對(duì)高層框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的探究匯總

1、對(duì)高層框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的探究【摘要】 框剪結(jié)構(gòu)是高層建筑建設(shè)過程中常用的一種結(jié)構(gòu)， 這種結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定性、 安全性等方面有著良好的性能和優(yōu)勢。 采用框架剪力結(jié)構(gòu)能夠更好的確保高層建筑內(nèi)部的空間， 在布局上也更加的靈活， 因此在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)和建設(shè)中應(yīng)用十分廣泛。 但在框剪結(jié)構(gòu)在實(shí)際的應(yīng)用過程中也有其自身的一些問題和難點(diǎn)， 例如電梯井、 樓梯間集中的區(qū)域不易進(jìn)行剪力墻的設(shè)置； 結(jié)構(gòu)位移難以控制；布置不均勻等問題。本文根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從高層建筑框架剪力結(jié)構(gòu)的性能、特點(diǎn)入手，介紹了建筑框架剪力結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法?！娟P(guān)鍵詞】高層；框剪結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；措施框剪結(jié)構(gòu)是將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)相結(jié)合的一種建筑結(jié)

2、構(gòu)方式，由于其具有較好的抗震性、 穩(wěn)定性和安全性，因而在高層建筑的設(shè)計(jì)和建設(shè)中應(yīng)用的較為廣泛。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市的人口密度越來越大，為了滿足人們的住房需求，高層建筑憑借極大的容積率在城市建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。高層建筑的垂直高度達(dá)，且內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，要確保其穩(wěn)定性和安全性，就需要對(duì)其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇和設(shè)計(jì)，而框剪結(jié)構(gòu)能夠在確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時(shí)，最大限度的發(fā)揮建筑內(nèi)部的空間資源，在抗側(cè)力強(qiáng)度上也有較好的保障，因此在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。但框剪結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)也有其自身的一些缺陷和問題，要想更好的發(fā)揮框剪結(jié)構(gòu)在高程建筑中的作用，就必須對(duì)設(shè)

3、計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。高層建筑框剪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)高層建筑的框剪結(jié)構(gòu)融合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)點(diǎn)，在確保建筑抗側(cè)力、穩(wěn)定性的同時(shí)，還能將建筑內(nèi)部的空間進(jìn)行最大限度的擴(kuò)展。高層建筑在應(yīng)用框剪結(jié)構(gòu)時(shí)，通常會(huì)對(duì)剪力墻進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)置，例如通過管道井、 電梯井等墻體對(duì)剪力墻進(jìn)行合理的布局。在高層建筑中， 框剪結(jié)構(gòu)采用的是剪切型，而剪力墻結(jié)構(gòu)采取的是彎曲型，這樣框剪結(jié)構(gòu)就能最大限度的發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)。從受力情況上來看，在框剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻主要起到了承受側(cè)向壓力的作用，而剪力墻的側(cè)向剛度比一般鋼架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度要大。在框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的共同作用下，框剪結(jié)構(gòu)確保了良好的延展性、靈活性和剛度。

4、高層框剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性在以往高層框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，通常是根據(jù)過去的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)先做出整體的設(shè)計(jì)方案，然后再根據(jù)具體的工程要求從力學(xué)性能、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一定的調(diào)整， 并建立一個(gè)結(jié)構(gòu)模型。 對(duì)模型的一些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算， 如果計(jì)算的結(jié)果不符合要求，則需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整， 并得到一組截面。 但最終得到的截面往往無法保證其質(zhì)量，通常會(huì)與設(shè)計(jì)的要求存在一定的誤差。 再加上在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上是有一定的時(shí)間限制的， 而結(jié)構(gòu)的計(jì)算過程十分復(fù)雜， 這就導(dǎo)致在設(shè)計(jì)的后期， 需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多次的調(diào)整，無法一次性確保設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量，這對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)性能也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。框剪結(jié)

5、構(gòu)在設(shè)計(jì)上流程上與一般的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本相同，但在設(shè)計(jì)的過程中有專門的設(shè)計(jì)優(yōu)化這一環(huán)節(jié)，從而更好的確保了結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)得出最佳的設(shè)計(jì)方案， 這就減少了后期對(duì)設(shè)計(jì)方案的多次調(diào)整。 框剪結(jié)構(gòu)憑借其良好的抗震性和應(yīng)用的靈活性而在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，如果對(duì)其造型和配置進(jìn)行一定的優(yōu)化，還能有效的降低高層建筑的施工成本，這也是高層建筑框剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要方向和目標(biāo)。高層建筑框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析3.1 剪力墻的設(shè)計(jì)剪力墻的設(shè)計(jì)和施工效果對(duì)高層建筑的抗震性能有著直接的影響。剪力墻的剛度越大，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能就越好。 為了更好的發(fā)揮剪力墻的抗震性能，需要對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一

