解析建筑结构设计中剪力墙结构的应用

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  摘要:近年来,随着改革开放的深入和经济的迅速发展,人们对于住房的要求越来越高。为了利用有限的土地资源满足更多居民的需求,高层的建筑物愈发普遍,剪力墙结构逐渐成为能够适应人们住房新观念的最佳选择。这种墙体结构既能承担水平构件传来的竖向荷载,又能承担风力或地震作用传来的水平地震作用,具有很好的承载力、整体性和空间作用,因此可用于建造高层建筑物。为保证高层建筑物的质量安全,剪力墙结构工程的质量控制尤为重要。本文就将对建筑结构设计中剪力墙结构的应用进行分析探讨。
  关键词:建筑结构;剪力墙;设计;应用
  中图分类号:TU2文献标识码: A
  1、概述
  剪力墻结构是常见的建筑结构形式之一,它和框架结构相互结合形成的框剪结构使建筑内部结构更加丰富。在剪力墙的设计中要根据墙体的几何尺寸和受力形态进行分析,尤其是柱和墙体之间的特点,在不同的比值中都要根据不同形式进行设计。剪力墙在受压后,尤其是剪力墙和墙体外梁连接处时,就形成了墙肢结构,但是在这些情况中都不能按照外搭结构和实际承载力进行计算,这时候就需要采取适当的设计,对剪力墙和平面外的梁体进行链接。所以要尽可能的避免外搭情况的出现,保证剪力墙的平面外质量和安全。
  2、剪力墙结构的种类及分类依据
  2.1、有壁式框架的剪力墙
  在建筑结构设计中剪力墙结构的种类有:有壁式框架的剪力墙,这种剪力墙的特点是洞口的尺寸比较大,墙肢线刚度与连梁线刚度非常接近,剪力墙在受力后呈现剪切型,这种受力特点和框架结构非常相似在高层建筑中采用这种剪力墙容易出现反弯点,在楼层处反弯图也有可能发生突变。
  2.2、截面剪力墙或者实体墙
  在建筑结构设计中剪力墙结构的种类还有:截面剪力墙或者实体墙,这里所说的截面剪力墙是指墙体不开洞或者所开洞的面积不超过15%。这种类型的剪力墙在受力后的变形主要呈现为弯曲型,整体上看这种剪力墙像是一个悬壁墙,弯矩图上既不存在反弯点,也不发生突变。
  2.3、双肢或者多肢剪力墙
  在建筑结构设计中剪力墙结构的种类还有双肢或者多肢剪力墙,这一类型的剪力墙的特点是开口比较大,而且洞口一般成列分布。
  2.4、整体不开口剪力墙
  在建筑结构设计中剪力墙结构的种类还有整体不开口剪力墙,这一类型的剪力墙开口普遍较小,但是开洞的面积比较大,一般小低于15%。整个剪力墙在受力后主要的变形方式是弯曲型,在整个墙肢上几乎没有反弯点,但在弯矩图的中心位置容易发生突变。
  3、建筑结构设计中剪力墙结构的应用分析
  3.1、墙体的设置及计算
  墙体在设计中必须考虑到水平和竖向力的作用,验算过程中要将内力按照偏压进行墙体承载力的计算。在进行局部受压承载力验算时要以几种荷载力作为依据,尤其是针对剪力墙的计算中,要将异形墙的设计宽带计为最小。剪力墙经常出现在门窗洞口的边缘处,墙体的总厚度为剪力墙厚度和各翼墙厚度的总和。剪力墙的种类根据剪力墙的高度和尺寸有很大关系,剪力墙在很大程度上接近板以及柱的受力形式,很多柱的厚度和墙体设计比值十分接近,这种结构多数处于双向受压,属于异形柱的范围。
  3.2、剪力墙的结构
