建筑结构设计中剪力墙结构设计浅析

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  【摘 要】 随着建筑行业的不断发展,科学技术水平的不断提高,我国的建筑行业得到了突飞猛进的发展。为了更好地适应市场经济的发展,建筑行业在结构上必须进行改革,新的结构模式设计不断地创新。剪力墙结构的广泛应用可以有效推动建筑结构设计的发展,对其加以利用,能够很好的强化建筑结构设计质量。
  【关键词】 建筑结构;剪力墙结构;设计;应用
  一、剪力墙结构概述
  剪力墙又叫结构墙、抗风强或者抗震墙,剪力墙结构就是通过钢筋混凝土板代替框架结构中梁柱的作用,进而承担各种负荷,并能有效提高结构的水平力,这种以钢筋混凝土墙板来承受竖向及水平力的结构就是剪力墙结构,一般都是钢筋混凝土墙,其高度与宽度能与整个建筑持平。这种剪力墙结构的特点就是其结构的整体性好、刚度大、用钢量适中、抵抗侧向变形的能力强、抗震能力强,而合理的剪力墙结构设计能够塑造出良好的变形能力。因此,剪力墙结构的建造高度高于框架结构,在现代高层建筑中,很多房间的分隔墙多,而现浇的剪力墙结构,能够很好的将隔墙与承重墙合二为一,相对来说更加经济。另外,采取先浇剪力墙结构,能够使室内的结构更简洁,外型美观、便于室内布置。剪力墙
  二、剪力墙结构的特点和种类
  在建筑结构中使用剪力墙结构,最明显的作用就是建筑结构发生的侧移较小、整体的抗侧刚度较大、减震能力较强以及保证建筑内部的墙面平整度等。但是也在一定程度上增加了建筑的资金成本投入,建筑工程的施工也变得较为复杂。我国在建筑结构设计中使用的剪力墙类型可以分为以下几种:
  1、实体墙
  当剪力墙为实体墙时,有的墙体出现开洞,有的没有开洞。即使有开洞的墙体,开洞的面积也不会超过整个墙体面积的15%。因此,实体墙在使用的过程中不会出现反弯点和结构的突变。
  2、开口较小的剪力墙
  开口较小的剪力墙其特点和实体墙相同。墙体中的开口面积较小是指墙体中的开洞面积在15%以内,在受力过程中墙体中的弯矩图点不会产生反弯点,但容易在连梁出产生结构性的突变。
  3、壁式框架结构的剪力墙
  壁式框架结构的剪力墙,在墙体中洞口的尺寸较大,在进行墙肢线刚度和连梁线刚度的设计时,其大小接近。壁式框架结构的剪力墙的主要受力特点在于墙体的弯矩图会产生突变,在建筑中的多数楼层中会出现反弯点。
  三、剪力墙结构设计的原则和标准
  剪力墙结构主要是由墙肢和连梁装置这两种结构组成,它的刚度和抗震性都比较好,而且其结构较为简单、美观,非常便于室内布置和装修,其使用效果也不错,因此,要想发挥剪力墙结构的优势和特点,就要对其进行合理的设计和安排。剪力墙结构设计中主要要遵循以下几个原则:
  1、剪力墙一般其高度和宽度都较大,而其厚度却比较小,外形有点类似于板状,但是其受力状态却与柱体物相似,因此,在進行剪力墙设计时,就要严格依据其外形墙体长度与厚度的比值来进行设计,按照规定,如果比值不超过3,其墙体结构就按照柱体进行设计;如果比值超过3而又小于5的话,就按照双向受压结构来进行设计。
  2、剪力墙具有平面内刚度和实际承载力度大,而其平面外刚度和承载力度相对而言要小很多,这样就会导致剪力墙和平面外梁相连时,容易形成平面外受弯的状态,而相关工作人员基本上不会验算其外刚度和承载力,因此,建筑设计人员就要尽量避免设计这种外接结构,如果实在无法避免,在剪力墙和平面外梁相连处要采取一定的防护及构造措施。
  3、在进行剪力墙结构设计时,相关设计人员也要充分考虑墙体的水平和垂直方向上的作用力以及整体结构的作用力,而且也要对墙体的正截面和斜截面受到的承载力进行分析和验算。如果墙体受到的集中负载作用较大,还要对其进行局部承载力进行计算。另外,在剪力墙的结构设计分析中,对于剪力墙间的距离、墙体门洞之间的宽度、墙体总长度的1/10等等这些情况下都要取其计算最小值。以上就是在进行剪力墙结构设计中要遵循的一些原则和要求。
