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高層框架剪力墻結構抗震設計研究

文章出處:http://www.xwinuser.com 作者:方圓模具 人氣:發表時間:2021-04-17

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  高層框架建立結構設計在房屋設計和建造過程中有著舉足輕重的作用,尤其是隨著近幾年地震等自然災害頻發,房屋建筑的科學、合理性就變得愈發重要。文章針對高層框架剪力墻結構抗震設計工作,進行了一系列措施闡述,希望能夠給相關人士提供些許參考價值。

  1 機構控制

  在高層框剪結構施工、使用期間,剪力墻數量、體積與剛度三者保持正比關系,建筑結構中布置的剪力墻數量越多,則剪力墻體積越大、剛度越大,并對框剪結構的承載性能造成影響,削弱了框剪結構形態控制力度。因此,在高層框架剪力墻抗震設計方案中,往往選擇采取機構控制設計措施,根據工程情況推算正比例公式,在框剪結構中的適當部位安裝若干“塑性鉸”裝置。如此,在高層建筑遭受地震能量沖擊時,可以在框架剪力墻結構中形成耗能機構,持續對地震能量進行吸收、損耗,這將在客觀層面上改善高層框剪結構的抗震性能。
 

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  2 改善剪力墻抗震性能

  (1)合理設定肢墻面積。現階段,多采取調整肢墻面積的方式來改善抗震性能。其抗震原理為,在不影響建筑使用功能、框剪結構穩固性能的前提下,適當縮小肢墻面積,將肢墻結構形式調整為雙肢墻、多肢墻,在結構洞口連梁與豎向施工縫部位中形成穩定的耗能機構。這樣既可以持續對結構裂縫與屈服部位進行有效控制,而當高層框剪結構遭受地震能量沖擊時,也可以通過耗能機構吸收地震能量、降低剪力墻剛度的方式,預防高層建筑底部墻體過早屈服及剪切破壞等問題的出現。

  (2)增設梁柱結構。高層設計在不影響建筑使用功能正常發揮前提下,可選擇于剪力墻周邊區域中額外設置梁柱結構,從而形成邊框剪力墻,抑制斜向裂縫向鄰近建筑結構進行擴散延展。而在出現地震災害或是建筑剪力墻結構遭受破壞時,邊框剪力墻可以臨時性替代剪力墻結構的承載性能、有效抵抗所承受的附加剪應力。在采取這項設計措施時,設計人員必須確保額外設置的梁柱結構具有良好的斜截面承載性能,才能取得良好的設計效果。

  (3)遵循分散布置原則。在設計高層框架剪力墻結構時,設計人員必須嚴格遵循分散設計的原則,考慮到剪力墻數量、面積、尺寸與剛度之間的關聯影響,需要進行分散布置,保持相鄰剪力墻構件的安全間隔距離,合理設定剪力墻連續尺寸、設置若干數量的抗側力構件。如此,在高層建筑結構中布置大量剪力墻的條件下,可以將剪力墻剛度、彎度控制在合理范圍內,并改善剪力墻結構的扭轉性能。例如,在條件允許前提下,設計人員盡可量在各樓層角落、不規則角、拐角等位置設置剪力墻。這樣,既可以將墻體進行分散布置,也可以對高層建筑結構的薄弱環節進行加強處理。

  3 改善框架抗震抗力性能

  (1)強化角柱。在高層建筑框架剪力墻結構中,角柱作為一種重要構件,以及框架結構主要組成部分,起到連接橫向框架與縱向框架結構的作用,角柱抗剪性能直接影響到框架結構整體性能,也將對高層框剪結構的抗震性能造成影響。因此,設計人員可選擇對角柱進行強化處理,重點改善角柱抗剪性能,這將在客觀層面上提高高層框剪結構抗震性能、消除抗震薄弱環節。

  (2)布置鋼筋混凝土剪力墻板。在早期高層建筑工程中,普遍產生框架剪力滯后現象,且高層穩定性能與抵抗力剛度較差,在高層建筑遭受地震能量沖擊時,易出現結構側向過度位移現象,產生安全隱患。針對這一問題,可選擇在高層布置若干數量鋼筋混凝土剪力墻板構件,即可有效解決框架結構剪力滯后問題,有效改善結構抵抗剛度與整體性能,抑制高層框剪結構側向位移,往往選擇將鋼筋混凝土剪力墻板以X形或K形進行布置。但是,在采取這項設計措施時,所布置鋼筋混凝土剪力墻板結構的延性有所不足,可選擇在墻板上預留十字開口,將其作為結構薄弱環節,這將起到改善鋼筋混凝土剪力墻板延性、形成耗能墻板的作用,減小地震能量對高層框剪結構造成的沖擊破壞影響。

  (3)設置贅余構件。考慮到高層框剪結構在遭受地震能量沖擊作用時易產生共振效應,對建筑結構穩定性造成破壞,可選擇在高層框剪結構中設置若干數量的贅余構件,如偏交斜撐構件,由原有軸邊耗能方式切換為彎曲耗能方式,往往以鋼桿為原材料制作偏心連接支撐件、以鋼纖維混凝土為原材料制作折曲支撐件。在出現地震災害時,所設置的贅余構件可以起到誘發建筑自振周期改變、預防共振效應產生、通過先行屈服消耗地震能量的多重作用[1]。

  4 改善整體抗震性能

  (1)獲取總體屈服效果。這項設計措施指,在高層框架剪力墻結構中的適當位置中安裝若干數量“塑性鉸”構件,根據工程情況合理設定塑性鉸構件的安裝位置、次序,通過塑性鉸來增強高層框剪結構形變控制力,獲取總體屈服效果。在出現地震災害后,塑性鉸將形成耗能機構,受到水平向力影響使得水平構件與豎向構件依次屈服。

  (2)保持剛度延性統一。框架與剪力墻結構性能參數存在明顯差異,如延性系數、剛度值等,這一問題的存在加大了設計工作量,需針對各項參數不斷進行改進。在出現地震災害時,建筑各構件難以穩定保持協調狀態,易出現先后破壞現象、形成抗震薄弱環節。因此,高層框剪結構抗震設計重心在于,通過綜合采取各項設計措施,將框架與剪力墻結構延性剛度保持統一狀態。

  (3)平衡結構剛度與承載性能。在高層框剪結構中,剪力墻數量、體積、剛度三者保持正比關系,剪力墻數量越多、剛度與體積越大,以此為誘因導致高層建筑結構自振周期變小,加大了地震能量對整個物體的破壞作用,危害極大。因此,在制定高層框架剪力墻設計方案時,應重點考慮這一問題,綜合分析工程信息,在滿足工程使用需求、設計要求的前提下,將剪力墻數量與剛度控制在合理范圍內。

  簡而言之,隨著建筑高度的增高、規模擴大,框剪結構面臨更加嚴格的質量標準,需要對整體抗震性能進行創新優化,才能保障建筑使用安全。本文從設計角度入手,針對高層框架剪力墻結構提出抗震設計措施,為從業人員提供參考。

本文來源:http://www.xwinuser.com/gongsi/213.html

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