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高层剪力墙结构连梁的设计与分析

发布时间:2020-08-17 09:04:07 点击量:

  连梁作为剪力墙结构抗震设计中的第一道防线和主要耗能构件,其设计得是否合理直接影响到建筑物的抗震性能。对高层建筑剪力墙中的连梁设计进行研究具有非常重要的意义。本文根据笔者工作实践,并结合实际案例,对高层建筑剪力墙结构连梁的工作和破坏机理及设计方法进行了分析和探讨。本文主要对剪力墙结构中的连梁从基本概念、在水平荷载作用下的破坏形式、连梁的抗震设计以及对新型连梁的介绍进行了分析,以供大家探讨,为今后开展这方面的工作提供了参考价值。
 

剪力墙模板支撑


  关键词:高层建筑;剪力墙;结构;连梁设计

  引言

  近年来,高层建筑的不断增加,作为高层建筑的一个重要组成部分的连梁剪力墙结构,墙的应力传递纽带的一个重要环节之间的耦合强度、刚度、延性等特性均会对剪力墙的性能产生直接影响。本文将针对高层建筑剪力墙结构连梁的合理设计进行探讨。

  1.剪力墙结构的含义

  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。剪力墙结构是高层建筑中常见的结构形式。其中,高层建筑剪力墙中的连梁在高层建筑是非常重要的,主要功能是连接梁和剪力墙。对高层建筑剪力墙中的连梁设计进行研究具有非常重要的意义。这种连梁的受力性能不同于垂直荷载下的深梁,在水平荷载下其与墙肢相互作用,产生的约束弯矩和剪力在梁的两端方向相反且力较大,可能会使梁产生较大的剪切变形,使之出现斜裂缝;同时,在高层建筑中,由于连梁两端墙肢的不均匀压缩,也会使连梁产生内力。在结构设计中,即使采取在连梁中部开水平缝;剪力墙洞口宽度增加;对局部内力过大的连梁进行调整;在内力和位移计算梁的刚度降低,降低连梁措施的内在力量,是使梁的截面设计依据与相关的要求非常困难。

  2.连梁在剪力墙结构中的作用

  连梁的受力作用:充当各片墙在受沿墙长方向水平力产生的弯、剪作用时的联系、支撑功用,当墙产生水平力变形时,连梁受到剪切;连梁的构造作用:把过于长的墙分为较为长度合适的数片墙肢。为什么呢?比如梁的截面尺寸,规范规定梁的截面高不宜大于宽的3倍,因为平面外的稳定无保障。同样,墙的长就是墙截面的高,墙的厚就是墙截面的宽。小墙肢、短肢墙、长肢墙等区分都属抗震概念设计内容。楼主的空间概念要改,连梁是由下自上几乎层层设置,就把墙长分段,并没有把墙高划短。墙是重要的竖向的构件从上至下连续到基础的。这种连梁的受力性能不同于垂直荷载下的深梁,在水平荷载下其与墙肢相互作用,产生的约束弯矩和剪力在梁的两端方向相反且力较大,可能会使梁产生较大的剪切变形,使之出现斜裂缝;同时,在高层建筑中,由于连梁两端墙肢的不均匀压缩,也会使连梁产生内力。在结构设计中,即使采取在连梁中部开水平缝;剪力墙洞口宽度增加;对局部内力过大的连梁进行调整;在内力和位移计算梁的刚度降低,降低连梁措施的内在力量,是使梁的截面设计依据与相关的要求非常困难。
 

