建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengjunzhe
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  摘要:建筑结构设计中剪力墙结构设计已经应用的很广泛,但是因为我国并没有对其进行详细的规定,使得很多的细则只能依据设计人员的经验来设计。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;优化设计
  中图分类号:TU3文献标识码: A
  1、建筑结构设计中剪力墙结构设计的主要原则
  首先,因为剪力墙通常情况下都是高和宽要比厚度大很多,再加之是几何特征向板,所以剪力墙的受力形态和柱子几乎相同,但是两者之间还是有差别的,之所以会产生这种差别主要是由于肢长和厚度的比值范围,如果肢长和厚度的比值不超过3时,设计者就可以按照柱子看设计剪力墙,但是如果比值超过3,但小于5,那么设计者就可以把剪力墙当作异形柱处理。
  其次,剪力墙结构中的墙属于平面构件,它不仅要承受水平方向的水平剪力以及弯矩,还要承受来自纵向的竖向压力,如果剪力墙结构要满足抗震的要求,那么,在设计时除了要考虑刚度,还要考虑延性,这种延性能承受住非弹性变形反复循环。
  再次,剪力墙最重要也是最需要注意的特点是,如果剪力墙在同一平面内,那么它的刚度和承载力就会相对很大,但是平面外这两者就相对要很小。所以如果与剪力墙连接的是平面外的梁,就非常容易使墙肢在平面外出现弯矩的现象,所以在实际设计时,应该尽可能的不与平面外的梁连接,如果必须要与平面外的梁连接,设计人员必须要做好保护措施,避免出现剪力墙平面外出现意外事故。
  最后,在对剪力墙的设计进行计算时,不仅要考虑到竖向作用下的结构分析,好要考虑到水平作用下结构分析,在计算出内力结果之后,就要根据偏压或者偏拉来验算。在计算剪力墙承载力时,如果是带翼墙,那么,计算宽度通常情况下都是取最小值。
  2、剪力墙结构主要的设计模式
  2.1、壁式框架
  通常在联肢墙内,有一个较大的洞口,这样就在一定程度上削弱了墙肢的刚度,对应连梁的刚度比较强,此时剪力墙在受力性质方面同框架相似,这种类型的剪力墙适合用于楼房建筑的楼梯、竖式电梯等墙体,并发挥了积极实用的功效。
  2.2、整体剪力墙
  这类剪力墙一般不设门窗或洞口,一般仅有的几个非常小的洞口不纳入考虑范围,整体剪力墙主要有以下几大特征:房屋建筑中门窗加上洞口的面积总数达不到剪力墙侧面积的百分之十五,相邻洞口间的距离、洞口和墙边的距离超过了洞口最长边的大小。整体剪力墙通常被设置在建筑的主体构造中。
  2.3、联肢墙
  这类剪力墙上面通常设置了很多面积比较大的洞口,各个洞口依靠墙肢链接起来,支撑总体的受力。
  3、剪力墙结构的优缺点
  3.1、剪力墙结构的优点
  实践证明,剪力墙结构的运用可以在很大程度上减少建筑结构的用钢量、降低工程成本。同时,由于其具有较强的整体性能,拥有相对较大的刚度足以抵抗各类荷载,尤其是水平向荷载。具体到高层住宅建筑中,剪力墙结构的运用还能将建筑物内部的分隔墙与承重墙有机结合,增加建筑物内部空间,不仅安全可靠,而且经济美观。
  3.2、剪力墙结构的缺点
  剪力墙结构在存在诸多优点的同时,难免会存在一定的缺点。主要表现在以下四个方面:①相对于框架结构,剪力墙的存在难免导致建筑自重的增加,建筑物建造成本相应增加,此外,地震作用下结构的地震反应也相对增大;②剪力墙结构自身刚度较大从而能够较好地抵抗侧向变形,相应的建筑物上部结构以及下部基础也需予以加强,建筑物成本增加在所难免;③剪力墙结构中构造钢筋的配筋率相对较低,虽然在一定程度上节省了钢材,但却使得结构延性变小;④剪力墙墙肢自身承载能力得不到充分运用。
  4、建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计
  4.1、加强基础方案的设计