  剪力在结构上属于平面面积大,而且厚度小的结构,为了提高高层建筑的空间范围,剪力墙在布置中取双向结构布置,这样不仅能提高空间的结构尺寸,同时能够加强抗震性,在剪力墙布置中还要减少单向剪力墙的结构布置,要保持各方向之间的刚度接近,剪力墙的结构布置要遵循受力分部均匀的原则,在使结构中心和刚度中,心相互靠近。以减少产生的扭转效应。必要时可以通过改变墙体肢长和连梁高度进行刚度位置的调整,如果剪力墙的侧刚度过大,就会影响到结构的自振周期,使建筑结构出现不利的状况,这时我们要利用剪力墙的抗侧强度较大的能力,使剪力墙的纵横方向承载能力较大。
  剪力墙和外方向的连梁是剪力墙结构设计中的重点,在这一结构上会影响到墙肢平面的外弯矩,当墙体厚度小于梁体高度时可能会产生两段弯矩的现象,这对墙体平面以外的影响很大,所以要根据结构形式制定相应的处理办法,来提高安全系数,如果楼面的横截面较小可以把结构设计变为刚接形式,这样可以起到减少墙肢平面外变矩的作用,剪力墙的内部刚度和承载力相比很大,这样相对来说平面的外刚度和承载力相比很小。如果当剪力墙和平面外的梁体接触时机会加大弯矩状况,这与在设计中避免墙肢外弯矩的相矛盾。墙体的设计要考虑到水平和竖向作用进行结构整体分析,同时在剪力墙承载力计算中,对带翼墙的计算宽度要做到取值最小,同时剪力墙之间的间距也要合理的控制。
  3.3、剪力墙的配筋设计及配筋率
  建筑抗震规范中对剪力墙底部必须进行加厚处理,要使墙体满足一、二级抗震要求,同时,剪力墙底部加强部位不应小于200mm。而且高于层高的1/16。如果墙体的端头不存在翼墙和暗柱的时候,要注意加厚的高度不得小于层高1/12。这些规定虽然适用于多层建筑,但是针对高层剪力墙结构却不适用,在加上很多业主都对室内要求视野开阔,不设外纵墙,所以像这样的特殊情况的高层建筑都采用概念设计,并且控制好墙体轴线,要使受力结构满足墙体截面条件,同时在结构上适当的增加暗柱,确保整体连接性达到减少墙体厚度的作用。
  在墙体设计中要保证一、二、三级的剪力墙配筋的水平分布,尤其在竖向和水平分布筋的配筋率不得小于0.25%,框剪结构墙体的加筋率都不能小于0.3%,这在高层设计中的选择结构最为合理,但是这些结构的与低矮的墙体都是不合适的,具体在设计中建筑需要大量的水平步筋和配筋数量,尤其是梁体结构等更需要进行详细增加。
  3.4、边缘结构设计
  通过很多试验表明,剪力墙结构的延展性不好,相对来说工字型的和槽形的剪力墙的延展性要比较优秀,通过计算发现剪力墙截面的两端通过翼墙边缘设计能够提高墙体的延展性。所以矩形墙体的边缘构件不但可以提高墙体的延性,同时还能防止剪力墙在出现水平剪切滑动。墙体的抗剪能力主要体现在墙体中出现的端柱、翼墙柱、转角墙柱等,在现阶段的规范中对墙体边缘结构和构件的抗震措施有着明确的要求,需要结构类型和受力状况进行分析,对剪力墙端墙位置和洞口两册的加强边缘设定相应的代表值,在墙肢轴压比的界线和边缘构件在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。
  总而言之,一个建筑工程结构设计必须要从结构的各个方面进行考虑设计,对每个环节要通过严格的图纸设计、施工设计等方面来进行监督,并严格控制设计的成本。而在当前社会发展中,剪力墙应用在不断增加,其在设计中的缺陷和问题将成为制约建筑发展的主要因素。所以在以后剪力墙的布置工作中,要特别的注意在具体的工作中其洞口宜上下对齐使之受力明确,尽量避免在工作中出现错洞以及叠合洞口的现象,应积极采用科学技术手段进行计算分析。在设计以及优化的过程中,应从多个方向入手,以此有效的提高其设计质量,加强安全措施,确保建筑物的安全。
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