剪力墙支撑体系


  3.剪力墙的特点与分类

  为满足使用要求,剪力墙常开有门窗洞口。理论分析和试验研究表明,剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙上的开洞情况。洞口是否存在,洞口的大小、形状及位置的不同都将影响剪力墙的受力性能。剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、小开口整体剪力墙、双肢墙和壁式框架等几种类型。不同类型的剪力墙,其相应的受力特点、计算简图和计算方法也不相同,计算其内力和位移时则需采用相应的计算方法。剪力墙的特点主要包括侧移小、抗侧刚度大,吸收滋镇能量大、结果后自重大,室内墙面平整。但是他也有缺点:例如造假较高、施工程序复杂。剪力墙主要分为实体墙、整体小开口的剪力墙、双肢或多肢的剪力墙以及壁式框架剪力墙等。

  4.剪力墙的结构设计原则

  剪力墙布置原则:

  (1)剪力墙的位置:1)遵循均匀、分散、对称和周边的原则。2)剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置。3)剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及两端楼(电)梯处,在结构中部尽量减少剪力墙的布置量。

  (2)剪力墙的间距:为了保证楼(屋)盖的侧向刚度,避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形,应控制剪力墙的最大间距。

  (3)不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。因为一方面主梁端

  部约束达不到要求,连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩;另一方面对连梁本身不利,连梁本身剪切应变较大,容易出现裂缝,因此应尽量避免。

  (4)剪力墙下基础应按上部为框架与剪力墙协同工作时的计算结果设计。

  但当按地震作用标准组合效应确定基础面积或桩数时,应充分考虑地基基础的各种有利因素,避免基础面积过大或桩数过多,如桩基础设计时宜考虑桩土共同工作,并使桩数与正常使用状态下需要的桩数相差不太多,否则会加大墙、柱之间的不均匀沉降。

  (5)楼层最小剪力系数的原则。即指在设计剪力墙的承受地震倾覆力矩值

  时,要在不超过规定系数范围的前提下尽量地减少剪力墙的设置,以便于楼层的最小剪力系数尽可能地接近设计要求所规范的限值。

  5.剪力墙设计中存在的问题及解决措施

  考虑对连梁刚度进行折减,是因为在侧向荷载作用下,刚度会因混凝土的开裂而降低。在外力作用下,连梁裂缝开展与塑性变形比风荷载作用下更大,刚度降低也就更多。这就要求更加注意加强连梁的延性和使连梁符合“强剪弱弯”的要求。为楼面梁布置所设置的剪力墙。由于纯剪力墙结构多被运用于住宅建筑,建筑专业为满足使用功能需要而对结构梁布置有诸多限制。结构人员在拿到建筑图时应首先考虑梁布置,应避免主次梁关系过于复杂情况的出现。如果主次梁关系过于复杂,次梁级数太多,就可能出现因为一级主梁破坏而使结构相关联区域丧失使用功能,是结构设计概念所不许的,应在此原则下布置因设置楼面梁所需的剪力墙。墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏,同时起到抵抗温度应力防止砼出现裂缝,设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加,特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋,其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。减小和加大梁高。减小梁高使梁所受内力减小,在通常情况下对调整超筋是十分有效的,但是在结构位移接近限值的情况下,可能造成位移超限。加大连梁高度连梁所受内力加大,抗力也加大了,可能使连梁不超筋,且可以减小位移,但是这种方法可能受建筑对梁高的限制,且连梁高度加大超过一定限值,构造需加强,也造成了钢筋用量的增加。

  6.总结

  剪力墙下基础应按上部为框架与剪力墙协同工作时的计算结果设计。但当按地震作用标准组合效应确定基础面积或桩数时,应充分考虑地基基础的各种有利因素,避免基础面积过大或桩数过多,如桩基础设计时宜考虑桩土共同工作,并使桩数与正常使用状态下需要的桩数相差不太多,否则会加大墙、柱之间的不均匀沉降。

  参考文献:

  [1]《高层建筑框架--剪力墙结构设计》汪新.主编.中国建筑工业出版社 2013-2-1.

  [2]《钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法研究》缪志伟.著 2014-10-1.

  [3]《钢筋焊接网混凝土楼板与剪力墙构造详图》中国建筑标准设计研究院.组织编制.2006-6-1.

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