钢板剪力墙结构设计与施工模拟技术
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高层建筑框架剪力墙结构的施工技术浅论摘要:框架剪力墙结构因其众多独特的优点,在高层建筑中得到了越来越多的使用。
本文首先概述了高层建筑框架剪力墙结构的受力特点,其次论述了钢筋、混凝土、模板等主要施工技术要点,最后概述了框架剪力墙施工的注意事项。
关键词:高层建筑;框架;剪力墙;施工技术;钢筋中图分类号:[tu208.3] 文献标识码:a 文章编号:随着我国社会经济的飞速发展,建筑科学技术也不断提高,建设规模较大、结构形式多样的高层建筑成为了缓解我国紧张的土地问题的一条重要途径。
由于框架剪力墙结构结构体系建筑平面布置灵活,可规划较大空间,且结构符合抗震设计三要求(延性好、超静定、多道防线),达到结构应具有刚度、强度、延性、稳定等方面性能,所以在高层建筑中得到了广泛的应用。
一、框架剪力墙结构受力特点的分析框架剪力墙结构(简称框剪结构)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。
钢筋混凝土墙板能承受竖向和水平力,它的刚度很大,空间整体性好,房间内不外露梁、柱楞角,便于室内布置,方便使用。
(一)框架剪力墙结构的受力特征独立的剪力墙结构,可视为垂直于地面的悬臂梁,其变形曲线为弯曲型,层间变形特征为上大下小;纯框架可做为一空腹的悬臂梁,其变形主要由剪力引起,变形曲线一般为剪切型,层间变形特征是下大上小;框架剪力墙结构的变形曲线一般为弯剪型。
(二)框架剪力墙结构的刚度特征当剪力墙基底弯距占总弯距的23%左右时,即可认为框架剪力墙结构的受力性能已近似于纯框架结构,应按框架结构划分抗震等级及采取构造措施当基底剪力墙承担弯距占总弯距的80%左右时,即框架部分承担总弯距的20%左右时,可将框架剪力墙体系按剪力墙结构体系设置抗震结构。
(三)框剪结构中框架的抗震等级特征框架剪力墙结构设计中剪力墙刚度与框架刚度所占的比例,对确定结构体系的成立及框架在此中的构造要求有较大的影响。
高层建筑钢板 -混凝土组合剪力墙研究综述37250119770802****山东省聊城市252000摘要:剪力墙作为高层建筑的主要抗侧力构件,具备整体性好、侧向刚度大、抗风性能和防火性能好等优点,在高层建筑中得到了广泛的应用。
但随着建筑高度的逐渐增高,其底部剪力墙受到竖向荷载作用也逐步提高,若仍使用传统的剪力墙的结构形式,不仅导致建筑物整体的成本提高和建筑可用范围减小,而且还增加了建筑物整体的自重、降低其延性。
关键词:高层建筑钢板;混凝土组合;剪力墙研究一、钢板-混凝土组合剪力墙研究进展钢板-混凝土组合剪力墙的研究可追溯到钢板和混凝土组合构件,考虑到建筑防火的要求,施工过程中对钢梁的外部浇筑混凝土,形成钢板-混凝土组合构件。
1973年,工程人员在高层建筑的剪力墙设计中首次使用钢板-混凝土的组合构件设计理念,并进行了一系列试验研究。
由于钢板-混凝土组合剪力墙可以将钢板和混凝土有效结合起来并使其共同受力,使其抗震性能、承载能力和耐火性能都得到了一定的提高,因此深入研究钢板-混凝土组合剪力墙具有重要的现实意义。
(一)单侧钢板-混凝土组合剪力墙1970年,日本钢铁公司Nippoon Steel Building高层建筑中最早应用单侧钢板混凝土组合剪力墙,其墙体厚度更小,并能够有效提高自身的承载能力和延性,在高层建筑的剪力墙工程应用中被广泛使用。
2002年,工程人员对单侧钢板混凝土组合剪力墙进行试验研究分析,并介绍了美国规范中对这种组合剪力墙的设计规定,指出了在此规范中,单侧钢板剪力墙只考虑钢板的贡献,并未考虑混凝土墙板的受力作用,设计方法偏于保守。
单侧钢板-混凝土剪力墙具有构造简单、用钢量少、施工简便、成本低等优点,在高层建筑中得到了广泛应用,但外侧钢板长期暴露在外部环境,容易造成钢板的锈蚀,并且发生火灾时钢板承载力会显著降低,严重影响其力学性能,因此在实际应用过程中需要对外侧钢板进行防腐和防火处理。
