城市高层建筑设计方向论文范文二

所属栏目:城市管理论文 发布日期:2013-06-05 10:02 热度:

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  本文选自国家级期刊《城市建筑》,《城市建筑》杂志是经国家新闻出版总署批准,住建部指导的一本建筑行业核心杂志,本刊由中国建筑学会、黑龙江科学技术出版社联合创办。国际刊号 ISSN:1673-0232,国内刊号CN:23-1528/TU。邮发代号14-23。本刊为半月刊。在国内外建筑界影响深远。

  摘要:由于目前城市里的中高层住宅日益增加,因此框架一剪力墙结构在中高层建筑中得到了广泛的应用,其原因是框架一剪力墙结构具有良好的适用性及抗震功能。本文主要针对框架一剪力结构在中高层建筑中的应用进行了深入的研究,并提出了关于优化该结构的建议。望有关人士参考。

   关键词:中高层住宅,框架-剪力墙,结构优化

   由于时代的快速发展,城市里的中高层住宅越来越多,人们对住宅环境与质量的要求也高于以往。目前,我国城市住宅的建设正处在一个历史性的发展阶段,其发展的方向则是由“基本生存”向“感受生活、体现自我”转换。与此同时,中高层住宅设计领域也已进入一个活跃期。传统的住宅体系及住宅生产早已不能满足社会的需求,因此住宅产业将向规模化和集约化的方向发展,对住宅结构设计的优化则是发展过程中的重要任务。

  一、中高层住宅的优越性

  中高层住宅相对于传统的多层住宅而言,具有更多的优势,主要体现在:

  (一)节地性:中高层住宅的集约性使其能够高效的利用土地,尤其是通过增加住宅层的方式能够最大程度的实现节约用地。

  (二)居民环境质量性能:中高层住宅中电梯的使用,不仅仅有效的解决了垂直交通的问题,为居民出入方便创造了条件,还提高了居民居住的舒适度以及居住品质。

  (三)套型设计具有灵活适应性:目前几乎所有的中高层建筑都采用框架结构、框架一剪力墙结构体系,这种结构能够有效的提高住宅建筑的稳定性和抗震性能,并且能够随住户的喜欢重新改变布局。

  二、结构布置

  (一)剪力墙布置:通常情况下,在高层剪力墙建筑标准层的单位面积含钢量中,剪力墙自身所占的钢量就达到45%-65%,其边缘结构的含钢量大约占30%-50%,因此剪力墙在住宅建设中布置的优劣将会对建筑整体结构的经济指标产生直接的影响。剪力墙的布置需要遵守以下两个基本原则:

  1、最大限度的减少剪力墙的数量,尤其应该注意对各墙肢的布置,要慎重考虑怎样减少边缘构件。

  2、在满足建筑规范所要求的抗侧、抗扭刚度的基本条件下尽可能少的布置抗侧力构件。

  (二)梁板的布置:在进行梁板布置时,必须保证梁的传力路径简单且明确,以避免多重次梁及多次传力的情况。一般来说,剪力墙中梁的经济跨度在3-5m之间,如果不是刚度和连接一字形墙的需要,最好不要设置高连梁,因为梁越高所用的混凝土及构件配筋也就越多。住宅建筑的洞口顶部可以设置后浇过梁,再砌梁上填充墙。较厚剪力墙与梁宽的结合不一定非得与墙相同,这样就能够在一定程度上减少多余的梁构造配筋与混凝土的用量,并能为其他功能建造节省下空间。

  三、框架结构的分析方法

  在框架结构体系中,因为刚性楼盖将它们连接成一个整体,所以在水平荷载的作用下,它们无法按照自己的力学特征和变形规律进行工作,而是只能在侧移一致的条件下协同工作,这样就到这水平荷载在两者之间的关系复杂化,无法根据刚度的大小来按比例分配,因此必须根据两者协同工作的情况来进行分析和计算。

  对框架和剪力墙的协同的计算方法,主要有手算法及电算法。

  (一)手算法:该算法主要是在一定的假设基础上的近似简化算法的计算方法。它将剪力墙的平面结构看做是等效的弯曲杆件,而将平面的框架结构看作为悬臂剪切梁,在对其进行综合考虑之后将剪力墙与框架进行协调,再将协调的各个层面的杆件连续化。以此来建立剪力墙与框架之间协同工作的微分方程,方程求解之后便可以得到结构体系中的位移及内力,并获得各杆的内力。

