高層建筑工程框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■羅嗣順 ■身份證號(hào)碼:360121198806153512，江西 南昌 330000

我國大部分城市的建筑物風(fēng)格都有向高層發(fā)展的趨勢，而在高層建筑中由于用戶的不同需要往往需要以轉(zhuǎn)換層為中轉(zhuǎn)達(dá)到建筑類型轉(zhuǎn)換的目的，然而轉(zhuǎn)換層也有可能在一定程度上導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)性能變化，尤其在抗震性能上更為薄弱，易產(chǎn)生安全隱患。因此在高層建筑中對于框支剪力墻等支撐結(jié)構(gòu)中的重要組成部分需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母脑煸O(shè)計(jì)，有針對性的對其進(jìn)行強(qiáng)化，從而能夠保證在抗震等性能中都能有較好的表現(xiàn)，防止住戶的生命財(cái)產(chǎn)發(fā)生威脅。

1 轉(zhuǎn)換層的具體應(yīng)用

轉(zhuǎn)換層一般應(yīng)用于高層建筑中，目前我國各大城市的高層建筑中，往往會(huì)在建筑物的中上部分修建小開間，在下部修建大開間，兩者的建筑結(jié)構(gòu)與其分布都是截然不同的，而轉(zhuǎn)換層作為中轉(zhuǎn)的建筑結(jié)構(gòu)需要根據(jù)建筑物的設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的布置。高層建筑在下層的大開間的建設(shè)過程中一般在布置的時(shí)候會(huì)優(yōu)先選擇強(qiáng)度較弱的類型，比如框架柱等，而上層的小開間的建設(shè)則相反，會(huì)優(yōu)先選擇剛度較為強(qiáng)的部件，比如剪力墻等。這樣的布置會(huì)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，并且在地震情況中會(huì)產(chǎn)生更加復(fù)雜的力的效應(yīng)，因此需要計(jì)算出薄弱點(diǎn)進(jìn)行加固或者通過轉(zhuǎn)換層進(jìn)行框架柱和剪力墻的中轉(zhuǎn)。目前我國建筑業(yè)中較為常用的手法是通過轉(zhuǎn)換層將建筑物的受力點(diǎn)進(jìn)行改變，計(jì)算轉(zhuǎn)換層的布置位置從而使建筑物上下兩部分不同結(jié)構(gòu)的力在發(fā)生轉(zhuǎn)變的時(shí)候能夠得到較好的傳遞。

轉(zhuǎn)換層的具體布置是需要詳細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算才可以實(shí)際布置，這是因?yàn)槠湮恢梅植贾苯佑绊懥私ㄖ镎w的抗震能力，太高或者太低都會(huì)使得轉(zhuǎn)換層不能發(fā)揮最大的作用。經(jīng)專家實(shí)際驗(yàn)證得出如下結(jié)論:轉(zhuǎn)換層的位置布置在一定程度內(nèi)是越低越好的，其位置越高，上下兩層不同結(jié)構(gòu)之間的作用力越是容易發(fā)生沖突，并且與此同時(shí)還會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)上的剛度變化，也就是說墻體很容易受到力的作用發(fā)生形變，而建筑體的材料這時(shí)候也產(chǎn)生了較大的作用，如果是較好的材料，就能夠承受更多的彈性形變，能分擔(dān)轉(zhuǎn)換層的壓力，而較為一般的材料就很可能會(huì)在力的作用下突破彈性形變的極限從而產(chǎn)生裂縫等危害，最終導(dǎo)致整個(gè)墻體都發(fā)生損壞，而在建筑物中往往每一結(jié)構(gòu)都是互相影響的，如果剪力墻產(chǎn)生了裂縫無法正常發(fā)揮作用，就很可能導(dǎo)致框架柱承受的壓力也變大，從而產(chǎn)生安全隱患，甚至整個(gè)轉(zhuǎn)換層的墻體都會(huì)有損傷，而這樣的建筑物在地震等自然災(zāi)害中是不能保護(hù)住戶的人身安全的，因此國家在此方面的修建理念中也作出相應(yīng)的整改，建議在高層建筑物的修建過程中，轉(zhuǎn)換層的布置工作不宜在8 度以上的地區(qū)進(jìn)行，并且即使在八度的地區(qū)修建轉(zhuǎn)換層也要限制在三層以內(nèi)在七度以下的地區(qū)修建轉(zhuǎn)換層時(shí)候可以因地制宜適當(dāng)增加一些層數(shù)，但也不宜過高。

在某些情況下建筑物必須采用高位轉(zhuǎn)換的方法才能保證上下層的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換正常運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)該將轉(zhuǎn)換層下方小開間內(nèi)的結(jié)構(gòu)嚴(yán)格控制，實(shí)地考察其可能發(fā)生的彎曲以及軸向變形等因素，多方因素結(jié)合考慮才能開始實(shí)際施工。

2 框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體要求

建筑物的結(jié)構(gòu)建設(shè)都是因地制宜的，需要通過多方考察，不同的工程其對建筑物的具體要求也多有不同，在地基建設(shè)中也要加以改變，總而言之是牽一發(fā)而動(dòng)全身。例如地基的基礎(chǔ)施工的進(jìn)行與框架柱和剪力墻的布置就有很大的關(guān)系，其布置不僅需要滿足用戶以及工程師和建筑公司的建設(shè)功能要求，還需要滿足國家對建筑物的具體規(guī)范才可以進(jìn)行實(shí)際施工。

通常情況下布置有轉(zhuǎn)換層的建筑都是將剪力墻布置在上方，其下是局部剪力墻和框架柱的結(jié)合結(jié)構(gòu)。具體如下:

