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剪力墙结构的抗震设计探讨

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剪力墙结构的抗震设计探讨
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【摘要】剪力墙结构是高层建筑中常用的一种结构形式。本文就高层建筑剪力墙结构抗震设计中的几个问题进行探讨。

【关键词】剪力墙结构;结构优化;设计

引言

随着社会的发展,城市化进程的步伐不断加快,高层建筑、超高层建筑是城市发展的必然趋势。在建设高层建筑的过程中,剪力墙结构因为具有较高的抗压与载重能力而受到业界人士的广泛关注,是建筑工程中最常见的一种结构形式。但是在实际工作中,由于各种建筑物的具有不同的使用功能,因此在建设过程中,很多施工环节都没有满足设计要求,甚至是在设计阶段都已出现了各种问题,导致搞成建筑的抗震性达不到设计要求,最终影响到其正常使用。

一、剪力墙的合理布置

1.1剪力墙的平面布置

(1)在抗侧刚度、抗扭刚度满足规范要求的前提下均匀布置长墙,减小剪力墙和边缘构件的数量,有效控制结构用钢量。剪力墙的最大长度以结构中震弹性分析时墙肢的名义剪应力不超限为原则,且不大于8m,最小长度为墙肢厚度的8倍。

(2)两个主轴方向的侧向刚度基本接近,结构最大层间位移小于并接近1/1000的规范限值,在满足规范各项要求的前提下减少结构地震作用效应

(3)两个方向的剪力墙互为翼墙,形成L、T、十字形,分别抵抗两个主轴方向的地震剪力和梁端弯矩。

(4)剪力墙可采用跨高比大于5的框架梁连接的单肢墙,也可采用跨高比小于2.5的强连梁连接的联肢墙。单肢墙在中震弹性分析时较少出现名义剪应力超限的情况;墙身、边缘构件的配筋也大多按照构造设置,其经济性较好,但连接单肢墙的框架梁应该具有足够的刚度协调两端剪力墙的变形,并作为结构的耗能构件。在较长墙肢上开洞口形成的联肢墙具有弯曲破坏的延性变形特征,连梁具有良好的耗能能力。但联肢墙的连梁在中震作用下名义剪应力普遍超限,墙肢也常出现名义剪应力超限的情况;联肢墙的墙身、边缘构件和连梁的配筋率往往很高。为减少联墙肢和连梁的名义剪应力超限和边缘构件配筋过大的情况,受力较大的联肢墙的连梁的剪跨比不应小于1.5。

剪力墙的墙肢自下而上连续布置,避免因刚度突变在强烈地震作用下造成地震作用效应集中;门窗洞口上下对齐,成列布置,形成明确的墙肢和连梁;剪力墙截面厚度和混凝土强度等级自下而上逐步降低。

二、结构的延性设计

2.1结构抗震性能目标

在多遇地震作用下剪力墙结构的主要受力构件处于弹性工作状态;设防烈度地震作用下剪力墙墙肢和跨高比小于2.5的连梁的名义剪应力满足规范限值要求,剪力墙水平施工缝满足抗滑移承载力设计要求,墙肢不出现偏心受拉的组合内力,底部加强部位墙肢抗剪钢筋处于弹性工作状态。

2.2剪力墙墙肢和连梁的延性设计

从汶川地震的震害调查报告中发现,汶川地震的震害绝大部分是脆性破坏,有梁柱节点、短柱、连梁、剪力墙、填充墙的斜截面剪切破坏,有剪力墙墙肢施工缝的水平剪切破坏。汶川地震的震害表明结构的延性设计十分重要。剪力墙结构的延性设计包含剪力墙、连梁的名义剪应力控制、强剪弱弯设计、墙肢轴压比控制和剪力墙施工缝抗滑移设计。

(1)控制墙肢的名义剪应力

剪力墙墙肢的名义剪应力过高时墙肢会过早出现斜裂缝,抗剪钢筋不能充分发挥作用,即使配置很多抗剪钢筋,也难以避免剪力墙的脆性剪切破坏。在工程结构设计时剪力墙墙肢的名义剪应力按照中震弹性控制,避免剪力墙出现斜截面破坏。

(2)控制墙肢的轴压比,设置边缘构件和翼墙剪力墙为偏压构件,墙肢截面相对受压区高度内的平均压应力大小和边缘构件内箍筋对混凝土的约束程度是影响剪力墙延性的重要因素。严格控制墙肢的轴压比、将大部分抗弯纵筋集中配置于边缘构件并提高边缘构件的配箍特征值,可以提高边缘构件范围内混凝土的抗压承载力和塑性变形能力,改善墙肢消耗地震能量的能力。控制轴压比、设置翼墙可以减小截面的墙肢受压区高度,提高其抗弯承载力。在工程设计时除尽可能设置翼墙外,墙肢的轴压比严格控制在0.5以下。