(二)内嵌钢板-混凝土组合剪力墙1971年,工程人员提出内嵌钢板-混凝土组合剪力墙,并在日本名古屋的名铁公共车站建设过程中被首次使用。
建筑结构设计中剪力墙结构设计要点摘要:作为常见的建筑形式,剪力墙结构因自身良好的抗风性能和抗震性能在建筑工程当中得到了广泛的运用,为了充分发挥出剪力墙结构的优点,必须高度重视结构设计问题。
设计人员首先应该针对剪力墙结构进行充分分析,结合工程需求提出优化措施,考虑到影响剪力墙结构的要素众多,必须综合考量,结合工程实践完成设计方案调整,发挥剪力墙结构的应有之用,文章将以此作为切入点进行深入分析。
关键词:建筑结构设计;剪力墙结构设计;应用分析0引言通过与传统墙体结构的比较,剪力墙结构在承载能力和抗震性能方面表现优良,保证了结构的稳定性,同时也营造了更加安全的居住环境。
剪力墙结构设计包含的内容多样,设计过程中需要根据工程实践分析结构设计当中的常见问题,结合工程经验,通过优化设计保证剪力墙结构性能的发挥。
设计人员是影响建设效果的关键所在,为此设计之前就应该针对其应用流程进行全面掌握,同时明确重点难点问题,以优化措施发挥最大的潜力墙结构优势。
1. 剪力墙的使用原则1.1 剪力墙结构设计原则要保证建筑墙体的安全性,必须在剪力墙结构以及结构形式的基础之上进行分析,找出针对性的解决方案,刚接形式的结构设计能够满足楼面横截面积小的情况,具有减少墙肢平面外弯矩的效果,能够提高整体的承重能力。
横向和纵向结构分化设计当中,需要从整体角度进行考量。
剪力墙在高层建筑当中的作用尤为突出,作为一个竖向构件,在建筑中充当着抵抗策略的角色,同时也承受着竖向负重以及横切面的负重,如果采用剪力墙组成受力墙面结构,剪力墙墙体就能够承担所有负重,对整个建筑工程影响很大。
为了发挥出剪力墙设计的最优作用,首先应该合理认识剪力墙的作用,布置方式采用沿中心轴方向双向布置,如果建筑抗震要求高,可以采用双向剪力墙设计方法;墙体的形状同样也会对剪力墙的使用设计产生一定的影响。
在设计过程中应保持受力均匀,保持受力对称,保证剪力墙中心和墙的结构中心相近,使剪力墙的效果最大化。
剪力墙科技名词定义中文名称:剪力墙英文名称:shear wall定义:主要承受风荷载或地震作用所产生的水平剪力的墙体。
应用学科:水利科技(一级学科);工程力学、工程结构、建筑材料(二级学科);工程结构(水利)(三级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布编辑本段中。
为增加结构的刚度、强度及抗倒塌能力,在某些部位可现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。
现浇剪力墙与周边梁、柱同时浇筑,整体性好。
筒体剪力墙用于高层建筑、高耸结构和悬吊结构中,由电梯间、楼梯间、设备及辅助用房的间隔墙围成,筒壁均为现浇钢筋混凝土墙体,其刚度和强度较平面剪力墙高可承受较大的水平荷载。
编辑本段剪力墙的类别一般按照剪力墙上洞口的大小、多少及排列方式,将剪力墙分为以下几种类型:整体墙没有门窗洞口或只有少量很小的洞口时,可以忽略洞口的存在,这种剪力墙即为整体剪力墙,简称整体墙。
当门窗洞口的面积之和不超过剪力墙侧面积的15%,且洞口间净距及孔洞至墙边的净距大于洞口长边尺寸时,即为整体墙。
小开口整体墙门窗洞口尺寸比整体墙要大一些,此时墙肢中已出现局部弯矩,这种墙称为小开口整体墙。
连肢墙剪力墙上开有一列或多列洞口,且洞口尺寸相对较大,此时剪力墙的受力相当于通过洞口之间的连梁连在一起的一系列墙肢,故称连肢墙。
框支剪力墙当底层需要大空间时,采用框架结构支撑上部剪力墙,就形成框支剪力墙。
在地震区,不容许采用纯粹的框支剪力墙结构。
壁式框架在联肢墙中,如果洞口开的再大一些,使得墙肢刚度较弱、连梁刚度相对较强时,剪力墙的受力特性已接近框架。
由于剪力墙的厚度较框架结构梁柱的宽度要小一些,故称壁式框架。