6、定的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 首先可以將剪力墻設(shè)計(jì)成四周帶梁柱的邊框形式。邊框包括明框和暗框兩種類型， 它們的作用是防止斜向的裂縫進(jìn)一步向著周邊擴(kuò)展，當(dāng)墻板結(jié)構(gòu)遭到破壞時(shí)，還能起到一定的承重的作用，并且還有較好的延展性。邊框應(yīng)當(dāng)由較強(qiáng)的承受斜向剪力的性能，只有這樣當(dāng)墻身開裂的時(shí)候才能抵抗邊框梁柱產(chǎn)生的附加壓力。其次，應(yīng)當(dāng)對(duì)剪力墻的高寬比進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，如有需要可以在剪力墻上設(shè)置一定的結(jié)構(gòu)洞口和結(jié)構(gòu)豎縫， 這樣就使得剪力墻變成了雙肢墻甚至是多肢墻，可以防止墻體裂縫和結(jié)構(gòu)豎縫的產(chǎn)生。 原來的剪力墻分為兩個(gè)部分之后在剛度上會(huì)有所降低，但是能夠有效的避免剪切破壞或底部墻體塌陷的現(xiàn)象。剪力墻的剛性連梁跨高比同為為1，

7、但是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)連梁的跨高比為 5 時(shí)，連梁的延展性是最好的。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際的需要對(duì)剪力墻的連梁跨高比進(jìn)行優(yōu)化。為了進(jìn)一步發(fā)揮框剪結(jié)構(gòu)的抗震性，可以將剪力墻底部承受地震彎矩值設(shè)置為總地震彎矩的1/2。當(dāng)結(jié)構(gòu)底部的剪力較小時(shí)則需要增加剪力墻的數(shù)量，只有這樣才能確?？蚣艚Y(jié)構(gòu)的最終強(qiáng)度。但是剪力墻數(shù)量也不能無限制的增加，因?yàn)榻ㄖ?nèi)部的空間也是有限的。 在剪力墻的設(shè)置過程中， 需要在墻體之間保持一定的安全距離。要想確保建筑的抗震性能，同時(shí)確保建筑的使用空間，就需要對(duì)剪力墻的數(shù)量進(jìn)行合理的計(jì)算。建筑結(jié)構(gòu)在平面上通常會(huì)有一些凹凸的區(qū)域，在這些凹凸區(qū)域設(shè)置剪力墻是最合適的做法。剪力墻要盡

8、量設(shè)置在地面上，如果由于建筑自身的結(jié)構(gòu)要求而導(dǎo)致剪力墻不能設(shè)置在地面上，則需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層加強(qiáng)剪力墻的穩(wěn)定性。圖 1 剪力墻變截面處豎向分布鋼筋構(gòu)造3.2 結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計(jì)在高層建筑中， 抗震性能的設(shè)計(jì)是尤其重要的，這是由于高層建筑的垂直高度較大，自身的穩(wěn)定性較差。要提高高層建筑的穩(wěn)定性，具體有兩種措施。一種措施是上文中所提到的將剪力墻設(shè)計(jì)成帶邊框或梁柱的形式。邊框墻的作用是防止裂縫向周圍擴(kuò)展，在墻體結(jié)構(gòu)受到破壞時(shí)，還能作為承重的結(jié)構(gòu)。第二種方法是合理的控制結(jié)構(gòu)豎縫和洞口連接處的裂縫，這樣可以在一定程度上降低墻體的剛度，防止墻體出現(xiàn)剛性破裂的現(xiàn)象。高層框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)高層建筑中的框剪結(jié)構(gòu)實(shí)際上

9、是由框架結(jié)構(gòu)和剪力結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分組成的，既保證了建筑的抗側(cè)力剛度， 還為建筑提供了更多的使用空間。但在高層建筑的剪力墻設(shè)計(jì)中，在結(jié)構(gòu)的受力和變形特點(diǎn)上需要引起格外的注意，只有對(duì)這兩個(gè)部分進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，才能在確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，減少施工成本。 框架結(jié)構(gòu)主要是由梁柱線性桿件組成的，而剪力墻則是一種類似于豎向懸臂結(jié)構(gòu)，變形方式主要是彎曲變形。剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是具有很大的抗彎曲強(qiáng)度。圖 2 建筑框剪結(jié)構(gòu)示意圖高層建筑框剪結(jié)構(gòu)涉及的優(yōu)化在高層剪力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，最容易出現(xiàn)的一個(gè)問題是當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不規(guī)則的問題時(shí)，設(shè)計(jì)人員只能通過對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行多次的調(diào)整才能達(dá)到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。但是在后期的調(diào)整過程中，往往會(huì)