  四、剪力墙结构设计在建筑设计中的应用
  在剪力墙结构设计的过程中,要充分考虑其在建筑整体中的应用,做到对剪力墙进行合理的定位、充分考虑剪力墙中的钢筋构造、确定剪力墙设置的厚度,有效处理剪力墙中存在的连梁超筋现象。
  1、对剪力墙进行合理定位
  在剪力墙设计的过程中,要顺应建筑物的主轴方向进行双向布置,在建筑结构的抗震设计中,要尽量减少出现单项墙的形式。在进行建筑结构设计的过程中要做好以下几点:(1)如果在建筑的设计中牵涉到弧形、圆形或多边的平面结构,可以将剪力墙设计为环形或者沿着径向的位置设置剪力墙。(2)在设计中如果呈Y型的结构,就需要根据建筑自身的三个轴线的分布方向进行剪力墙的设置。(3)在结构的设计中如果呈现出T型或矩形等平面结构,就需要沿着自身结构的两个轴线的方向进行设计。(4)剪力墙的布置不宜过度集中或分散,刚度平稳过渡。
  因此,在进行剪力墙结构的设计过程中要保证结构的对称和均匀,将整体结构中的质量核心和刚度中心进行重合设置,以保证建立的墙体不会产生扭矩。在建筑结构的设计过程中,要保证剪力墙的墙肢的设置能够满足规则,并且遵循建筑结构设计简单的原则。
  2、剪力墙中的钢筋构造
  在剪力墙的结构设计中有明确规定,在剪力墙的结构设计过程中,既要保证剪力墙结构水平方向和竖直方向中的配筋率,又要保证剪力墙的结构能够满足抗震设计的要求。在进行剪力墙结构的抗震设计时,配筋率要保持在0.2%以上。
  3、确定剪力墙设置的厚度
  根据国家的建筑设计规范的要求,在进行剪力墙的设计时,它的截面尺寸要满足建筑物抗震等级的要求。墙面的厚度要根据整体的抗震等级要求进行设计,墙体的底部要加强厚度,保证在200mm以上,其他部位的厚度要保持在160mm以上,在独立剪力墙的设置中,墙体底部的厚度要设置在180mm以上。
  4、处理剪力墙中存在的连梁超筋现象
  在剪力墙结构中,比较容易出现连梁超筋的现象,主要表现是墙体整体的剪力与设计过程中对剪压比规定的数值要求不相符。在墙体中出现连梁超筋的现象,主要是由于剪力墙整体结构的高度,位于建筑整体结构高度的三分之一处。如果在平面结构中,墙体较长的话,就会比较容易出现连梁超筋的现象。在出现连梁超筋时,墙体会发生严重的剪切变形。如果是墙体中较容易出现连梁超筋现象的部位时,可以采用铰链的形式进行处理。
  5.、剪力墙结构设计的其他要点
  在建筑施工过程中,为了保证建筑结构的稳定性,保证建筑质量,应该综合考虑多种因素,实现剪力墙结构的优化设计。首先,必须保证剪力墙结构的顺利建设,这是剪力墙结构设计的基础工作。其次,要充分考虑剪力墙结构的安全性问题。我们知道,剪力墙结构本身的建设就是为了增强建筑的抗震性能,保证房屋及构筑物的安全施工。反过来,在剪力墙结构的设计中,保证剪力墙结构的安全可靠度,也能够使剪力墙结构的功能得到最大化程度的发挥,同样能够达到经济合理的设计目的。最后,还应该考虑剪力墙结构的工程造价问题。为了节省工程造价,我们可以从技术手段以及原材料的使用等方面着手。例如,在剪力墙结构的设计过程中,将原材料的含钢量控制在一定的范围之内,力求达到在不损害建筑的安全性的前提之下充分发挥原材料的最大用途,就能实现剪力墙结构的优化设计。
  综上所述,随着建筑行业的不断发展,剪力墙结构的广泛应用可以有效推动建筑结构设计的发展,对其加以利用,能够很好的强化建筑结构设计质量。
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