开有不规则洞口的剪力墙剪力墙有时由于建筑使用的要求,需要在剪力墙上开有较大的洞口,而且洞口的排列不规则,即为此种类型。
需要说明的是,上述剪力墙的类型划分不是严格意义上的划分,严格划分剪力墙的类型还需要考虑剪力墙本身的受力特点。
根据受力性能不同,可分为以下几种:独立墙肢整体小开口剪力墙整截面剪力墙壁式框架连肢剪力墙编辑本段剪力墙结构概念和结构效能1.建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时,这种墙体既承担水平构件传来的竖向荷载,同时承担风力或地震作用传来的水平地震作用。
高层建筑剪力墙设计与研究现状在当今城市的天际线中,高层建筑如雨后春笋般拔地而起。
剪力墙作为高层建筑结构中至关重要的抗侧力构件,其设计的合理性直接关系到建筑的安全性、经济性和使用性能。
本文将对高层建筑剪力墙的设计与研究现状进行探讨。
一、剪力墙的定义与作用剪力墙,又称为抗风墙、抗震墙或结构墙,是一种用于抵抗水平荷载(如风荷载和地震作用)的钢筋混凝土墙体。
在高层建筑中,水平荷载往往成为控制结构设计的主要因素,而剪力墙能够有效地承担这些水平力,防止结构发生过大的侧向位移和变形,从而保障建筑的稳定性和安全性。
二、剪力墙的类型1、整体墙没有洞口或洞口很小的剪力墙可视为整体墙。
其受力特点类似于悬臂梁,在水平荷载作用下,整面墙的变形以弯曲变形为主。
2、小开口整体墙洞口稍大,但洞口面积不超过墙体面积 15%的剪力墙称为小开口整体墙。
其受力性能仍接近整体墙,但由于洞口的存在,墙肢的局部弯矩会有所增加。
3、联肢墙洞口较大,连梁刚度较大的剪力墙称为联肢墙。
连梁将墙肢连接在一起,墙肢和连梁共同工作,在水平荷载作用下,墙肢以弯曲变形为主,连梁以剪切变形为主。
4、壁式框架洞口更大,连梁刚度较小的剪力墙称为壁式框架。
其受力性能与框架结构较为相似,但墙肢的刚度较大,对结构的抗侧力仍有重要贡献。
三、剪力墙的设计要点1、墙肢的布置剪力墙的墙肢应均匀、对称布置,使结构的质心和刚心尽量重合,减少扭转效应。
墙肢的长度不宜过长或过短,过长容易导致墙体出现薄弱部位,过短则会增加墙肢数量,增加施工难度和成本。
2、墙厚的确定剪力墙的厚度应根据结构的高度、抗震等级、风荷载大小等因素确定。
一般来说,底层剪力墙的厚度较大,随着楼层的增加,墙厚逐渐减小。
3、混凝土强度等级混凝土强度等级的选择应综合考虑结构的受力要求、施工条件和经济因素。
高强度等级的混凝土可以减小墙体的截面尺寸,但也会增加施工难度和成本。
4、配筋设计剪力墙的配筋包括竖向分布钢筋和水平分布钢筋。
装配式钢结构建筑外墙变形缝设计与施工技术摘要:装配式建筑工程数量逐渐增多,相关施工技术也在不断优化和进步,为建筑行业转型升级提供了可靠的技术支撑。
装配式钢结构建筑外墙变形缝施工属于结构之间进行健米联系的重要施工环节,应当严格把控其施工质量、效率以及成本。
本文以装配式钢结构建筑外墙变形缝设计与施工技术作为研究对象,在查阅大量相关文献以及结合以往施工经验的基础上,对装配式钢结构建筑外墙变形缝进行简单介绍,然后分析了装配式钢结构建筑外墙变形缝设计,最后探讨了装配式钢结构建筑外墙变形缝施工技术,期望可以为相关施工的开展和优化提供理论参考。
关键词:装配式建筑;钢结构;变形缝;外墙;施工技术前言装配式建筑的大范围应用为国内城乡建设的高速发展提供了巨大的促进作用,变形缝施工作为重要的连接施工,会对整体施工质量产生直接影响。
在实际的装配式钢结构建筑外墙变形缝施工中,普遍存在难以找到适合装配式钢结构建筑连接构造的变形缝装置,并且连接构造和安装成品变形缝装置通常比较复杂,还需要投入较高的施工成本,面对上述问题应当深入研究装配式钢结构建筑外墙变形缝设计和施工,在优化设计与施工的基础上,实现施工质量的进一步提升以及施工成本的节约[1]。
