1层建筑钢筋混凝土剪力墙结构的设计要点阐释
1.1 提高建筑本身的承载能力,强调结构合理性原则
作为一名真正负责高层建筑钢筋混凝土剪力墙架构设计的工作人员,他一定要掌握结构合理性的基本要求和原则,因为只有构造合理,建筑本身才能发挥出它的价值和作用,才能满足未来用户的基本需求。在高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构的设计中,建筑设计师首先要考虑的是建筑结构的安全性,因此,在具体的设计中要遵循载荷能力强、抗震性能佳的基本要求。归纳起来,这一结构的合理原理有如下几点。
1.2 抗震性的结构诉求
高层建筑要满足其基本的使用功能,同时也要满足大量的顾客(即业主)的实际需求,首先要满足的就是安全性能。而“抗震性”,则是最基本,也是最重要的一点。为严格执行并遵循该原则,设计者应综合考虑合理的配筋率,剪力墙的刚度。在整个设计过程中,剪力墙是最基本、最重要的抗震构造,高层建筑钢筋混凝土剪力墙框架设计必须从高层建筑承载能力角度和抗震性能角度进行设计,保证建筑自身具有较高的安全系数。首先,设计者应充分考虑到剪力墙的刚度与配筋状况,并着重对其进行优化,在掌握与明确其刚度与尺寸的前提下,合理地控制其数目,从而达到精确地控制其横向变形与建筑物抗震性能的目标。其次,按照过去的经验,高层结构在遭遇地震时,抗震能力较强的剪力墙,对自身的震害作用较小,这将导致整个工程的开发、设计、施工费用大幅增加,因此,在实施设计时,需要掌握合理的尺度,避免不必要的成本浪费。在确定剪力墙数目的过程中,应抓住两个关键:一是要控制好地震动荷载,二是要科学地分析和控制结构的水平变形。
1.3力学性能诉求
对于剪力墙的开洞,要进行合理的处理和设计,以使结构体系的作用发挥到最大,要注意材料自身的力学性能。而材质的机械特性,更是决定了材质的好坏,也决定了材质的好坏。首先,尽量避免剪力墙肢长差过大,导致剪力墙肢长差过大,会影响到墙体整体受力水平。其次,要特别注意钢筋混凝土剪力墙的材质特性,根据高层建筑的具体状况,尽量减少短、小肢墙的数目,并对墙体的肢体长度进行适当的调整,使墙体的材质特性得到最大程度的发挥。第三,尽量降低短胶墙、小肢墙的发生几率,高层建筑的剪力墙结构的侧向刚度通常取决于剪力墙侧移的刚度,因此,若能充分发挥建筑材料自身的力学特性,也可以降低造价。最后,要保证在高层建筑中,钢筋混凝土剪力墙结构的设计具有更高的经济效益,这就要求在合理选择和使用材料、合理处理剪力墙的开口等方面,对其进行设计。在适当的情况下,可以将“L”、“T”两种形状都考虑进去,在尽量减少剪力墙的数量的情况下,将剪力墙的优点发挥到极致。例如,可以将剪力墙设计为长墙,从而达到减少墙壁结构孔,使高层建筑成本得到合理的控制,又或者将部分短肢墙中的水平分布钢筋和箍筋进行合并设计等。
1.4 成本经济性原则
对于真正负责高层建筑钢筋混凝土剪力墙架构设计的工作人员来说,在保证结构设计质量的前提下,在以保证结构设计质量为前提,并以目标为导向的前提下,还必须将结构设计的成本经济性原则纳入考量,也就是要注意对材料的选择和成本的控制,要对资源进行合理的调配和统筹,避免出现材料浪费和资源过度消耗的现象,更不能以牺牲环境为代价来进行结构设计。首先,合理地安排剪力墙的开口,在高层建筑中,除了一定要保留门、窗等开口之外,还要根据建筑物的构造来安排相应的开口,本着最优的设计与经济的原则,尽量把剪力墙设置为增长墙,从而既可以降低开口数量,又可以降低造价。其次是大量的材料在建筑设计上的浪费。所以,在高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构的设计中,要将短肢墙中的箍筋与水平分布的钢筋进行合并,从而减少了工程中的钢筋用量,又不会对工程的质量造成影响。