  (二)电算法:电算法一般都用矩阵位移法进行求解,它比手算法更加精确,主要方法是将节点的位移作为最基本的未知量,将结构分散为单元,从而建立单元刚度方程。通过对方程求解可以计算出各杆端部的力量,如:

  1、假设楼面在自身的平面内为绝对刚性,而忽略平面外部的刚度。这样一来在水平力的作用下,整个楼面在自身的平面内部作刚体的移动与转动,各个轴线上的结构将与同一层具有相同的位移参数。

  2、假设个轴线上的结构在自身平面内部的刚度与外部的刚度相差甚远,并且大于外面的刚度,那么,整个结构的体现便可以分解成不同方向的平面结构进行计算。

  四、框剪结构优化的研究

  目前世界上关于框剪结构的优化问题还没有形成一个同一的理论体系,根据近年来的各种震害的调查研究,发现对于钢筋混凝土来说,其震害减少主要由于剪力墙数量的增加。尤其是关于日本地震的各种数据分析表明,当每平方米楼面的剪力墙平均长度少于50mm时,震害的情况严重,而多于50mm时,震害的破坏情况就相对轻微。由此可以看出,剪力墙对震害的预防起到了很大的作用。为了降低震害的严重程度,日本进一步的对大地震的震害采取的新的双重指标控制分析:

  1、将楼层以上的重量除以楼层剪力墙与框架柱截面的面积,这样可以准确的反映出楼层数、重量以及结构截面的面积等影响因素。

  2、将剪力墙截面的面积除以楼面的总面积,这样可以得出剪力墙的厚度等影响因素。

  当以上两个计算结果不满足规定条件时,则会发生严重的地震灾害,通过这种方式来计算剪力墙的数量与结构,盲目性严重,不能很好的达到优化。

  除此之外,还有许多关于剪力墙结构优化的观点。如诸葛瑞清在1982年就提出剪力墙的数量最好以其基地的总承受力的65%--80%为最佳。Smith等人则认为最佳的优化方式是将剪力墙的分布做到平均,他们认为剪力墙平均分布能够使结构进行重新设计和施工。刘大海等认为要优化施工首先应合理的控制抗震墙的数量,应符合相应的原则,如:剪力墙的底部结构所以能承担的地震弯矩值不能少于总地震弯矩值的50%。

  以上学者所提出的各种优化方法都相对简单,只适合与高度小于50m且质量及刚度分布较为均匀的框剪结构。而王全风在《框架-剪力墙高层建筑结构抗震荷载剪力墙数量的优化分析》一文中指出,实际上剪力墙刚度的变化对框架柱的内部力量影响不大,因此把柱断面当做常量进行处理在理论上来说是可以被允许的,以结构侧向位移的最大限制值为约束的条件对最优刚度的特征值进行搜索,便能够确定最优的剪力墙刚度。

  通过对以上优化方式的分析,本文认为实际上要做到优化剪力墙并非太难,最重要的还是要在质量上把好关,例如:采用轻质高强度的剪力墙材料、精心做好荷载清理工作、合理的对剪力墙结构进行布置和计算、严格的按照计算结果及构造进行配筋工作等都能够很大程度的优化剪力墙结构。

  总结:

  优化剪力墙结构对增强建筑的安全性、为人类居住提供更好更方便的环境具有重要的意义,本文通过对剪力墙结构的分析提出了目前剪力墙结构在应用中存在的问题,并给出相应的解决措施。目前,国内外关于优化剪力墙架构的观点众多,怎样建立一个统一、科学的剪力墙优化体系是建筑业值得关注的问题。

  参考文献:

  [1]李松.中高层住宅中的框架—剪力墙结构优化设计研究[D].武汉理工大学,2006.

  [2]邱朝辉.民用建筑高层剪力墙结构优化设计分析[J].商品与质量:建筑与发展,2011,(11):151-151,143.

  [3]吴光通.基于高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计分析[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(17).

  祁峰,男,1978.4,江苏建湖人,淮安市建筑设计有限公司,工程师,专业方向:结构设计。

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