1.装配式钢结构建筑及外墙变形缝简单介绍钢结构属于装配式建筑的新型发展模式,装配式钢结构建筑的结构体系、墙板和楼板体系等都属于预制,并且具有一体化的要求,应当对其生产和施工环节引起足够的重视。
钢框架--支撑结构(如图1所示)、钢管束混凝土剪力墙结构、扁钢管混凝土框架--支撑结构、钢管混凝土异形柱框架--支撑结构都属于常见的装配式钢结构住宅工程结构,其中钢框架--支撑结构应用频率更高,该结构具有良好的抗震性能,并且整体节点构造比较简单[2]。
现阶段,国内还没有针对外墙变形缝成品装置制定统一的行业标准,不同厂家往往依照自主编制的标准进行生产。
另外,还存在地方性图集,其变形缝通常表达为一般构造及基本要求,因此设计院应当对此进行深入研究,并且其基本上被应用至砌体结构以及混凝土结构建筑,应用至钢结构建筑具有明显的局限性,缺乏适用的连接构造。
装配式建筑工程钢结构施工技术及管理措施摘要:随着我国市场经济的完善,建筑业逐步走向工业化,以确保绿色环保,节能减排等建设的功能效益。
2021年初,新冠肺炎的意外暴发打乱了人们的正常生活,使新的装配式建筑体系广为人知。
在全民见证下,仅用10天时间,施工人员就完成了火神山施工,18天时间就完成了雷神山施工。
钢结构已成为现代建筑业的重要组成部分,具有建筑的舒适性,良好的生态性能,大大提高了未来的建设方向。
通过对装配式钢结构主要技术内容和设计要素的科学分析,使先进的设计技术得到更广泛的应用,进一步提高中国建筑的设计水平。
装配式钢结构所涉及的主要技术是厂房安装,这在一定程度上影响了镀层钢结构的发展。
在应用绿色钢结构施工系统的背景下,必须不断改进和完善结构技术,积极运用现代管理方法,促进装配式建筑与节能技术的融合,确保其长期发展。
基于此,本篇文章对装配式建筑工程钢结构施工技术及管理措施进行研究,以供参考。
关键词:装配式建筑工程;钢结构;施工技术;管理措施引言装配式建筑是指采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理建造而成的建筑,具有绿色、节能、环保、建造速度快、人工用量少等诸多优点,是建筑工业化的典型技术,也是落实国家碳达峰、碳中和政策的有力抓手。
近年来,在国家、行业主管部门和地方政府政策大力支持及龙头企业的引领下,装配式建筑取得了长足的进步,装配式建筑项目和产业园如雨后春笋般涌现。
其中,依托国家装配式建筑产业基地建造的首个装配式钢结构住宅小区项目就是该省最具代表性的装配式建筑项目之一。
1装配式建筑施工意义装配式建筑以建筑预制装配加工工艺为基础,提前在工厂预制构件并且运输到施工现场完成组合、拼装,可以高效地建立建筑工程项目。
传统的施工中容易受到配件等因素的限制,生产工艺和所用设备较多,在施工中需要根据实际情况进行物料分析和安装工艺的设计。
传统的装配式建筑施工方式缺乏足够的效率,投入的成本也较高,为了进一步优化装配式建筑生产模式,需要改进创新,提高装配式建筑的标准化水平,减少预制构件种类,提高预制装配式建筑的规范性,实现标准化生产。
框架剪力墙结构建筑施工技术分析摘要:本研究聚焦于框架剪力墙结构建筑施工技术,旨在通过提升结构的抗震性能与稳定性、优化施工流程,来提高建筑施工效率。
研究内容涵盖施工前的结构设计与分析,施工中的剪力墙制作与安装技术,以及施工现场的质量控制与监测,并在施工后对建筑性能进行评估与安全检验。
通过综合应用这些技术方法,本研究旨在为建筑施工领域贡献出一套科学、高效的技术体系,以期达到节约成本、缩短工期、提高安全性的目的。
关键词:框架剪力墙;建筑施工技术;抗震性能1.框架剪力墙结构建筑施工技术的研究目的1.1 提升结构抗震性能与稳定性在框架剪力墙结构建筑的施工技术研究过程中,提升构筑物的抗震性能与稳定性是一个极为关键的目标。
通过对剪力墙与构架的合理设计与施工,可以显著增强建筑在面临地震等自然灾害时的安全性与抵抗力。
剪力墙作为承担主要水平荷载的结构元素,在吸收和分散地震能量方面扮演着至关重要的角色。
因此,优化剪力墙的布局、尺寸与材料,进而提高其抗震性,成为提升整体建筑稳定性的一个有效途径。