(3)连梁的塑性耗能设计

按照我国现行规范的要求,连梁是剪力墙结构最重要的耗能构件。然而在汶川地震中连梁的破坏几乎都是剪切破坏,较少出现耗能能力较好的弯曲破坏,即连梁没有体现规范期望的塑性耗能特征。从汶川地震的教训看,跨高比小于2.5的连梁要避免剪切破坏,仅按现行规范的要求用调整后的剪力设计值配置箍筋是不够的,应该配置对角交叉配筋抵抗地震作用下不断改变的剪力,有效防止斜裂缝的开展,提高连梁的抗剪承载力和曲率延性系数。连接单肢墙的框架梁的跨高比应该控制在5一6之间,确保具有足够的刚度协调单肢墙的变形,并具有足够的塑性耗能能力。

(4)剪力墙底部加强部位的塑性耗能设计

底部加强部位是高层剪力墙结构实现塑性耗能,保证结构安全的关键部位。高规7.2.5条采用对底部加强部位以上各楼层墙肢组合弯矩乘以增大系数,底部加强部位各楼层墙肢组合弯矩不调整的方式保证塑性铰出现在底部加强部位。高规7.2.6,7.2.14条通过对底部加强部位墙肢的剪力设计值乘以增大系数和设置约束边缘构件等方式,提高底部加强部位剪力墙的延性和抗剪承载能力。底部加强部位剪力墙水平钢筋按照中震弹性分析的剪力计算值进行配筋,确保塑性铰出现区域实现强剪弱弯。

(5)建立“强剪弱弯”、“强墙肢弱连梁”的屈服机制

抗震设计的关键是使结构实现合理的屈服机制和破坏过程,在设防烈度地震作用下依靠具有足够延性的先期屈服构件(一般为竖向荷载效应较小的水平构件)耗散地震能量,以保护结构的竖向构件。在罕遇地震作用下,竖向构件的屈服位置得到有效的控制并预先对拟定的屈服位置进行加强,提高屈服位置的耗能能力,确保结构不倒塌。工程的屈服机制是在设防烈度地震作用下连梁梁端出现塑性铰,通过连梁的塑性耗能,保护剪力墙墙肢的安全。在罕遇地震作用下底部加强部位各楼层墙肢底部出现塑性铰,依靠已特殊加强的底部加强部位的塑性耗能,保护结构不致倒塌。通过墙肢和连梁的强剪弱弯设计,避免墙肢和连梁出现脆性破坏,出现耗能良好的塑性铰。

三、结束语

(1)在高宽比较大的高层建筑中,采用剪力墙结构在保证结构安全性能的前提下可以实现较好的技术经济指标。

(2)剪力墙平、立面布置的合理性对保证结构的安全性能和有效控制建设成本意义重大。

(3)在结构平、立面布置时应避免出现薄弱层和薄弱部位,避免引起地震作用效应的集中。在构件设计时严格控制墙肢和连梁的名义剪应力,避免墙肢和连梁的脆性破坏。

(4)结构实现合理的屈服机制和破坏过程,充分发挥结构和构件塑性耗能能力,是实现抗震设防目标的关键工作。

(5)在现有的国民经济条件下对高层居住建筑进行中震弹性设计的条件尚不成熟。但用中震弹性分析结果优化剪力墙的布置,用中震弹性分析的剪力计算值控制剪力墙和小跨高比连梁的名义剪应力,配置连梁的斜向钢筋和剪力墙底部加强部位的水平抗剪钢筋,在建设成本增加较少的前提下可以大幅度提高结构的塑性耗能能力和结构安全度。。

