力墙结构,能有效将这些问题进行根本的解决。
在7度区,层数在18 层以下的住宅建筑使用短肢剪力墙结构,能有效地将水平地震剪力、结构顶点位移、周期控制在合理的范围之中。
如果高层建筑物的层数大于18,最好还是选取普通剪力墙结构。
如果将短肢剪力墙结构运用到层数过大的建筑结构当中,会导致其刚度不达标,从而导致结构的安全性能也受到其影响。
结构优化设计的目的不是简单的降低材料用量,也不是不分轻重的都按规范底限进行设计,而是“物尽其用”,充分发挥材料性能。
对影响结构性能的重点、关键部位及计算程序不能准确分析或计算模型与实际情况有出入部分,应重点加强或补充分析。
在建筑设计初期,结构设计人员就应与建筑师紧密配合,初步确定剪力墙布置,合理调整建筑方案,避免不规则或严重不规则的平立面布置,达到技术先进,安全适用、经济合理的设计方案,实现降低建筑总体造价的目的。
三、实例分析1、工程概况某剪力墙高层商业建筑功能多样化的使用要求,导致结构体系复杂,出现了错层、多塔等结构,对建筑抗震方面提出了更高的要求,因此,选择合理的结构方案并优化十分关键。
2、工程的建筑方案1)平面:该建筑南北方向长 86.32m,东西方向长 79.04m,设计成“凹”型,有较长的外伸部分(见图1)。
x.y方向剪力墙分布不均匀,不对称。
沿 y 向井筒集中布置在建筑物北侧,南侧为框架,结构在两个方向扭转不规则。
2)立面:建筑物在立面上错落有致,高度变化较多,层数依次有3层、10层、14层、16层(见图2)。
3)设置错层:根据建筑设计需要,该建筑部分设置3层商业用房,相邻10层住宅,两者层高不同,而且连接处位于楼梯、电梯这类薄弱部位,建筑上采用错层来处理(见图 3)。
3、结构设计分析3.1、结构方案布置的主要思路结构设计不仅是一门专业技术,更是一门艺术,这在结构布置分析阶段表现得尤为突出。
结构方案选择,不但有安全方面的考虑,而且还要满足建筑空间形式和使用功能、构造功能及所感受到的形象功能等多方面的要求。
本工程结构方案布置的主要思路为:1)剪力墙布置尽可能集中,以留出足够可变化的空间。
2)方便住宅套型内部组合变化,调整梁的大小和位置。
3)建筑高低错落,局部层数相差太大,平立面均不规则,在结构总体设计上设置抗震缝,将平面分割成若干个小单元,使各小单元的立面和平面尽量变得简单规则。
3.2、结构模型调整过程针对该建筑体型复杂的特点,采取多种模型进行分析和试算,并根据试算结果运用结构概念设计对其做相应的调整和优化。
3.2.1、结构模型的选择高层建筑在结构设计过程中,一方面要求结构布置规则、对称,特别是要求平面刚度布置均匀,以减少扭转:另一方面要求加强结构的抗扭刚度和抗扭承载力。
这两方面已经成为结构师普遍认同的设计要求,是重要的概念设计内容。
现行《建筑抗震设计规范》(gb50011-2001)(2008 版)和《高层建筑混凝土结构技术规程》(jgj3-2002)(以下简称《高规》)中,给出了一些关于结构抵抗扭转的量化指标,周期比就是其中的一个重要指标。
周期比反映结构抵抗扭转效应,它控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系,而不是绝对大小,目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不致于出现过大的(相对于侧移的)扭转效应。
周期比不满足要求时,说明结构扭转刚度相对于侧向刚度偏小,这时单纯增加结构尺寸,往往收效甚微,应通过整体调整才能获取良好的效果。
1)模型1:设抗震缝将建筑分成两个单元,在楼梯间和电梯井处设剪力墙(见图 4),计算结果是周期比不满足要求。
2)模型2:设置抗震缝将建筑分成四个单元,在楼梯间和电梯井处设置剪力墙(见图5)。
按照多塔对各单元进行试算,结果在南面2个单元的周期比过大,不满足要求。
3)模型3:对模型 2 的计算结果进行分析,可知结构的扭转刚度不够,加强建筑周边的刚度可以有效地改善结构的扭转性能;然而建筑上又不允许周边设置剪力墙,在与建筑协调后采取在分户墙上增设剪力墙(见图 6),并且增大周边构件的截面等措施进行试算,其结果扭转指标依然不满足要求。