此外,施工技术的不断创新与应用,如高性能混凝土和钢筋的使用,也对增强建筑结构的抗震能力有着积极的影响。
通过对这些技术的精确施工和细致的工程管理,可以确保剪力墙与框架系统的结构完整性和功能实现,从而达到提升建筑整体抗震性能与稳定性的目的。
在整个施工过程中,对于材料的选择、施工质量的控制及结构的精确计算等方面都需要高度重视,以确保每一项技术都能发挥出最大的效能。
因此,持续探索和优化框架剪力墙结构的施工技术,不仅能够提升建筑的安全性,还能够为我国建筑行业的发展贡献重要力量。
1.2 优化施工流程,提高建筑施工效率在探索框架剪力墙结构建筑施工技术的深邃领域,对施工流程的优化和建筑施工效率的提升持续成为研究的焦点。
不同于传统建造过程中的线性步骤,现代建筑施工技术倡导的是一种更加灵活、高效的方法,将各环节紧密连接,缩减不必要的时间损耗。
理想中的施工流程不仅仅要追求速度,而是在保证安全、质量的前提下,通过科学的管理和技术创新来实现效率的飞跃。
混凝土剪力墙结构装配式组合壳体系技术规程的设计与施工一、前言混凝土剪力墙结构装配式组合壳体系是一种新型的建筑结构体系,具有施工快速、质量稳定、抗震性能好等优点。
本文旨在提供混凝土剪力墙结构装配式组合壳体系技术规程的设计与施工的具体细节,以便确保该结构体系的施工质量和安全。
二、设计1. 结构设计混凝土剪力墙结构装配式组合壳体系的结构设计应符合国家相关规范的要求,包括但不限于《建筑结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》等。
在设计时应考虑该结构体系的抗震性能,确保其在地震等自然灾害中的安全性。
2. 材料选择混凝土剪力墙结构装配式组合壳体系所使用的材料应符合国家相关规范的要求,包括但不限于《建筑结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》等。
在材料选择时应考虑其可靠性、耐久性等因素,确保结构体系的使用寿命和安全性。
3. 组合壳板设计组合壳板是混凝土剪力墙结构装配式组合壳体系中的重要组成部分,其设计应符合国家相关规范的要求,包括但不限于《钢筋混凝土构件设计规范》等。
在设计时应考虑其受力性能、连接方式等因素,确保其与其他部件的协调性和可靠性。
4. 连接设计混凝土剪力墙结构装配式组合壳体系中各部件的连接方式应符合国家相关规范的要求,包括但不限于《钢结构设计规范》、《钢筋混凝土结构设计规范》等。
在设计时应考虑连接部位的受力性能、连接方式的可靠性等因素,确保连接部位的稳定性和强度。
三、施工1. 基础施工混凝土剪力墙结构装配式组合壳体系的基础施工应符合国家相关规范的要求,包括但不限于《建筑地基与基础设计规范》等。
在施工时应注意基础的稳定性和强度,确保其能够承受结构体系的荷载。
2. 组合壳板安装组合壳板的安装应按照设计要求进行,包括板件的定位、定位钢筋的焊接、板件间的连接等。
在安装时应注意板件的平整度、垂直度等要求,确保组合壳板的质量和稳定性。
3. 剪力墙浇筑剪力墙的浇筑应按照设计要求进行,包括剪力墙钢筋的焊接、混凝土搅拌、浇筑等。
房屋建筑框架剪力墙结构主体工程施工技术探讨摘要:随着社会的发展,为建筑行业的崛起提供了有力支撑,各种建筑结构纷纷涌现,其中颇受关注的是框架剪力墙,它是建筑工程中流行的结构体系之一。
首先对建筑工程框架剪力墙结构做了简单介绍,接着分析了框架剪力墙结构的具体特征,并提出了框架剪力墙结构主体工程施工技术的优化运用,最后从加强技术准备、把控施工重点等维度提出了剪力墙施工质量的优化措施,旨在为相关施工项目提供借鉴。
关键词:房屋建筑;框架剪力墙结构;主体工程;施工技术引言剪力墙结构是建筑工程框架的重要组成部分,其主体工程施工质量对于整个建筑工程的安全性产生直接影响,也影响着建筑工程的验收质量。
剪力墙也叫做结构墙、抗震墙或者抗风墙。