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【摘要】民用建筑和公共建筑对于人类发展来说不仅是居住生活这么简单,同样也是承载我们家园的一个重要工具。现如今,伴随着地震的多发性和多样性的频频发生,关于改善并提升建筑结构抗地震倒塌能力是我们目前所应关注的一个重要问题......
桥梁设计中的减隔震设计探讨
发布时间:2022-12-19
摘要:桥梁是现代城市化建设中的重要基础设施,它不仅满足了通行的需要而且很多桥梁还为整个城市的景观增添亮色。桥梁作为危机管理系统的重要构成部分,应当具备较强的抗震性能。近年来,全球地震频发。国内外的地震灾害表明,震区桥......
浅析框剪结构设计中的几个问题
发布时间:2022-10-01
【摘要】 简要分析了框架剪力墙结构设计过程的几个难点。 【关键词】 框架剪力墙 嵌固端 连梁 一、工程简况 本工程为上海市嘉定区的一栋高层商务办公楼,结构高度为53米,地上十二层,地下二层。标准层结构布置图如下: 横向......
框架剪力墙结构高层住宅混凝土裂缝控制及处理
发布时间:2022-10-05
摘要:框架剪力墙结构高层,已经是住宅的主要方向,由商品混凝土所产生的裂缝问题显得尤为突出,有些已经引起质量投诉,甚至是质量纠纷索赔,因此作为工程技术人员,如何减少裂缝的产生已经成为一项重要的议题。笔者就自己的工程实践......
抗震设计的实际应用分析
发布时间:2023-03-12
[摘要]本文主要从概念设计、抗震计算以及抗震措施三个方面分析了高层建筑结构抗震设计在实际中的应用,并提出了在抗震设计中的注意事项。 [关键词]高层建筑结构;抗震设计;实际应用;注意事项 高层建筑的抗震设计既要根据工程实际......
解析房屋建筑框架剪力墙结构主体工程的施工技术
发布时间:2016-11-18
1 房屋建筑框架剪力墙结构的内涵 房屋建筑框架剪力墙结构的施工是立足建筑体框架的基础,进行承重优化的一项施工工程。一般的建筑框架由于是一个统一的整体,所以其侧向的刚度相对较小,特别是在高层建筑中,虽然整体的稳定性由框架决定,......
房屋建筑结构设计的探讨
发布时间:2023-04-14
摘要:建筑结构的可靠度、稳定性很大程度取决于建筑结构加固处理,在这里笔者论述了建筑结构加固设计,设计的过程以及基本方法。 关键词:建筑结构、结构设计、加固设计、受力分析 引言:我国是自然灾害高发国家之一,其中三分之......
探讨建筑基础结构设计
发布时间:2023-03-10
摘要:基础应埋入地下一定深度,进入较好的地层。一般将基础底面到室外设计地面的距离,称为埋置深度,简称基础埋深。通常把埋置深度不大,只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础,称作浅基础。若浅层土质不良,须将......
建筑结构优化设计探讨
发布时间:2023-01-05
【摘 要】建筑工程与人们生活有密切的联系,其结构设计是否合理在很大程度上决定了工程最终建设效果。随着建筑工程向智能化、多样化方向发展,传统的结构设计方法逐渐不能满足实际需求,需要在原有基础上进行创新优化,在确保结构基础......
探讨建筑结构设计过程中的概念设计及结构措施
发布时间:2015-08-05
摘要:本文主要针对概念设计在建筑结构设计中的重要性建筑结构设计中的概念设计与结构措施进行简要分析,仅供参考。 关键词:建筑结构;概念设计;结构设计;结构措施 中图分类号:TU3 文献标识码: A 一、建筑结构设计与概念设......
木结构建筑的构造形式与抗震优势及防护
发布时间:2023-05-05
首先介绍了传统木结构榫卯连接以及斗拱抗震的优势,列举了木建筑常采用的结构形式,然后说明了木结构建筑的弊端以及防护措施,最后基于木结构自身优势展介绍了目前以及未来的发展情况。 【关键词】木结构 抗震 榫卯 斗拱 防护 木......
市政桥梁隔震设计探讨
发布时间:2015-07-30
【摘要】桥梁是交通设施中不可缺少的重要部分。如果桥梁的质量存在问题,就会影响到人们的生命财产安全,因此桥梁的设计一定要保证其合理性,特别是隔震的设计,直接关系着桥梁的使用寿命。本文对桥梁设计中隔震设计进行了详细的分析......
带刚性伸臂减震层高层结构抗震性能对比与分析
发布时间:2023-01-14
摘 要:通过推导三角形形式钢管伸臂对有效层间位移的放大公式,得到了带刚性伸臂减震层高层结构中黏滞阻尼器的模态附加阻尼比计算公式.以一个框架核心筒结构为例,对其分别设置刚性伸臂减震层、对角支撑减震层及加强层在近场脉冲波和......
