剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

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  【摘 要】 在对剪力墙结构设计进行有效分析的过程中,我们应认真把握设计中遵循的各项原则,合理选用有效的长度和宽度,使设计达到最佳的效果。本文对剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用进行研究。
  【关键词】 剪力墙结构设计;建筑结构设计中;应用
  前言:
  在目前的建筑结构设计中,剪力墙的应用极为广泛,特别是在大型的高层建筑物中,其身影更是随处可见。剪力墙,又称为抗风墙、抗震墙或者结构墙,顾名思义,它在房屋与各大建筑物中主要起着承受风荷载,或由于地震作用而引起的水平荷载,为建筑物起着主要的支撑作用。我们对剪力墙的运用主要是看中了它抗风、抗震的特性,在地震发生的时候,剪力墙可以很好的吸收地震能量,有效防止墙体结构的剪切破坏。
  一、剪力墙结构分类
  就多年的工作实践进行分析,剪力墙结构的应用主要可以分为四类,而分类的根据主要是按照剪力墙在设计的过程中是否开洞,如果开洞,那么洞口直径的大小是多少。在具体设计中,分类标准如下:(1)实体墙或者截面剪力墙不开洞或者开洞的面积小于15%,这种剪力墙的变形主要为曲型,其就像一个整体的悬壁墙,在整个墙肢的高度上,弯矩图既没有弯点,也不会发生突变;(2)整体小开口剪力墙。虽然这种剪力墙的开口比较小,但是其开洞面积已经大于15%。整个剪力墙的变形主要为弯曲型,但是整个墙肢的高度基本上没有存在反弯点,弯矩图的主要位置发生了突变;(3)双肢或多肢剪力墙。这种剪力墙一般开口较大,或者其洞口成列分布。虽然在开口上与整体小开口剪力墙不同,但是它们的受力特点却十分类似。
  二、剪力墙结构的基本原则
  在社会经济快速发展的步伐下,土地资源越来越紧张,高层建筑普遍增多,剪力墙结构设计呈现大众化。剪力墙又被称为抗风墙、抗震墙、结构墙,既能够承担水平构件传来的竖向荷載,又能够承担风力或地震作用传来的水平地震作用,可以节约层高,空间利用比较好。剪力墙结构主要分为实体墙或者截面剪力墙、整体小开口剪力墙、双肢或多肢剪力墙和壁式框架等,每一种剪力墙结构都有不同的形式和作用。
  由于剪力墙平面外承载力和刚度很小,而平面内承载力和刚度则相对较大,要尽量避免平面外的搭接,因为在梁与剪力墙进行连接时,会产生平面外弯矩的现象,使剪力墙平面外的安全性受到威胁。在剪力墙结构设计中,连梁跨高比小于2.5或者大于5的时候,会出现弯矩,剪力也会超过规定的限值,对工程造价产生重大的影响。
  剪力墙的布置主要是双向和多向的,应该从整体出发,贯穿整个建筑物。在较长的剪力墙设计过程中,要将剪力墙平均分成若干段,并且每一个对立墙段的总高度和它的截面高度之比最好处于2-8之间,充分地发挥墙体配筋的作用。采用增加与沿梁轴线垂直的墙肢或者壁柱,减少弯矩对墙体的影响,控制剪力墙的平面外弯矩,把剪力墙拉通对直,避免叠合错洞墙和错洞剪力墙的出现,避免小墙肢在洞口与墙边的出现,增强抗震的能
  三、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
  1、剪力墙结构体系特点
  作为建筑结构中不可或缺的构件,剪力墙有着自身独特的特点。在建筑的设计中,逐渐发现了剪力墙的优缺点,其具有承载力和平面内刚度大的优势,但是剪切变形相对来说较大,且平面外较薄弱,加上开动后剪力墙形式复杂多变,受力非常繁琐,这些都阻碍了建筑结构中剪力墙作用的有效发挥。
  2、剪力墙的平面布置
  在剪力墙水平方向的安排中,要想把剪力墙的重量核心和其刚度核心尽可能的布置在一起,尽可能的把剪力墙平面设计根据轴对称的方式进行安排。以能够减少剪力墙扭矩为目的;在对抗震的剪力墙结构设计过程中,不能应用单向的形式进行安排设计,对剪力墙结构中的抗震性能产生不良作用,进而导致建筑项目的抗震性能变差;为了充分施展剪力墙的用途,确保剪力墙间的间隔,以便剪力墙侧向刚度能够充分发挥。
  3、剪力墙中大墙肢处理
  剪力墙在施工的过程中由于结构本身存在着延伸性要求,因此,结构施工与设计中也需要具备相应的延展特性,这对于提高剪力墙结构整体性和工作力度至关重要。通常情况下,剪力墙在设计中极容易形成高状结构的剪力墙,且极容易呈现出弯曲破坏形式和剪力墙结构体系模式,这样一来,极容易出现脆性破坏现象。因此,在设计工作中,对于墙体长度较长的剪力墙设计在满足其承载力要求的基础上可以进行分层间隔设计,将其分割成为小而均匀的独立情断,这对于提高墙体结构的承载力十分有效。除此以外,在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小,可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中,存在较少的长度大于8m的大墙肢,在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时,最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋,使整个墙面结构会受到全面破坏结构。为避免这种不利现象的发生,对于超过8m的墙肢长度,可以采取以下两种处理方法:a.开施工洞:歼施工洞即在施工时墙上留洞,完工时砌填填充墙,把长墙肢分成短墙肢。b.开计算洞:是指在进行结构计算时设有洞,开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式,可以加强其它小墙肢的配筋能力。
  4、约束边缘构件箍筋的设置
  关于约束边缘构件进行箍筋设置的时候要考虑到构件的区分,一般要考虑阴影部分和非阴影部分的区别,再给阴影部分设置的过程中要根据规范要求,因为目前规范中对这方面的要求已经相对很明确,再设计中也不会产生过多歧义。在设置过程中的难点主要集中在非阴影部分,因为规定中对这类箍筋配置规定的比较模糊,所以给设置工作造成了不小的困难,很多设计工作者对这方面都比较混乱,我们可以充分发挥约束边缘构件的作用,考虑剪力墙边缘构件范围内箍筋的长边与短边的比值来进行设定,通常两个箍筋之间的搭接都是考虑箍筋长边的长度。
  5、剪力墙结构的厚度和长度的选取
  (1)剪力墙结构的厚度
  抗震规范6.4.1条有明确规定,剪力墙底部加强墙厚一、二级抗震等级时最好大于200mm,而且不得小于楼层高度的1/16,其它地方的则不得小于160mm。在剪力墙结构设计中,遇到特殊情况的建筑物应该采取概念设计分析,有效控制墙肢轴压的比值,确保整体的连结从而达到减少墙的厚度的效果。
  (2)墙肢的长度
  剪力墙墙肢截面的高度就是剪力墙墙肢的长度,这个长度一般不应超过8m。在剪力墙结构设计中应确保剪力墙结构的延性,为了避免脆性的剪切破坏,可将高宽比大于2的细高剪力墙设计成弯曲破坏的延性剪力墙。
  6、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。
  四、结束语
  随着社会经济的发展,建筑业在社会中占有越来越重要的地位,作为建筑结构的重要组成部分,剪力墙结构具有刚度大等优点,整体性能非常好,主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载。剪力墙结构设计是建筑结构设计的重要组成部分,对抗震抗风等起到积极的作用,剪力墙结构的优化设计是建筑结构的进步,为推动建筑业的发展做出了贡献。
  参考文献:
  [1]周来鹏.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2013(15).
  [2]秦艳,焦维.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].科技向导,2011(27).
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