  基础方案是剪力墙结构设计的基础,非常关键和重要,相关设计者要想把好这一关就要积极深入实际、展开考察、调查和研究,特别是要积极预防和处理可能会发生的质量问题。
  具体的考察项目应该包括工程所在地的地質条件、水文状况等等,同时要对设计技术标准、临近工程项目的布局状况等实行妥善、科学的规划,只有这样才能确保所设计出的基础方案能够积极发挥有效作用。相关设计工作者要本着不断修改、更新与完善的原则,在已制定设计的基础方案上进行完善,这样才能确保其质量。
  4.2、完善承重构件的科学设计
  在高质量的基础方案已经得到了优化设计和确定以后,相关设计者就需要根据有关的制度、指标以及规范等来加强对承重构件的优选,这样才能有效保证建筑主体结构质量,确保其稳定性、安全度。例如:要重点加强剪力墙承重构件的优化设计,集中把握剪力墙墙体自身的配筋率,根据我国当前制定并实施的一些指标中已经明确规定:通常的剪力墙抗震有三个等级,水平横向、竖直方向的配筋率至少要在025%以上,同以往对比起来,当前的配筋率安排水平得到了显著提高,甚至正在接近国际化水平,因此,要想确保剪力墙设计质量,相关设计者就需要重点把握基础方案设计,承重构件的设计等等,要在遵循国家相关规定标准的基础上注重一些科学指标以及工艺参数的正确选择与完美结合。
  4.3、积极确保建筑整体结构功能
  剪力墙之所以被设置在建筑结构中,其功能就体现在抗震、减灾,提高建筑结构整体的稳定性,在实际的设计工作开展中,应该本着简单、易操作、规范的思想核心,来全面提升剪力墙的抗压、抗震能力。
  为了发挥剪力墙结构的积极作用,应该重点加强对各个结构受力状况的分析、设计和安排,全面维护结构均衡受力,即使一些地震、地质灾害发生时,各个局部结构不至于由于不平衡的受力而出现垮塌、崩溃等问题,减少剪力墙设置的不良作用的影响。
  对剪力墙的结构进行科学设计时,控制承力能力差、结构脆弱环节的出现,这是因为一旦局部结构质量不佳会影响剪力墙整体结构。在实际的工作过程中,必须根据相关科学理论、技术规定、参数指标等来精准地预测整体结构中可能出现脆弱问题的部分,从而积极完善设计方案,对这些可能出现的问题探索科学的解决对策,这样才能全面提升剪力墙结构的牢固度,从而确保建筑结构的总体抗震能力。
  4.4、科学使用剪力墙结构设计理念与计算方法
  为了能够牢固确保建筑整体结构的牢固度、安全性与稳定性,就要注重剪力墙结构设计方案的科学优选。要将剪力墙的形状尽量设计成高、细状,这样当剪力墙结构需要受弯时,延展性较好。但是,也要适当控制剪力墙长度,一旦太长就会出现又低、又宽的剪力墙,因为它本身较为脆弱、相对薄弱,很难达到抵抗地震、地质灾害的目标。为了使剪力墙的长度、宽度等达到科学标准,就需要做好精准的计算、运算与核算,在我国很多地方多数都引进了信息技术设备,辅助计算,然而,实际的生产操作中仍然更加需要人工设计的辅助作用,只有这样才能确保计算的精准、可靠,相关的设计计算工作者要不断更新自己的计算软件运用水平,在正确依托与依靠计算机设备的同时,更加注重主观实战工作经验的运用,达到两项技术的优化整合。
  要想维护剪力墙结构设计的科学合理,就要全面确保一些构件的精准计算,可以引入结构试验方法,进行科学的检查和验证,例如:常见的边缘结构的计算和设计,经过计算得出结论:在墙肢截面两侧装配翼缘能够全面提升其延展性,然而,经过结构试验研究则显示出完全不同的结论,所以,在实际的生产实践操作过程中,一方面需要科学运用有关理论和计算方法,另一方面也要积极做好实验,将理论研究与实验验证联系起来,最终获得最科学的结果。
  总之,剪力墙是建筑物用来抵抗侧向压力和承受竖向重力的墙体,纵向贯穿整栋建筑,是建筑物的重要组成部分,广泛应用于高层建筑领域,在保障建筑稳定安全和抗灾能力方面发挥着举足轻重的地位。当今社会,随着建筑物功能和形态的日趋多样化,人们对建筑结构设计的要求也越来越高,剪力墙受到的关注不断加深,成为建筑设计和施工领域日常研究的重要课题之一。
  参考文献
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