提升高层建筑结构抗震性能的关键措施
发布时间:2015-08-03
摘 要:面对我国经济贸易高速发展,高层建筑建设项目逐渐增多,人民群众整体生活水平显著提高的社会现状,人们对于高层建筑安全性的关注力度不断增加。如何加强高层建筑结构抗震性能及基于抗震性设计方案的研究已经成为当下直接关系人......
预应力钢结构的结构节点设计
发布时间:2015-07-30
【摘要】预应力钢结构是土木工程中的一颗新星。近年来,预应力钢结构如雨后春笋般出现在世界各地,在国内外得到广泛的应用。本文从分析预应力钢结构的特点出发,对预应力空间钢结构体系进行归类,并以此为基础,探讨不同结构类型的预......
刍议建筑结构优化设计探讨
发布时间:2023-03-12
摘要:结构师在保证安全性的前提下,当然应该敢于挑战新的结构形式,使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中,在基本满足建筑师设计意图的基础上,平面布置应尽量规则,对称,尽量缩小质量中心和刚度中心的差异;使建筑物在......
工业建筑结构优化设计的探讨
发布时间:2015-08-03
摘要:随着城市化的不断进步与发展,建筑行业也紧跟繁荣的脚步,工业建筑逐步演变成为了城市建设中的一个十分重要的组成部分,其设计质量的好坏直接关系到整个城市的外在形象,与整个城市发展规划的合理性、可行性及其可持续发展性都......
探讨建筑结构设计优化工作
发布时间:2023-07-12
【摘 要】随着中国市场经济的发展,建筑行业如雨后春笋般兴起。目前,建筑行业结构优化设计越来越重要。本文根据笔者多年工作经验,探讨了建筑结构设计优化工作中应注意的问题,分析优化建筑结构设计的方法,令建筑物更迎合社会发展的......
盾构隧道横向上的地震特性和抗震设计方法的研究理工论文
发布时间:2022-10-09
摘要:为了研究盾构隧道横向上的地震特性和抗震设计方法,进行了一系列振动台模型试验,并对试验应用了二维有限元动力分析。提出两种基于土体-隧道复合有限元模型和梁-弹簧有限元模型的静力分析方法,这种方法通过振动台模型试验得到验证。这项研究涉及隧道和土体动力反应性质,隧道和土体的相互作用及对不同的抗震设计方法的评价。研究结果表明:隧道位移及横向动力特性由周边土体决定;作者提出的静力分析方法可以直接用做隧道.........
建筑设计在建筑抗震设计中的作用分析
发布时间:2022-08-14
摘要:将建筑设计及抗震设计有机结合是实现建筑物抗震设计要求的必然选择。我国目前建筑抗震设计技术水平不足,在建筑设计过程中存在诸多问题。本文阐述了建筑抗震设计的重要作用,分析了建筑抗震设计中易出现的问题,希望有助于提高我国建筑物的抗震能力,保证建筑质量,为推动建筑行业的发展提供一点理论支持。关键词:建筑抗震设计;建筑设计;作用引言:最近几年的建筑行业有了蓬勃的发展前景,随着社会改革和进步,同时也为了.........
耗能减震技术在抗震加固工程中的简化设计
发布时间:2019-11-08
摘要:介绍了阻尼器型屈曲约束支撑和阻尼器型屈曲约束钢板墙这两种耗能减震技术的简化设计方法,并通过这种简化设计方法使阻尼器型屈曲约束支撑这种耗能减震技术在抗震加阎工程中的得到了应用,从案例分析结果看,这种耗能减震技术简化设计方法为结构抗震设计提供了可靠、便利的设计依据,是一种合理有效的抗震途径或结构振动控制技术手段,可应用于抗震加固工程的设计理论和分析。关键词:阻尼器;屈曲约束支撑;屈曲约束钢板墙;.........
钢铝组合结构在幕墙设计中的应用
发布时间:2022-09-24
【摘要】本文主要分析了钢铝组合结构在建筑工程中的具体应用。随着建筑幕墙技术的不断发展,幕墙技术以其结构形式丰富多样,性能安全可靠以及环保等优势被建筑施工项目所采纳。该技术的应用提升了建筑物外观样式以及性能,目前在商业......
单层砖柱厂房的抗震设计(1)论文
发布时间:2023-01-31
【提 要】 本文根据国家标准《建筑抗震设计规范》编制的原则,通过对单层砖柱厂房震害分析,提出相应的抗震设计方法。 【论文关键词】 砖柱厂房,地震震害,抗震设计 单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单、施工方便等优点,在中小型工业......
对建筑工程结构设计的分析探讨
发布时间:2017-03-29
