建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计

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  摘要:在剪力墙结构的设计中,要根据剪力墙设计的标准进行,促进剪力墙的施工达到剪力墙设计的每一项规范需求,确保剪力墙结构设计的可行性、经济性,进而减少施工项目施工成本。本文主要就是针对建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计来进行分析。
  关键词:建筑结构设计;剪力墙结构;应用
  中图分类号:TU3文献标识码: A
  1、剪力墙结构概述
  剪力墙结构,是一种剪力墙体,即其建筑墙肢的截面高度与其厚度的比值在5~8范围内;亦是用钢筋混凝土板代替昔日建筑物中承受水平和竖向方向荷载作用的墙体。剪力墙虽有侧移小、防震能力大、抗侧刚度大、承重力强、使室内墙面平整等优点,在高层建筑中得到广泛的使用,但是,高层建筑的墙体也不能完全只是用剪力墙,一方面是因为剪力墙造价高、施工程序复杂,另一方面则是过多的使用剪力墙会使建筑物的质量遭到损坏,从而影响建筑物的寿命。另外,在剪力墙结构设计过程中还要充分考虑其抗震能力,要准确把握好剪力墙墙体所承受的地震倾覆力矩与结构承受的地震力矩之间的比例关系。在剪力墙使用数量较少时,更要把这两者之间的比例控制在一个合适的范围内,通常会适当的减轻剪力墙墙体承受的倾覆力矩,同时把减轻的力矩控制在15~40范围内。
  剪力墙一般分为四类,其依据:剪力墙墙体是否开洞或者是开洞尺寸的大小。
  1.1、实体墙
  实体墙是一种有开洞或者没开洞的墙体结构,但若开洞则是开洞面积小于15%。此剪力墙主要为曲型变形,形象地说像一个整体的悬壁墙,在墙肢高度弯矩图上,既不存在弯点也不会发生突变。
  1.2、整体小开口的剪力墙
  这是指开洞面积在15%以内的墙体,其受力特点:虽会在连梁处发生突变,但墙体弯矩图则不会产生弯点。
  1.3、双肢或多肢剪力墙
  即开洞面积过大或者墙体上的洞口呈列状分布。与整体小开口墙的受力特点相似。
  1.4、壁式框架剪力墙
  这是指墙体开洞尺寸较大,且其墙肢线上与墙体连梁线上的刚度接近。它的受力特点与其他剪力墙不一样,它不仅弯矩图会在楼层处发生突变,而且在建筑的大多数楼层内产生弯点。
  2、剪力墙结构设计的原则
  2.1、建筑物楼层之间进行调整量小剪力系数的原则
  为了减少建筑结构本身的重量,增强建筑承载地震的性能,在建筑施工过程中,需要尽量的减少使用剪力墙的地方,这就必须使用短肢种类的剪力墙负担处在第一震型,底端的地震倾覆力矩要比剪力墙结构负担的总底端地震倾覆力矩小百分之六十以上,把剪力墙墙体上进行大开间处置,可以提升剪力墙结构的倾向刚度。能够确保建筑楼层与楼层间最小剪力参数能够比标准的数值大,进而能够在很大程度上减少施工项目资本的开支使用。
  2.2、调整建筑物楼层与楼层之間最大位移和楼层商之闻的比例
  一般建筑设计的关键点是楼层之间存有的扭转弯曲与剪切弯曲的处置。在处置建筑建筑剪切弯曲的过程中,按照塑向结构配件的数量进行控制,不过,塑向结构配件的数量假如管控不好太多的话,就会致使剪力墙具有的剪重占据比例大,进而导致剪力墙的设计不标准、不合理,导致楼层与楼层之间的扭转弯曲会更大,在整体上完善楼层与楼层之间出现位置移动的现象。所以在剪力墙的设计中,最好尽量的降低楼层与楼层间的扭转弯曲,楼层之间的位置移动并不全是凭借塑向结构配件的刚性来调节。
  2.3、调整剪力墙连粱超限的原则
  在剪力墙的结构的建设过程中,把剪力墙跨高与2.5的连粱相比较的话,剪力墙跨高比较容易在剪力和弯矩方面出现超过规定限度的现象,因此,在剪力墙结构设计的标准中,绝大部分都会规定剪力墙结构的连粱跨度高的比要大于2.5而对于连梁跨度比超过5的剪力墙连梁,就需要用框架粱的方式来进行剪力墙连粱的建设;而对于剪力墙连梁跨高的比在5-6这个范围时,如果要保证剪力墙连梁刚度不发生变化的话,剪力墙的剪力或者是弯矩就会出现异常情况,超出剪力墙结构设计规定的范围。