10、受到建筑自身結(jié)構(gòu)的限制，無法對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、完善的調(diào)整，而且往往需要對(duì)連梁和局部墻面進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，才能滿足要求， 但這又會(huì)引起建筑結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度上的破壞。為了盡量減少在結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)對(duì)建筑強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)制定整體的設(shè)計(jì)方案，確定最大的位移節(jié)點(diǎn)， 然后從整體上對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行有規(guī)律的調(diào)整。在調(diào)整的過程中，重點(diǎn)注意對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的調(diào)整，為此需要首先合理的分析結(jié)構(gòu)整體的受力情況，然后對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行合理的調(diào)整和協(xié)調(diào)，從墻體承受力分布不均勻的地方進(jìn)行一定的調(diào)整。由于當(dāng)前高層建筑的高度不斷提升，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也更加的復(fù)雜，對(duì)建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了更高的要求。 框剪結(jié)構(gòu)能夠有效的發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)和剪力墻

11、結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，在功能上實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)， 因此在各種建筑中都有良好的應(yīng)用效果。若能夠針對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行整體布局上的優(yōu)化， 就能更好的發(fā)揮框剪結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定性和靈活性上的優(yōu)勢，使得建筑的結(jié)構(gòu)布局更加的優(yōu)化。剪力墻布置應(yīng)注意的問題首先，在剪力墻的布置上應(yīng)當(dāng)主要沿著主軸的方向進(jìn)行雙向和多向的布置。不同方位的剪力墻應(yīng)當(dāng)盡量彼此聯(lián)接，這樣就能確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還能使得建筑內(nèi)部空間得到更好的利用。在抗震性能的設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)盡量防止出現(xiàn)單向墻面的結(jié)構(gòu)，而是采用雙向墻面，并且要確保這兩個(gè)墻面的自振周期相似。剪力墻的平面要盡量保持規(guī)則平整，防止墻體出現(xiàn)過大幅度的扭轉(zhuǎn)而影響其強(qiáng)度。在形態(tài)上， 縱向和橫向的剪力墻主要采

12、取L 型、T 型，這樣就能使縱墻和橫墻互為翼緣，起到增強(qiáng)其強(qiáng)度、 承載力和抗扭力等作用。樓梯、電梯等豎井結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡量靠近抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，這樣就能確保建筑整體的剛度。剪力墻主要起到了承受側(cè)向壓力的作用，為了更好的發(fā)揮剪力墻的這一性能，可以適當(dāng)?shù)臏p輕結(jié)構(gòu)自身的重量，加大結(jié)構(gòu)內(nèi)部可利用的空間。因此， 在剪力墻的設(shè)置上不應(yīng)當(dāng)過于集中， 要確保結(jié)構(gòu)具有恰當(dāng)?shù)膫?cè)向剛度和延展性。 剪力墻的側(cè)向剛度不宜過大， 否則容易引起抗震性的降低， 還會(huì)不必要的增加自身的重量。 錯(cuò)洞剪力墻和疊合剪力墻是兩種形狀不規(guī)則的開洞剪力墻， 其內(nèi)部的受力情況較為復(fù)雜， 容易產(chǎn)生受力的薄弱環(huán)節(jié)， 在計(jì)算內(nèi)部應(yīng)力時(shí)的難度較大， 在實(shí)際應(yīng)用

13、的過程中不易控制其強(qiáng)度和穩(wěn)定性， 因此在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要盡量避免使用錯(cuò)洞墻和疊合錯(cuò)洞墻。在建筑的框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中， 要有整體性的概念， 先從整體上對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行確認(rèn)，在調(diào)整時(shí)也要首先考慮結(jié)構(gòu)整體的性能。 當(dāng)建筑對(duì)框剪結(jié)構(gòu)的功能、 強(qiáng)度等有特別的要求時(shí)，可以對(duì)工程的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整， 否則不得對(duì)既定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行隨意的改動(dòng)。 在不影響建筑整體性能的情況下， 可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一定的優(yōu)化， 從而提高建筑整體的美觀性和安全性。7. 結(jié)語近年來， 框剪結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用十分普遍。 框剪結(jié)構(gòu)在抗震性、 抗斜向壓力等方面的優(yōu)勢為建筑提供了更好的安全保障。 但框剪結(jié)構(gòu)在實(shí)際的設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中， 對(duì)剪力墻的分布、 抗震性能的設(shè)計(jì)等方面有著特