在高层建筑的应用中,剪力墙可以有效抵抗风荷带的作用,同时还可以将水平载荷、竖向载荷等力学作用平均分配到其他墙体结构内,从而提升建筑工程结构的稳定性与安全性。
通常来说,剪力墙主要是由钢筋混凝土结构组合形成,按照墙体不同受力特点可以分为砌体墙、承重墙2种。
不同的建筑工程宜结合自身情况选择合适的剪力墙结构形式,以更好保障工程质量。
1房屋建筑框架剪力墙结构主体工程施工技术概述1.1结构特点框架结构。
房屋建筑框架剪力墙结构主体工程采用钢筋混凝土框架结构,具有较高的稳定性和承载能力。
剪力墙。
剪力墙作为结构的一部分,主要承担水平荷载,是结构的重要组成部分。
梁柱系统。
梁柱系统作为结构的骨架,承担垂直荷载,与剪力墙一起构成整个结构的稳定性。
第四,楼板系统。
楼板作为横向承载系统,通过连接梁柱系统和剪力墙系统来实现结构的整体稳定。
结构简洁。
房屋建筑框架剪力墙结构主体工程采用简单明了的结构形式,易于施工和维护。
同时,采用该结构也可有效减少建筑物的自重,提高建筑的使用寿命。
第六,抗震性能好。
该结构采用剪力墙和梁柱等组成,可有效地抵御地震力,具有较好的抗震性能。
房屋建筑框架剪力墙结构主体工程具有结构简单明了、抗震性能好等优点,能够满足建筑物的结构要求,并且易于施工和维护。
2012年9月下第41卷第373期施工技术CONSTRUCTION TECHNOLOGY1钢板剪力墙结构设计与施工模拟技术范重,刘学林,黄彦军,李丽,曹禾(中国建筑设计研究院,北京100044)[摘要]钢板剪力墙延性好、耗能能力强,是一种新型的高层抗侧力结构体系。
钢板剪力墙主要承受水平剪力,不承担竖向压力,需要进行后装连接设计,内嵌墙板与连接板可以采用栓接或焊接。
钢板剪力墙的薄弱部位出现在角部,设计中需要采用合理的构造措施避免钢板剪力墙的角部应力集中。
钢板剪力墙与现浇混凝土楼板的连接构造需要满足内嵌钢板的后安装要求,同时也不影响现浇混凝土楼板的正常施工。
利用不同形式的加劲肋可以延缓内嵌钢板的屈曲,提高钢板剪力墙的极限承载力和延性。
对加劲肋的效能进行了分析对比,并结合钢板剪力墙的实际工程进行了不同施工方案的施工模拟,分析了钢管混凝土浇筑时间对钢板剪力墙内力和变形的影响,得到了合理的施工安装顺序。
[关键词]高层建筑;钢板剪力墙;后安装;连接构造;加劲肋;施工模拟[中图分类号]TU318[文献标识码]A[文章编号]1002-8498(2012)18-0001-08The Structural Design of Steel Plate Shear Wall and Construction Simulation TechnologyFan Zhong ,Liu Xuelin ,Huang Yanjun ,Li Li ,Cao He(China Architecture Design &Research Group ,Beijing100044,China )Abstract :With good ductility and dissipation energy capability ,steel plate shear wall (SPSW )is an innovative lateral loading-resisting system.SPSW is suffered with horizontal shear force and do not bear vertical pressure.It needs afterloading connection design.Bolted connection and welded connection are used in the design of connection between infill plate and fish plate.Weak part of steel plate shear wall is easy to occur in the corner.Appropriate