4)模型 4:设抗震缝将建筑分成三个单元,其中单元 l、3相同,该部分包含 l3 层、l5层住宅,在电梯井处设置剪力墙,其余部位为框架:单元2为商业用房3层,住宅10层,两者衔接有错层,该单元筒体部分取消剪力墙,改用轻质隔墙填充,采用全框架结构(见图7)。
按照该模型进行计算,周期比分别为0.85和0.66。
检查其余参数指标,均满足《高规》要求。
3.2.2、结构模型选择思路分析本工程属于a级,《高规》要求转动周期与平动周期之比不应大于0.9。
为此,本工程采取两种措施来调整周期比。
1)提高结构的抗扭刚度,使抗扭周期变短。
例如加强外圈结构刚度、削弱内筒刚度、增设剪力墙、增大剪力墙截面等。
这个措施可以改善结构的扭转性能,是解决扭转薄弱的最直接有效的方法。
前述的模型 1-3 就是按此思路来进行分析、修改和试算的。
2)采取逆向思维,降低结构的平动刚度,使结构相对地变“柔”。
例如减少结构构件的截面尺寸、减少剪力墙设置数量等。
这样可使平动周期变长,进而达到调整周期比的目的。
但结构变柔后,扭转角会变大,对抗震不利。
因此应在尽量提高扭转性能的基础上来减少平动刚度。
当采取第2)种措施时,即使结构变“柔”,也要保证结构具有多道防线,有足够的安全度,仍然需要足够大的弹塑性变形能力来抵御未来可能遭遇的高烈度地震。
根据刚柔结合的目标,再从具体的结构整体设计中去满足,其中包括合理的构造措施。
模型4就是在这样的思路指导下进行建模计算的。
通过电算分析后,确定模型4为结构最终方案。
运用概念设计在模型4的基础上对结构进行进一步的调整和优化。
单元 2(见图8)是双楼结构,在3层商场和10层住宅(虚线框内为住宅)交接处设置两条施工后浇带,减少因楼层差异较大造成沉降影响。
该单元高度为30.9m,大于30m,根据《高规》第 4.8.2条框架抗震等级三级,错层部分根据《高规》第10.4.4条规定抗震等级提高一级,变成二级。
在错层部分梁板柱的截面和配筋全部加强。
塔楼之间的裙房(即商场)的层面梁、板截面和配筋都进行加强。
并且住宅与商场相连的外围的柱子从底部到商场屋面的上一层高度范围内,箍筋全部加密,柱子筋也相应加强。
单元1和单元3体型结构相同,长度(l)为56.2m,宽(b)为15.2m,l/b=3.7,从左到右分别为14层、16层,高度比3.2,平、立面形式比较简单。
考虑该单元长度较长,在14层和16层之间设置后浇带,以减小其变形。
单元1、2、3的结构计算分析结果:1)单元1、3所取参数:抗震设防烈度为6度,场地类别ⅳ类,框剪结构,框架及剪力墙抗震等级为三级,基本风压 0.35。
2)单元1、3的计算结果周期比为0.85<0.9,满足《高规》第 4.3.5 条;结构最大层间位移角为1/1439<1/800,满足《高规》第 4.6.3条;结构最大位移比 1.25,满足《高规》第 4.3.5条;框架柱地震倾覆弯矩百分比小于50%,满足《高规》第 8.1.3条。
3)单元2所取的参数:抗震设防烈度为6度,场地类别为ⅳ类,全框架结构,错层部分框架抗震等级为二级,其余等级为三级,基本风压为0.35。
4)单元2的计算结果周期比为0.66<0.9,满足《高规》第4.3.5条;结构最大层间位移角为1/1094<1/550,满足《高规》第 4.6.3条;结构最大位移比 1.16,满足《高规》第 4.3.5条;四、结束语随着人们对建筑功能要求的多样化,平立面不规则的建筑物越来越多,建筑平面和立面越来越复杂,对建立合理的结构模型以及优化设计的要求也更高。
结构设计需要设计师灵活运用概念设计对结构布置进行不断调整和优化,来获得较为理想的结果。
参考文献:[1] 高层建筑混凝土结构技术规程(jgj 3-2010).北京:中国建筑工业出版社,2010[2] 孙国正.优化设计及应用[m].北京:人民交通出版社,2004[3] 孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计.山西建筑,2010;(8)。