南京市江宁开发区正欣和大厦主楼结构设计文献综述

 2022-10-30 10:11:37

文献综述:

随着现代经济的发展,高层建筑越来越多,框架—剪力墙这种结构形式在现代高层建筑中也越来越常见。框架-剪力墙结构是在框架结构中设置适当的剪力墙的结构。它具有框架结构平面的布置灵活,有较大空间的优点,又具有侧向刚度较大的优点。框架-剪力墙结构中,剪力墙主要承受水平荷载,竖向荷载由框架承担。该结构一般适宜用于10-20层的建筑。

框剪结构的受力特点,是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式,所以它的框架不同于纯框架结构中的框架,剪力墙在框剪结构中也不同于剪力墙结构中的剪力墙。因为,在下部楼层,剪力墙的位移较小,它拉着框架按弯曲型曲线变形,剪力墙承受大部分水平力,上部楼层则相反,剪力墙位移越来越大,有外侧的趋势,而框架则有内收的趋势,框架拉剪力墙按剪切型曲线变形,框架除了负担外荷载产生的水平力外,还额外负担了把剪力墙拉回来的附加水平力,剪力墙不但不承受荷载产生的水平力,还因为给框架一个附加水平力而承受负剪力,所以,上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小,框架中也出现相当大的剪力。

结合本案例的建筑高度和功能分区:本工程为主体楼层为十四层,高度接近60米,决定采用钢筋混凝土框架剪力墙结构进行结构设计。

框架剪力墙结构设计的内容大致分为四个环节:结构平面布置,结构内力侧移的分析计算,梁柱截面设计以及施工图的绘制。荷载计算时,需要对恒荷载、活荷载、风荷载以及地震荷载等进行合理的组合。构件设计时,则需要依据规范要求验算各方面承载力以及裂缝宽度,检验结构的强度、刚度和稳定性,从而满足承载能力极限和正常使用极限的要求。施工图绘制时,需要参考混凝土结构施工图平面整体表示方法和制图规则,提供必要的构造详图。

在竖向荷载作用下,框剪结构的梁和柱都受到竖向力和弯矩的作用,结构受梁跨中弯矩和支座弯矩控制;在水平荷载作用下,框架柱受到水平剪力和柱端弯矩的作用,从而产生水平位移,梁端为协调变形则产生弯矩和剪力,因此结构整体由柱端截面的轴力、剪力和弯矩控制。另外,目前对于钢筋混凝土框架剪力墙结构,常用弹性分析法进行结构内力分析,即假定构件线刚度保持不变;但是混凝土不是理想的弹性材料,混凝土构件的线刚度并非保持不变,所以需要适当的梁端弯矩调幅使得内力计算更符合实际情况。并且,弯矩调幅能够有效地提高结构的延性,将钢筋布置调整得更加合理,同时保证在结构破坏时有较多的截面达到极限承载力,从而充分发挥结构的潜力,有效节约材料,提高经济性。

竖向荷载由恒荷载和活荷载产生,而水平荷载主要考虑风荷载和地震荷载。依据规范进行合理组合。

在进行荷载分配时,关键在于如何处理框架和剪力墙的协同作用。高层建筑框架一剪力墙结构协同工作计算中用连续化方法进行处理,具有许多优点,不需要联解代数方程组,直接用图表计算,甚为方便。但严格说来,此法只适用于沿高度方向结构刚度为常数的情况。另外,水平荷载须是连续分布,常见的有倒三角形荷载、均布荷载以及房屋顶点作用集中荷载。所以在进行荷载分配时,按照受力形式对荷载进行合理的等效,最终进行荷载在框架和剪力墙之间的合理分配。

抗震设计时,我国现行抗震规范通过两阶段设计实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的“三水准”设防目标。第一阶段设计是多遇地震烈度下的强度验算和弹性变形验算;第二阶段设计是罕遇地震烈度下的弹塑性变形验算。第三阶段的设计常常采用概念设计和构造措施来保证。

在抗震设计中要遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”和“强节点弱构件”的原则。“强柱弱梁”就是尽量使塑性铰出现在梁端而不是柱端。因为框架柱中的塑性铰,难以修复而且容易引起结构坍塌;而梁端出现塑性铰时,结构在破坏前可以有较大的变形,吸收和耗散更多的地震能量,体现出更好的延性。框架梁设计时,需要考虑“强剪弱弯”的原则;框架梁是混凝土框架结构的主要延性耗能构件,“强剪弱弯”能够有效避免脆性的少筋和超筋破坏,从而提高结构延性。节点需要在多遇地震下在弹性范围内工作,罕遇地震下承载力的降低不危及竖向荷载的传递,因此提出“强节点弱构件”的原则。除了以上的原则外,结构柱还需要控制轴压比,框架梁和节点的设计也应考虑锚固和施工作业的问题。

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