建筑结构设计中剪力墙结构的应用探析

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  摘要:随着时代的进步和社会经济的进步,我国建筑行业得到了迅速发展;建筑结构设计技术日趋成熟,其中剪力墙结构被普遍应用到建筑结构设计中,通过实践研究表明,剪力墙结构具有一系列的优势,如抗震性较好、有着较大的抗侧刚度等等;本文简要分析了建筑结构设计中剪力墙结构的应用,希望可以提供一些有价值的参考意见。
  关键词:建筑结构;剪力墙结构;应用
  通过大量的实践研究表明,在建筑结构设计中应用剪力墙结构具有一系列的优势,有着更大的结构刚度和更强的抗震性,并且整体性较好,因此受到了广大业主和开发商的青睐,被广泛应用于建筑结构设计中来。在具体的应用过程中,需要对剪力墙结构的优缺点和适用范围等充分考虑,结合工程具体情况,对剪力墙结构合理设计,保证建筑工程的整体质量。
  1 剪力墙结构设计中的基本概念及其分类
  一是剪力墙有着较大的高度和宽度,但是却只有较小的厚度,这样就促使剪力墙拥有和柱相似的几何特征和受力形态,但是在肢长和厚度的比值方面却不同于柱,如果比值在3以上时,就可以按照柱来进行设计,如果比值在3到5之间,就可以将其看作为异形柱,设计时,要结合双向受压构件来进行。
  二是剪力墙自身的特点,有着较大的承载力和平面内刚度,这样从另一个角度上来讲,就有着较小的平面外刚度和承载力,在连接平面外的梁时,就会促使墙肢的外弯矩状况出现,但是在一般情况下,平面外刚度和承载力等是不需要进行考虑。因此,外搭接情况一般不需要进行,如果必须要进行外搭接,就需要采取一系列的措施,来促使剪力墙外的质量和安全得到保证。
  三是在墙的设计计算方面,需要对水平作用和竖向作用进行充分考虑,研究和分析结构整体,将内力求出来之后,方可以验算墙的正截面承载力和斜截面承载力。如果受到的集中荷载作用比较的大,那么还需要验算局部受压承载力。在计算剪力墙承载力时,需要严格依据相关的规范要求来进行。
  2 墙肢的种类和结构的设置
  (1)在墙肢的分类方面
  一般情况下,可以将剪力墙分为剪力墙和短肢剪力墙,这种划分依据是墙肢高厚比的差异,一般剪力墙在墙肢截面高度和厚度比方面,不能够小于8;短肢剪力墙截面高度和厚度在比值在5到8之间;此外,还可以对剪力墙进行其他方面的划分,如整体小开口墙、联肢墙以及壁式框架等,这种划分依据是墙面开洞大小的不同。还有一种类型的墙肢被称之为小墙肢,指的是墙肢截面高度和厚度的比值不大于5。
  (2)剪力墙的具体结构设置
  对于建筑的空间有着较大的要求,那么就需要双向布置剪力墙,这样空间结构的稳定性和安全性就可以得到有效提高;如果建筑所在区域地震频繁,那么布置的剪力墙结构就不能够是单向的,并且两个方向有着大致接近的刚度,在平面上需要均匀分布剪力墙,并且保证剪力墙的刚度中心接近于建筑物中心,这样扭转效应可以得到较大的减小。在一些特殊情况下,为了对刚心位置进行调整,还需要对墙肢长度以及连梁高度等进行改变。因为剪力墙有着较大的抗侧刚度和较短的结构自振周期,那么就会受到较大的水平地震作用,针对这种情况,就需要对纵横墙体的厚度进行适当减小,或者对墙体间距进行适当加大,对墙体数量进行减小,促使结构重量进行降低。
  3 剪力墙结构的厚度和长度选取
  (1)剪力墙结构的厚度
  如果建筑是一二抗震等级,那么就需要保证剪力墙底部和墙厚度之和在300毫米以上;并且要保证在十六分之一楼层厚度以上,对于其他地方,需要保证在160毫米以上;如果建筑物比较的特殊,那么就可以将概念设计分析的方法应用到剪力墙结构设计中,对墙肢轴压的比值进行有效控制,从而对墙的厚度进行有效减少。
  (2)墙肢的长度
  具体来讲,剪力墙墙肢的长度就是剪力墙墙肢截面的高度,要控制这个数值在8米以内。在剪力墙结构设计中,需要保证剪力墙结构的延性不受影响,另外,如果细高剪力墙的高宽比在2以上,那么就可以以延性剪力墙的标准来进行设计,这样可以避免脆性剪切破坏的出现。但是部分墙体有着较大的长度,那么为了保证墙体的高宽比值不小于2,就需要在长墙上开设洞口,对其进行合理划分,将弱连梁应用到洞口上,因为其具有较小的约束弯矩。
  4 剪力墙结构设计计算的原则
  剪力墙的设计并不是一项简单的工作,需要综合考虑诸多方面的因素,结合工程具体情况,来对结构设计方案进行审核,保证足够的科学和合理。在设计过程中,有一些原则是需要遵循的,这样才可以规范设计剪力墙结构。
  一是上文我们已经提到,在结构设计的过程中,需要对剪力墙的布置数量进行适当减少,这样通过结构自重的减轻来降低地震对建筑造成的影响,但是我们需要注意的是,要保证短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于百分之四十的结构总底部地震倾覆力矩。为了提高结构的侧向刚度,可以将大开间剪力墙应用进来,这样可以保证楼层具有较大的剪力系数,并且工程造价成本也可以得到有效的降低。
  二是扭转变形和剪切变形是建筑设计的重点,通常情况下,竖向构件的数量会直接影响到剪切变形的控制,如果有着较多的竖向构件,那么就会加大剪重比,影响到设计质量,出现较大的扭转变形,楼层之间的位移需求也无法得到有效满足。因此,在建筑设计中,为了对楼层之间的位移进行调整,就不能对竖向构件的刚度进行单纯增加,还需要将扭转变形的减少充分纳入考虑范围。
  三是通过实践研究表明,如果剪力墙的跨高必如果在2.5以下,那么就容易导致各种问题出现于连梁中,如剪力较大、弯矩较大等等,因此,在设计剪力墙连梁的时候,需要保证跨高比在2.5以上。如果连梁的跨高比在5以上,那么在设计时就可以按照框架梁来进行。如果跨高比在5到6之间,并且不减小连梁刚度,那么就会促使剪力和弯矩较大,出现问题。因此,在剪力墙结构设计中,就需要将连梁超限的调整原则给充分纳入考虑范围,以此来促使工程造价成本得到有效节约。
  5 结 语
  通过上文的叙述分析我们可以得知,剪力墙结构因为具有一系列的优点,因此被广泛应用于建筑结构设计中;剪力墙结构的设计并不是一项简单的工作,需要综合考虑诸多方面的因素,结合工程情况,严格遵循相关原则,对长度和宽度等严格控制,提高设计质量,这样建筑结构的安全性才可以得到保证,另外,工程造价成本也可以得到有效降低。本文简要分析了建筑结构设计中剪力墙结构的应用,希望可以提供一些有价值的参考意见。
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