2.1 垂直方向的結(jié)構(gòu)布置

垂直方向上的力的作用最容易令建筑物形成相應(yīng)方向的剛度變化，而在發(fā)生地震作用的時(shí)候就很容易變?yōu)榻ㄖ锏目拐鹦阅鼙∪觞c(diǎn)，因此對此方面要進(jìn)行相應(yīng)的加固工作，與此同時(shí)在修建的時(shí)候也需要注意以下幾點(diǎn):

(1)在我國出臺(tái)的相關(guān)法案中規(guī)定，高層建筑的修建工作，要計(jì)算上下兩種結(jié)構(gòu)的剛度變化，以等效的剛度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體的施工要求。在結(jié)構(gòu)的布置上也需要最優(yōu)先保證下層的大空間能夠有足夠的延展性、剛度等特性，一般加固工作都是針對各種物理特性進(jìn)行的。

(2)轉(zhuǎn)換層的布置工作應(yīng)該以簡練為主，不宜太過復(fù)雜，因?yàn)樵谏舷陆Y(jié)構(gòu)的力的傳導(dǎo)過程中，簡單直接的結(jié)構(gòu)往往能更好的起到疏導(dǎo)作用。比如在布置框架柱和剪力墻的時(shí)候就應(yīng)該盡量以一條主向的方向進(jìn)行傳導(dǎo)，如果分支過多可能就會(huì)導(dǎo)致建筑物的某些結(jié)構(gòu)壓力過大從而產(chǎn)生隱患，因此需要盡量避免次級(jí)量以及更多力的方向轉(zhuǎn)換。還有在剪力墻等布置過程中可能會(huì)出現(xiàn)豎直方向上的承載力過大的情況，因此在此處不宜設(shè)置門洞等結(jié)構(gòu)，才能在最大程度上加固地層的剪力墻等結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度。

2.2 水平方向的結(jié)構(gòu)布置

水平方向的布置應(yīng)該配合整體的建設(shè)要求來設(shè)計(jì)，具有優(yōu)秀的整體性，對于修建過程中的對稱性有著極高的要求。比如在建筑中可能有一些較寬和較長等并不均勻?qū)ΨQ的地方很可能形成地震過程中的薄弱點(diǎn)，因此在其中需要設(shè)置一些伸縮縫等結(jié)構(gòu)來平衡結(jié)構(gòu)，并且在地震災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候還可以兼做抗震縫。經(jīng)過實(shí)際研究表明:在高層建筑中，一些不平衡均勻?qū)ΨQ的地方，在地震過程中會(huì)承受更多建筑物產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)力，而這時(shí)候如果不提前做相應(yīng)的加固工作就會(huì)使得其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，因此在水平方向上的對稱布置是抗增強(qiáng)震性能的重要舉措。

2.3 轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置

(1)轉(zhuǎn)換層是位于上下兩層之間的特殊結(jié)構(gòu)，它既可以看作是上層的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，又可以看作是下層的頂層結(jié)構(gòu)，因此起到了中轉(zhuǎn)的作用。轉(zhuǎn)換層的布置能夠使得建筑物在上下兩層不同結(jié)構(gòu)的沖突力中得以平衡，因此其布置是需要在對建筑整體要求以及實(shí)際建設(shè)情況有所了解的情況下才可以開始設(shè)計(jì)的特殊結(jié)構(gòu)。建筑物的不同結(jié)構(gòu)其中的剛度和承載力都有所不同，而如果兩種力直接接觸就可能會(huì)使得建筑物發(fā)生不可逆的形變，而轉(zhuǎn)換層就是為了避免兩種力直接接觸而存在的，并且轉(zhuǎn)換層能夠使得力的傳遞簡單化，不會(huì)發(fā)生多級(jí)傳遞從而加大建筑物的內(nèi)部壓力的情況。

(2)轉(zhuǎn)換層之所以具有這樣的特性是因?yàn)槠涮厥獾慕Y(jié)構(gòu)決定的，目前我國高層建筑中使用的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)大多是梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)在力的傳導(dǎo)方面具有非常優(yōu)越的特性，并且此項(xiàng)技術(shù)也已經(jīng)趨近成熟，因此能夠較為穩(wěn)定的設(shè)計(jì)和修建。然而梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)雖然在修建后能夠較為簡單的進(jìn)行力的傳動(dòng)，但是在修建過程中卻有諸多限制，對于建筑團(tuán)隊(duì)有著較高的要求，比如在修建之前就需要對整個(gè)建筑物進(jìn)行應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)，計(jì)算出建筑物中存在的各種效應(yīng)力的大小，在計(jì)算完成后還需要針對其特點(diǎn)進(jìn)行鋼筋等材料的配置，從而最大程度加加固結(jié)構(gòu)，防止危險(xiǎn)的發(fā)生。

(3)具體的計(jì)算效應(yīng)力的過程是通過框支剪力墻結(jié)構(gòu)完成的，這是我國較為常用的一種建筑物種的空間受力體系，并且容易將建筑物中的薄弱受力點(diǎn)更為形象的表現(xiàn)出來，再加以結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬軟件，就可以將建筑物的整體特征都標(biāo)注出來并進(jìn)行分析計(jì)算。

3 結(jié)語

我國在高層建筑的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的程序已經(jīng)逐漸成熟，此項(xiàng)技術(shù)在業(yè)界也得到了廣泛的認(rèn)可，但是此結(jié)構(gòu)在修建過程相當(dāng)復(fù)雜導(dǎo)致其還有很大的進(jìn)步空間。并且在除了材料的選擇外，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可以多加整改從而提高建筑物整體的抗震性能以及各種物理特性，最終達(dá)到令框支剪力墻結(jié)構(gòu)能夠更大程度上載建筑業(yè)中普及的目的。

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