  3、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用及优化设计
  3.1、剪力墙厚度的确定
  在实践的房屋建筑结构设计之中剪力墙厚度和长度的选取是两个重要的工作环节。由于剪力墙结构的宽度和长度尺寸较大,所以针对上述两个指标的选择,可以按照双向受力结构以及柱形受力结构等特性来进行设计。根据我国所制定的抗震规定,在剪力墙结构当中需要加强墙体的厚度,针对厚度的选取应当结合建筑楼层高度来进行确定。
  3.2、剪力墙墙肢长度的确定
  墙肢的长度指的是整个剪力墙的截面高度,此参数的确定对于保证剪力墙结构稳定性和外观的协调性有着巨大的作用。一般情况之下剪力墙墙肢长度需要控制在八米以内,而在剪力墙结构之中为了进一步的确保墙体构造的延伸性,合理的避免外力对于墙体的损坏,还可以将宽度和高度比例相差较大的部分采取弯曲设计的形式,设计成延伸性的剪力墙,合理的避免了弯曲对于墙体造成的损害。但是在实践设计之中部分建筑的墙体长度比较大,所以为了进一步的确保剪力墙的墙体宽度和高度之间的比值,需要采取开洞的方式,将墙体分隔成为连续的、均匀的、长度比较小的连续肢墙,针对其开洞的设计应当采取弯矩约束比较小的弱连梁的设计形式,来增强墙体的结构稳定性和刚性。
  3.3、科学设计连梁
  针对连梁的设计重点是要关注连梁的跨高比以及截面尺寸这两个指标。连梁刚度如果过大时就需要折减。针对剪力墙的设计我们根据有关标准是很难实现折减配置的,因而此时就需要通过允许其适当开裂从而把内力转移到墙体上从而来达到折减目的。在折减过程中有一个重要指标需要我们高度重视,这就是折减系数。一般情况下当防裂度较低时就需要少折减一些,防裂度高时就需要多折减一些。但是无论怎样折减,折减系数一般是不能小于0.5的。只有不小于0.5才能保证连梁承受竖向荷载能力。在今后设计过程中必须要高度重视这一问题。此外为了减小连梁刚度可以通过增加剪力墙洞口宽度的方式来实现。结构整体刚度的减小,地震的作用也将会减小,因而连梁承载力也就有可能不超限。混凝土等级的提升,在实际设计过程中提高混凝土等级就会有可能使得连梁的抗剪承载力不超限。总的来说设计人员需要根据建筑实际情况来进行针对性的调整。
  3.4、合理设置边缘构件
  在剪力墙结构设计过程中边缘构件的设置是一个重要内容。从以往的经验我们可以看出有约束边缘构件的矩形截面剪力墙和无约束边缘构件剪力墙相比有着明显优势,极限承载力有了显著提升,比无约束的提升了40%。边缘构架通常分为约束边缘构件和构造边缘构件两种类型,这两种类型的边缘构件的应用需要根据实际情况来进行设置。一般情况下当墙体平均轴压比不小于规定值的多层房屋一般设置的是约束边缘构件。
  3.5、地震荷载以及各种内力、位移计算
  在建筑剪力墙结构设计过程中如果主体结构本身布置简单,那么就可以运用空间协同平面框架来进行计算分析。当主体结构平面布置复杂的情况下就是采用空间分析程序来进行内力、位移分析。在实际设计过程中应坚持简化计算原则。在计算底盘的长宽的时候需要结合主体结构本身的长度和宽度来进行分析。一般情况下这两者是要成比例地来进行设计的。
  总之,随着经济社会的快速发展,我国建筑设计水平也不断提高。当前随着城市化进程的不断加快,城市资源的日益紧张,这都给建筑结构设计带来严峻挑战。在今后发展过程中设计人员只有不断加强剪力墙结构的应用,才能满足实际要求。剪力墙本身的刚度较大,整体性也较好。剪力墙能够具有良好的抗震性能,同时它的价格成本也比较低廉,因而被广泛地应用于高层混凝土建筑中。在人们对建筑设计要求越来越高的背景下,加强剪力墙的应用,加强对剪力墙结构的研究具有重要意义。
  参考文献
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