高层框剪结构设计要点.doc

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1、高层框剪结构设计要点0框剪结构的优点它是由框架结构和剪力墙结构体系组成的一种结构体系。它既能为建筑使用提供较大的平面空间,又具有较大的抗侧力刚度,因而广泛应用于多种使用功能的高层办公、饭店、公寓、住宅、实验楼、病房楼等建筑。1框剪结构的特点1.1　变形特点框剪结构由框架结构和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成,而这两种结构的受力特点和变形特点是各不相同的。在侧向力作用下,剪力墙相当于一个竖向悬臂弯屈构件,其变形呈弯曲型变形(见图1a),楼层越高水平位移增长越快,其顶点位移与高度呈四次方的关系:楼层剪力在各道剪力墙之间按等效刚度EIeq比例进行分配。而框架在水平力作用下的变形呈剪切型

2、变形(见图1b),楼层越高水平位移增长越慢,在纯框架结构中,楼层剪力按框架柱的抗推刚度D值比例进行分配。框剪结构在侧向力作用下的变形呈反S型的弯剪型位移曲线。(见图1C)1.2　剪力分布分配特点框剪结构在水平力作用下,由于框架与剪力墙协同工作,在下部楼层,因剪力墙小,它约束框架变形因而使剪力墙承担了大部分剪力;相反,在上部楼层剪力墙位移越来越大,而框架的变形反而越来越小,所以框架除了负担水平作用下的那部分剪力之外还负担拉回剪力墙变形的附加剪力,因此在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小,框架承担的剪力也是不容忽视的。框剪结构在侧向力作用下,框架与剪力墙之间楼层剪力的分配比例和框架各

3、楼层剪力分布情况是随着楼层高度而变化,并与结构刚度特征值r(式3)直接相关(如图2所示)。（上图d剪力图应该绘制在竖直线左边）从图2可知,框剪结构中的框架底部剪力为零,剪力的控制部位在建筑高度的中部甚至有可能在建筑的上部。框剪结构在水平力作用下,水平位移是由楼层层间位移与层高之比u/h控制,而不是顶点位移控制。层间位移最大值发生在(0.4～0.8)H范围的楼层,H为建筑物总高度。这些与纯框架不同,纯框架最大剪力在结构的底部。因此,在实际设计实践中,对布置有剪力墙(如电梯井道墙等墙体)的框架结构,必须要按框剪协同工作计算内力,而不应只按纯框架分析,否则,不能保证上部楼层框架构件的安全

4、。1.3　框剪结构的抗震防线高层框剪结构是由延性较好的框架、抗侧力刚度较大并带有边框的剪力墙和耗能性能良好的连梁共同组成的一种结构体系。在框剪结构中连梁应设计成良好的耗能构件,以便在遭遇强烈地震时连梁最先开裂出现塑性铰,降低结构的整体刚度,减弱地震作用,从而保证结构的整体安全,实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计。1高层框剪结构合理剪力墙数量问题关于剪力墙数量多一些、刚度大一些好,还是少一些、柔一些好,各有其道理。因为随着剪力墙的增多、结构刚度变大、周期缩短,相应的地震作用就会越强,这样不仅使上部结构受力增加,材料用量增加,也给基础设计增加了困难。另外剪力墙过分增加,不利

5、于充分发挥框架的抗侧力作用,造成浪费和不合理。从近年来的资料和近年来的实践看,确定合理的剪力墙数量要从以下几个方面来确定。1.1　剪力墙合理数量的下限《高规》8.1.3条中明确规定:框剪结构中,当剪力墙部分的地震倾覆力矩≤50%结构总倾覆力矩时,其框架部分应按纯框架抗震等级采用。这说明剪力墙数量最少应以满足承受>50%总地震弯矩的需求,这是剪力墙数量的一个界限即一个下限;另一个下限要求是功能方面的要求,即变形限值的要求,剪力墙的数量最少应能使结构满足在侧向力下的水平位移限值的要求。上述两方面决定了最少应布置的剪力墙数量。2.2　剪力墙合理数量的上限规范规定在框剪结构中每层框架承受的

6、总剪力应最少为1.5Vmaxf或0.2V0两者中小值(Vmaxf为各层框架部分所承担总剪力的最大值)。规范的规定是比较合理的,这样便于框架发挥其抗侧力性能,做到经济合理。因而合理剪力墙数目的最大值应是以能充分发挥框架的性能满足0.2V0总剪力的要求为宜。1.3　确定合理剪力墙数量的原则在满足规范规定的位移限值条件下,剪力墙数量应尽量减少,并能充分发挥框架承担0.2V0楼层总剪力的作用,这样结构的地震反应相对小,且做到经济合理;在这样确定了剪力墙数量之后,还应验算结构的自振周期T,要使结构的自振周期避开场地的卓越周期,通常情况下一般能够满足,但这一点是不容忽视的一个问题。1框剪结构的

7、结构布置a)1　平面布置一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则。在平面布置中,尽量使刚度中心与荷载合力中心重合或尽量靠近,以避免产生显著的扭转;尽量使每片墙肢长度不要太长,在同刚度情况下多布置一些墙片,以便受力不过分集中;笔者近年来的实践中,对单肢墙片的长度控制在6m以内,对过长的墙肢或刚度大的剪力墙采用开施工计算洞口的措施化小单元,通过连梁连结,提高了其延性,在计算中其效果也比较好;3.2　竖向布置高层结构在竖向布置方面,要求沿高度结构侧向刚度比较均匀,构件截面由