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正確選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計體系

2013-08-19 14:41    【  【打印】【我要糾錯】

  由于高層建筑中抗水平力成為設(shè)計的主要矛盾,因此采用何種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性問題。根據(jù)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的不同,鋼筋砼結(jié)構(gòu)主要可分為框架結(jié)構(gòu)、框架——剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等幾種結(jié)構(gòu)體系,這些體系的受力特點、抵抗水平力的能力,特別是抗震性能等有所不同,因此具有不同的適用范圍。

  框架結(jié)構(gòu)由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點連接構(gòu)成,框架梁和柱既承受垂直荷載,又承受水平荷載,并可為建筑提供靈活布置的室內(nèi)空間。當(dāng)建筑物層數(shù)較少時,水平荷載對結(jié)構(gòu)的影響較小,采用框架結(jié)構(gòu)體系比較合理,當(dāng)層數(shù)較多時,由于框架結(jié)構(gòu)在水平力的作用下,內(nèi)力分布很不均勻,并存在著層間屈服強(qiáng)度特別弱的樓層,且由于框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面慣性矩相對較小,導(dǎo)致側(cè)向剛度較小,側(cè)向變形較大,在強(qiáng)烈地震作用下,結(jié)構(gòu)的薄弱層率先屈服,發(fā)生彈塑性變形,并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象,震害一般是梁輕柱重,柱頂重于柱底,尤其是角柱和邊柱更容易發(fā)生破壞,除剪跨比較小的短柱易發(fā)生柱中剪切破壞外,一般柱是柱端的彎曲破壞。因此框架結(jié)構(gòu)屬于以剪切變形為主的柔性結(jié)構(gòu),使用高度受到限制,主要用于非抗震設(shè)計和層數(shù)相對較少的建筑中。剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻沿橫向、縱向正交布置或多軸線斜交布置,由鋼筋砼墻體承受全部的水平荷載和豎向荷載,屬于以彎曲變形為主的剛性結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度比框架結(jié)構(gòu)大的多,在水平力作用下側(cè)向變形小,空間整體性好。剪力墻結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)可分為單肢墻、小開口墻、聯(lián)肢墻,單肢墻和小開口墻的截面內(nèi)力完全或接近于按材料力學(xué)公式直線分布規(guī)律,其平衡地震力矩只靠截面內(nèi)力偶負(fù)擔(dān)。聯(lián)肢墻則通過連系梁使許多墻肢共同工作,地力矩可由多個墻肢的截面內(nèi)力矩與連梁對墻肢的約束力矩共同負(fù)擔(dān),設(shè)計原則是梁先屈服,然后墻肢曲破壞喪失承載內(nèi)力。當(dāng)連梁鋼筋屈服并且有延性時,即可吸收大量地震能量,又能繼續(xù)傳遞,彎矩剪力,對墻肢有一定的約束作用。由于剪力墻結(jié)構(gòu)自重大,建筑平面布置局限性大,難以滿足建筑內(nèi)部空間的要求。因此其更多地用于墻體布置較多,房間面積要求不太大的建筑物中,既減少了非承重隔的數(shù)量,也可使室內(nèi)無外露梁柱,達(dá)到整體美觀。

  框架——剪力墻結(jié)構(gòu)是指在框架結(jié)構(gòu)中的適當(dāng)部位增設(shè)一些剪力墻,是剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的結(jié)構(gòu)體系,能提供建筑大開間的使用空間,是由若干道單片剪力墻與框架組成。在這種結(jié)構(gòu)體系中,框架和剪力墻共同承擔(dān)水平力,但由于兩者剛度相差很大,變形形狀也不相同,必須通過各層樓板使其變形一致,達(dá)到框架和剪力墻的協(xié)同工作。從受力特點看,剪力墻是以彎曲變形為主,框架是以剪切變形為主,于變位協(xié)調(diào),在頂部框架協(xié)助剪力墻抗震,在底部剪力墻協(xié)助框架抗震,其抗震性能由于較好的的發(fā)了各自的優(yōu)點而大為提高。因此可以適用于各種不同高度建筑物的要求而被廣泛采用。

  以上分析了三種常用的鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系的特點,通過分析比較看出,選擇高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系通常需要考慮的兩個主要原因是建筑物的高度和用途。

責(zé)任編輯:冰冰狼
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