剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

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  摘要:随着我国社会主义现代化进程的不断加快,我国建筑行业取得了突飞猛进的发展,建筑结构设计的安全性以及稳定性有了较大的提高。在高层或者超高层建筑结构设计中,由于剪力墙结构刚度大、抗震性能强、水平力作用下侧向位移小以及整体性能好,因此在建筑结构设计中得到了广泛利用。本文主要通过分析剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用,其中详细阐述了应用中的具体问题和原则,为剪力墙结构的正确运用提供了技术保障。
  关键词:剪力墙;结构设计;应用
  剪力墙结构,即框架结构中的梁柱被替换为承担荷载所引起的内力的钢筋混凝土墙板,进而进行结构水平力的有效把握,这种利用钢筋混凝土墙板作为承担竖向和水平力的结构即为剪力墙结构,主要适用于高层建筑或超高层建筑。由于剪力墙结构整体性能强,同时刚度大以及抗震性能好,因此对于建筑结构设计而言起到了举足轻重的作用。
  一、剪力墙结构特点概述
  剪力墙,又称抗风墙,即在房屋以及构建物中作为承受风荷的墙体,同时也是作为地震作用引起的水平荷载的墙体。虽然剪力墙结构具有剪切变形大、平面布置不灵活、受力形式繁琐等特点,不利于剪力墙结构使用率的提高,但是剪力墙结构的承载力以及平面内刚度较强,同时承受水平荷载能力以及竖向荷载能力也较强,框架结构简单,因此在建筑结构设计中得到了广泛的利用。
  二、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的基本原则
  剪力墙结构设计在建筑结构设计中的基本原则主要体现在四个方面:一是合理选择剪力墙的数量。由于剪力墙结构自重大,当出现第一振型时,短肢剪力墙所承受的地震倾覆力矩不能满足侧向刚度的要求,因此要提高最小剪力系数;二是采用合理的搭接方式。由于剪力墙结构平面内的承载力以及刚度都较大,为了提高整体结构的稳定性,从而要避免平面外搭接;三是综合考虑构建的承载能力以及建筑物的变形。当高层建筑或超高层建筑的竖向构件较多时,剪力墙的楼层之间会出现扭转变形以及剪切变形,因此要综合考虑构建的承载能力以及建筑物的变形;四是合理设置梁跨高。连梁高跨比的最小下限为2.5,当连梁高跨比小于或大于5时,对于结构的设计要严格遵循框架梁的设计要求。
  三、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析
  (一)剪力墙结构应用在建筑结构设计中的计算方法
  在剪力墙结构设计中,为了保障建筑结构主体的整体质量,首先要构建一套科学、合理的设计方案。在具体的方案设计中,为了能够更好地展现剪力墙的延性,提高抗震性能,因此在剪力墙结构处于受弯工作状态时,对于剪力墙的形式设计应该注意以高细为主。同时,由于科学技术的不断发展,在剪力墙结构设计中,基本上实现了智能化、自动化操作,但是为了促进结构设计工作效率的提升,因此要进行科学、合理的计算。在具体的工作中,为了提高计算结果的效率,相关设计人员要充分利用设计工具,同时对于结构试验要进行反复推敲。例如:对于剪力墙边缘构造设计,计算分析发现,提高构造设计延性的主要方法是增加墙肢截面两端的翼缘。但结构试验发现,剪力墙的矩形截面延性较差。因此,在剪力墙结构设计中,为了提高效果的可靠性,要不断优化设计方案。
  (二)剪力墙墙肢、约束边缘构件以及连梁问题的处理
  1.1剪力墙墙肢处理。在结构设计中,当剪力墙结构的高度比小于3时,结构容易发生脆性破坏,因此要提高其延性。在墙肢长度很长的情况下,为了能够使各个墙段的高跨比达到标准,提高墙体配筋的利用率,使得墙段受弯时产生的裂缝小,因此在分解长墙的过程中可采用开洞的方式;当剪力墙肢长度超过8m 时,当出现剧烈震动时,大墙肢因无法承受压力会遭到破坏,同时由于小墙肢配筋率小,从而对于整个墙面结构而言,也必将受到严重破坏,因此必须采取有效的解决办法,主要有两种:一是采用计算洞做法,这种做法主要是為了增强小墙肢的配筋率;二是采用开施工洞做法,在施工末期将长墙肢肢解,形成短墙肢。
  1.2 剪力墙约束边缘构件的处理。从某种程度上来讲,对于剪力墙约束边缘构件的设计要依据最大平均轴压比率,当约束边缘构件设置在剪力墙的矩形截面上时,考虑到墙板的稳定性,对于极限的承载力要求严格,必须提速40%,同时地震消耗能量的能力提高20%,极限层间的位移角要扩大一倍。
  1.3 剪力墙连梁问题的处理。当剪力墙连梁高跨比较小时,由于受水平作用的影响常常会产生较强的内力,为了避免连梁的变形,要减少连梁的刚度,折减系数的最小下限为0.5。
  (三)剪力墙优化设计的策略
  在剪力墙结构设计中,为了实现受力的均衡,首先要结合实地的考察现状,制定一套系统的基础设计方案。在基础设计方案设计的过程中,要结合实际工程项目的地质以及水文条件,参考各项技术指标,分析建筑的分布动态,从而提高设计方案的合理性以及科学性、安全性。同时,在基础方案设计的过程中,为了提高建筑主体的可靠性以及安全性,因此相关的设计人员在实地考察的工作中,要严格按照国家制定的相关规范来选择承重构件。例如:当进行剪力墙承重构件的设计时,为了提高墙体的配筋率,因此要严格按照现阶段我国制定的相关规范来执行:当剪力墙的震等级为一、二、三级时,水平与竖向分布筋的最小配筋率下限为0.25%。因此,在剪力墙结构设计中,设计人员要严格执行国家相关的设计标准,选择合理的工艺参数,从而优化整体的设计方案。
  四、结束语
  综上所述,在建筑结构设计中,对剪力墙结构设计应用要综合考虑各个影响因素,充分挖掘剪力墙结构设计的内涵,积极遵循设计中的各项基本原则。为了提高整体结构的性能,要正确设置剪力墙的数量,合理分布剪力墙的位置,提高剪力墙结构的抗扭刚度,同时还要充分结合剪力墙的受力性能,从而积极发挥剪力墙的优点,提高建筑物的安全性以及经济性,不断促进工程设计水平的提升。
  参考文献:
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