constructional measures must be taken to avoid stress concentration.Connection of SPSW and cast-in-place concrete floor is needed to meet the requirement of afterloading and does not hamper normal construction.Buckling of infill plate can be delayed by stiffener.Ultimate bearing capacity and ductility can be improved.This paper presents the comparative analysis of stiffener efficiency.Construction simulation is discussed based on practical engineering.Reasonable construction procedure is obtained through analyzing concrete filled steel tube ’s influence on internal force and deformation of SPSW.Key words :tall buildings ;steel plate shear wall ;post-installation ;connection detail ;stiffener ;construction simulation [收稿日期]2012-08-25[基金项目]中国建筑设计研究院(集团)课题:钢板剪力墙结构设计方法研究与应用(Y2011018)[作者简介]范重,教授级高级工程师,E-mail :fanz@cadg.cn 1工程概况天津国际金融会议酒店位于天津滨海新区于家堡金融区起步区一期03-04地块,地下2层,地上12层,总高约60m 。
该工程建筑造型独特,建筑功能多样,酒店客房和公寓环向设置在外侧,会议室、汇报厅、宴会厅和博物馆设置在中央,形成45m 大跨度空间。
建筑顶部用大跨度屋盖将两个塔楼连接为一个整体。
由于在不同标高均需要大空间,在多处形成跃层结构。
围绕四季厅的超大面积玻璃幕墙,形成东西通透的建筑效果,如图1a 所示。
天津金融会议酒店为多层大跨度复杂结构,主体结构由8个结构筒体+大跨度桁架梁与周边的钢管混凝土柱+H 型钢梁框架构成,结构剖面如图1b 所示。
结构筒体内部主要作为电梯使用空间,是竖向承重与抗侧力的主要构件。
地下部分采用钢筋混凝土结构,地上部分采用由钢板剪力墙筒体+桁架形成的巨型框架与钢管混凝土柱+H 型钢梁框架2施工技术第41卷形成的双重抗侧力体系,屋盖采用钢桁架结构[1]。
图1天津国际金融会议酒店Fig.1Tianjin international financialconference center and hotel在进行筒体设计时,首先由钢管混凝土柱、H型钢梁形成边框,然后在其中镶嵌钢板剪力墙形成筒体。
结构的整体性、刚度与延性显著提高;钢管混凝土柱主要承担竖向力,充分发挥其组合构件承载力高、性能优越的特点;钢板剪力墙仅承担水平剪力,在钢板表面设置槽形加劲肋,可以避免过早发生局部屈曲。
钢板剪力墙筒体抗震性能优越,变形能力大,耗能能力强,与各类钢构件连接方便,对超长结构温度变化适应能力强,施工工期较短。
2国内外研究情况钢板剪力墙是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系,其主要作用是提供结构的侧向刚度、抗剪强度和抗震延性。
钢板剪力墙由周边框架和内嵌钢板组成,具有自重轻、安装方便等特点。
研究表明,钢板剪力墙可以充分发挥钢材延展性好、耗能能力强的特点,结构侧向刚度大,构件延性好,具有出色的抗震性能,是一种具有广阔发展前景的超高层建筑抗侧力构件[2]。