2案例分析
2.1抗震等级的最终界定
建筑结构按照用途和重要性,分为A、B、C、D四个防震等级(具体划分标准依据《建筑抗震设防分类标准》和《建筑抗震设计手册》),本项目为C级,《高层建筑混凝土结构技术规程》规定,C级抗震等级应满足当地的抗震能力,在转换层之上,在没有加固的情况下,剪力墙为1级,在转换层之下,框架结构为1级,在转换层之下,为1级。当然,如果建筑物本身是符合甲级抗震要求的,那么就必须要按照工程所处地区的抗震防震强度的需求,采用主动、高效的抗震措施。
2.2标准层结构设置
由于三层地下室的一面并没有全部埋入地下,所以为了安全起见,从地下三层算起,最后得到了112.2m的总高度,按照《高层建筑混凝土结构技术规程》中的规定,这是一种B类的高度,为了有效地降低转换层的刚性,最后,为了保证转换层的刚度不会发生变化,我们决定将SRC结构应用到框架梁柱和框架支撑中。在标准层结构设置的分类上,当前比较常见的结构层转换操作办法有巨型梁转换层结构、厚板转换层结构、巨型桁架转换结构等形式。相对而言,以第一种形式最为常用,由于其受力明确、实际施工和设计的操作方法较为简单,案例工程最终也选择了这种结构,它利用大梁将上部的剪力墙全部托住,而托梁则完全由框支柱支撑。
2.3结构构件设计
2.3.1框支柱设计
在进行抗震设计时,剪力墙底部的加强部分(含底部塑性铰及上部范围),旨在保证在规定的范围内可以增加边缘构件箍筋、墙体纵横向钢筋等的抗震加强措施,避免对脆性较强的剪力墙造成破坏,从而从整体上提高整个建筑结构的抗震性能和防震效果。本案例工程的框支柱抗震级别为丙级,轴压比不得大于0.6,部分由于截面面积较大而形成的短柱,轴压比不得大于0.5。另外,由于钢筋混凝土框架支撑的钢筋混凝土柱截面的伸长性能与钢筋混凝土柱的钢筋混凝土梁截面的强度有着密切的关系,因此,框架支撑的混凝土梁的强度比普通钢筋混凝土柱要高。
2.3.2框支梁设计
按照有关规定,一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.5%,由于框支梁中有轴力,且通常为偏心受拉构造,因此,应设置大量的腰筋,沿梁高的距离不得大于200mm,并将其锚固到支座中。案例建筑项目的框支梁宽度为500~10mm,它是一个复杂且重要的受力构件,它不但是上下层载荷的传递纽带,更是保证框支剪力墙抗震性能的关键,所以在实际进行设计的时候,需要尽量多地预留。同时,由于框架结构在地震中起着至关重要的作用,其剪力相对较大,因此,“强剪弱弯”的原则就更加重要,在纵向钢筋数目充足的情况下,还必须对其进行加固,从而实现结构的优化,使其更好地发挥结构的作用。
结语:
总之,从实际的案例中不难看出,许多高层建筑在进行钢筋混凝土剪力墙结构的设计时,都要从方案和材料的双角度进行优化,要遵循安全防护和功能性的基本要求,并与实际情况相结合,这样可以提升项目设计整体的成本控制效果和稳定性。在今后的发展过程中,由于城市的土地越来越紧缺,建设的规模越来越大,相信将会有越来越多的高层建筑进入到人们的视野之中,这就要求更多的利用新技术、新资源,对设计方案进行不断的优化和调整,并充分考虑用户的真实需求,从而提升建筑设计的时代性。
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