一、建筑结构设计的特点 1结构设计的延性特点 在实际的使用中,引发建筑物变形的主要因素有风力、地震和沉降。我们在进行建筑结构设计时一定要确保高层建筑不会受变形而出现损坏甚至倒塌的情况,就要执行一些具体的措施来保证建筑物......
超大型固废筒仓结构设计探讨
发布时间:2013-12-17
摘要:超大型固废筒仓的设计和制作在引入公路加筋土挡墙设计理念后可以做到构造非常简单和廉价,可广泛应用于各种固废治理和生物质能源利用领域。本文将对超大型固废筒仓体的结构强度(环筋)和竖向刚度(立筋)进行受力分析,并提出确保......
预应力钢结构抗火研究
发布时间:2023-03-11
摘要:本文主要阐述了预应力钢结构防火现状及意义。给广大同行提供参考 关键词:预应力;钢结构;抗火 中图分类号: TU391 文献标识码: A 1预应力钢结构的特点及国内外研究现状 预应力钢结构是通过在钢结构中施加预加应力的......
关于大底盘多塔结构设计的探讨
发布时间:2023-04-04
摘要:在现代建筑设计中大底盘多塔结构已经得到广泛应用,尤其是用作住宅小区中的商品房建筑。这种设计结构占地面积小,对地上空间利用率高,极大拓宽了楼体的使用功能。大底盘多塔结构在抗震和抗沉降方面有很好的效果。本文针对如何......
轻钢结构设计中的常见问题探讨
发布时间:2022-12-15
摘要:近些年来,我国经济不断的发展,综合实力也不断的增强,社会的发展为建筑行业的快速发展提供了条件。而建筑分为工业建筑和民用建筑两类,除去一些重型厂房外,轻型钢结构由于本身的高强度、重量轻、施工快和装配简单等特点,广......
软土中浅埋地铁车站结构的抗震性能分析
发布时间:2023-03-14
摘要:两侧采用粘弹性人工边界,底部为全约束,建立合理的土与地下结构相互作用模型,通过有限元软件 分析 ,比较 研究 土—地下结构相互作用分析中埋深、土层分布和结构类型等因素对地下结构抗震性能的 影响 。结果表明,埋深对地下结构影......
剪力墙的整体性及算例分析
发布时间:2023-04-14
摘要本文阐述了剪力墙整体参数的本质,并以3片双肢剪力墙为算例,在一定程度上验证了整体性参数对墙肢等效刚度的影响。关键词剪力墙整体参数中图分类号:G642.41文献标识码:A文章编号:1002-7661(2017)14-0043-01剪力墙的受力特点需从墙肢截面的应力分布和沿墙肢高度上的弯矩变化两个方面进行分析。文本通过阐述整体参数的本质,分析整体参数对墙肢内力的影响,并通过具体算例进行验证。便于学.........
如何加强公路桥梁中的抗震设计
发布时间:2023-03-29
【摘 要】在抗震抢险救灾中,公路交通运输是抢救人民生命财产、尽快恢复生产和重建家园的重要环节,遍布的道路交通就犹如全身的血管,由此可知道路交通的重要性,而公路桥梁作为道路交通的一部分,其重要性也就可想而知,而桥梁工程,......
建筑幕墙结构优化探究
发布时间:2023-03-13
摘要:建筑幕墙应用较早始于20世纪初期,当时只限于规模较小的局部使用。随着我国经济的快速发展,建筑幕墙的应用被各个领域迅速的应用到建筑物中。幕墙结构的优化成为了建筑行业探讨的热门话题。 关键词:建筑幕墙 幕墙结构 概念设......
地下室外墙的设计总结
发布时间:2013-12-13
为了满足抗渗要求,地下室外墙(以下简称外墙)的厚度一般不应小于250mm,混凝土强度等级常用C20~C30。 1. 荷载:竖向荷载有上部及各层地下室顶板传来的荷载和外墙自重;水平荷载有室外地坪活荷载、侧向土压力、地下水压力、人防等效......
建筑物抗震设防原则
发布时间:2023-05-14
建筑抗震设计的基本思想是:小震不坏,中震可修,大震不倒。 通过结构工程师的计算与设计,采取各种相应的构造措施,保证建筑物在遭受设防烈度以内的地震作用时具有足够的承载力与变形能力,保证建筑物内人员与设备的安全,减少各种......
关于大跨度钢结构设计的一些探讨
发布时间:2022-12-04
摘要:在建筑施工的过程中,选用钢结构能够完成对结构自身的重量的降低,也可任意完成对自身的强度的提高,所以为了更好的完成建筑结构的塑性和韧性,有关部门在建筑结构设计的过程中,应该依据状况恰当的挑选符合施工需求的钢材,才......
提高建筑结构设计水平的措施探讨
发布时间:2023-05-13
摘要:建筑工程在我国的发展异常迅速,由此对于建筑设计的科学性、创新性以及经济性有了更高的标准要求。结构设计关系到整个建筑的稳定性和使用寿命,并且设计水平的高低还关系到工程造价,直接影响到施工企业的经济效益,所以提高结......