鉴于钢板剪力墙的优越性能,加拿大规范[3](Limit states design of steel structures,CAN/ CSAS16—2001)与美国规范[4](Seismic provisions for structural steel buildings,ANSI/AISC341—2005)均增加了钢板剪力墙的相关条款。
钢板剪力墙可以按照是否设置加劲肋分为非加劲钢剪力板墙和加劲钢板剪力墙,如图2所示。
钢板剪力墙自身延性非常好,延性系数在8 13[5],不会发生钢板剪力墙承载力明显下降的情图2常见钢板剪力墙Fig.2Common steel plate shear walls况,外框架分担的水平力不会相应发生很大变化,有利于实现结构多道抗震设防的设计理念。
由于钢板剪力墙的厚度比钢筋混凝土墙体小得多,可有效降低结构自重,减小地震响应与基础工程费用,增加建筑有效使用面积。
由于钢板剪力墙具有很强的变形能力,与钢结构、钢管混凝土结构的变形能力相匹配,可以共同构成以钢结构为主要抗侧力构件的结构体系,具有很广阔的应用前景。
为了克服钢板剪力墙局部屈曲荷载低、刚度下降快的缺点,工程上常采用在钢板剪力墙上设置加劲肋的方式,可以有效提高屈曲强度和承载力,改善构件的延性性能。
钢板墙在对角线方向受力最大,在中部受力较小。
无加劲肋墙板角部受力非常集中,设置加劲肋后,钢板剪力墙的屈曲临界荷载有效提高,钢板的屈曲变形受到抑制,墙板受力比较均匀,使其在弹塑性范围内具有稳定饱满的滞回曲线,克服无加劲肋时薄钢板剪力墙滞回曲线的“捏拢”现象。
3钢板剪力墙设计中存在的问题由于钢板剪力墙主要承受水平剪力,不承担竖向压力,在钢结构施工安装时需要采取后安装的方法来避免内嵌墙板承受过多的竖向荷载,在结构整体计算模型中,须通过施工过程模拟准确反映钢板剪力墙安装滞后对其他结构构件的影响[6]。
钢板剪力墙与边缘框架通过连接板进行连接,内嵌墙板与连接板可以采用栓接或焊接。
当采用高强螺栓连接时,对加工制作与安装施工的精度要求很高,设计时还应严格控制在设计风荷载和小震作用下不出现滑移。
采用焊接时,加工制作简单,对施工精度要求较低,可通过在钢板角部设置圆弧的方法2012No.373范重等:钢板剪力墙结构设计与施工模拟技术3避免在墙板角部发生撕裂。
钢板剪力墙设计中需要考虑受力合理和连接方便的构造,以提高施工速度,形成成熟的工法,制定相应的施工验收标准。
目前国内结构设计规范对带竖向加劲肋钢板剪力墙尚无明确规定,国内外对于开洞钢板剪力墙设计、施工缺乏相关经验。
为了确保钢板剪力墙设计的安全性与合理性,需要对钢板剪力墙的设计与施工方法进行深入研究。
现阶段国内外对钢板剪力墙的研究,均假定钢板剪力墙只承受水平力作用,竖向荷载完全由周边框架柱承担,这与实际工程中的受力情况不符,在高层建筑施工过程中,钢板剪力墙会不可避免地承受上部结构带来的竖向荷载,在承受竖向荷载后,其受力和破坏以及对加劲肋的要求与纯剪状态下不同;因此,对考虑竖向荷载的加劲钢板墙需要进行屈曲研究。
另外,工程实践中为实现开窗洞、开门洞、开通道和管线集中穿越等建筑使用功能,结构设计中需要采用开洞带肋组合钢板剪力墙作为抗侧力构件的方案,目前国内外对于此类钢板剪力墙尚未见到系统的研究。
4钢板剪力墙设计中关键问题的解决方案4.1内嵌钢板与边缘框架连接方式由于钢板剪力墙主要承受水平剪力,不承担竖向压力,通常在施工中,钢板剪力墙在主体结构封顶后才实施全部连接,因此,在钢板剪力墙的设计中,需要进行后装连接设计研究。
钢板剪力墙内嵌钢板与边缘框架直接连接时,对内嵌钢板和边缘框架的加工制作和安装施工的精度要求非常高,因此,钢板剪力墙与边缘框架均通过连接板进行连接,如图3所示。
图3连接板连接的钢板剪力墙Fig.3Steel plate shear wall using fish plates内嵌钢板与连接板可以采用栓接或焊接。