剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用牛雅楠

剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用牛雅楠

天津辰力工程设计有限公司天津300400

摘要:建筑项目的设计内容有很多,剪力墙结构就是其中的一个,其设计形式不仅要美观,又要注重实用性,这样可以进一步增强建筑工程自身的功能。同时,剪力墙结构要具有良好的抗侧刚度和抗震能力,以此提升建筑工程的安全和稳定等性能。

关键词:剪力墙结构;建筑项目;设计应用;施工质量

1建筑项目剪力墙结构分析

1.1剪力墙结构

剪力墙结构之所以能够在建筑结构设计中得到非常广泛的应用,还是要从结构体系上的很多优势说起。剪力墙结构整体性好,侧向刚度大,承载力高,弹塑性变形能力大,具有良好的抗震性。从历次地震中的结果来看,剪力墙结构的震害比框架结构轻得多,由于变形能力不足或承载力不足而导致倒塌的剪力墙结构极少。剪力墙具有强大的抗震能力让它享有“抗震墙”这样的称呼,而其显著的抗风能力,在生活中也被称为“抗风墙”。和普通的砖墙相比它具有结构特殊性,也叫做“结构墙”。作用主要是为了承受地震荷载、风荷载,以及各种自然灾害带来的水平荷载。建筑物在时时刻刻都会受到外力的威胁或者破坏,正常使用的建筑一旦出现问题,可能会引起严重的后果。所以为了让建筑物变得更加稳定,剪力墙应运而生。判断一个建筑的承受能力主要看它结构的竖向受力和横向受力,作为剪力墙的主要材料,钢筋混凝土目前具有不可替代的优越性。

1.2剪力墙特征及种类

设计剪力墙时,设计师们会考虑是否开洞,洞口的大小也是设计师可以根据实际情况控制的。相比于6~7m的大开间,小开间更经济、更划算。3~3.9m的规模不但可以缩减建筑成本,等量的材料还可以产生更多产品。剪力墙结构有以下四种:壁式框架剪力墙、多肢或双肢剪力墙、整体小开口剪力墙和实体墙。所有的剪力墙从总体特征来看,主要有以下几个方面:具有较强的抗震性能,使得室内的墙面呈现比较平坦的外观,但是剪力墙因为其结构的建设需求,在实际的剪力墙施工中需要涉及到很多环节,所以其中的总体成本也是比较高的。

2.建筑工程剪力墙结构设计的原则

第一,剪力墙一般应该要赶着建筑物的核心轴线进行两侧方向的布置,要尽可能的避免只有某一个方向有墙的布局结构,在双侧设计时,也要尽量使两个方向的抗侧的刚度差异缩小,即双侧方向自身的振动周期应该是相近的。剪力墙应该尽量的做到拉通对直,只有这样才能够从根本上将剪力墙的抗震能力凸现出来。在门窗等洞口的位置也要注意上下各个层面都应该对齐,将墙肢和连梁凸现出来,使整个建筑结构的受力明确,这样也便于检测人员的计算。

第二,剪力墙的设计应该要在竖直方向上贯通整个建筑物,当剪力墙沿着垂直方向有所改变时,允许沿着剪力墙改变的竖直方向改变墙体的厚度和混凝土的等级,也可以采取减少部分的墙肢,使抗侧的刚度慢慢变小,同时也能够降低发生各层刚度突变、产生应力集中的概率。

第三,在设计剪力墙时,应该尽量避免直接把楼面的主梁墙直接作为支撑与剪力墙连接在一起,一方面,楼面主梁墙的顶端约束并不能达到使用要求,连梁之间没有抗扭的刚度以用来抵消平面外的弯矩,因此并不能实现稳定;另一方面,这样对于连梁的作用效果也有抵消作用,连梁本身的剪切变化范围较大且很容易就出现裂缝,一旦出现问题,不仅仅连梁的作用失效,主梁墙的稳定性也会有很大程度的影响。

3.剪力墙结构设计在建筑项目应用中的几点措施

3.1剪力墙肢种类以及结构设置

剪力墙肢的种类有很多,例如:短肢剪力墙、一般剪力墙等方面,其中短肢剪力墙不管在厚度和高度方面都应该在5mm~8mm。但是,若是数值大于8m,那么在这样的情况下,就可以叫做一般剪力墙。例如:在上述案例中,为了提升自身的荷载性能,主要利用一般剪力墙,并且是需要设置双向结构的,这样可以在一定程度上保证剪力墙施工空间的充足性。另外,在该项建筑项目设计的过程中,应当对剪力墙的厚度、刚度等方面,进行科学、合理的选择,从而保证建筑结构的受力面积处于均匀的状态,提升了建筑工程在各个方面的性能。

3.2墙肢截面厚度

剪力墙的厚度变化呈现阶段性的规律。阶段性即均匀平衡,连续不折断。阶段变化的范围最大是100m,最小是50m,严格控制在这一范围以内,才能使结构不发生变形。剪力墙的材料是混凝土,在混凝土的强度等级楼层发生变化时,此楼层要避免进行剪力墙的厚度变化。高层建筑在底部的剪力墙一般厚度大,当剪力墙的厚度超过400mm时,如果仅采用双排配筋,会形成中部大面积的素混凝土,使得剪力墙的的截面应力不均匀,所以厚度超过400mm的剪力墙,需要配置三排或四排钢筋。

3.3剪力墙结构连梁

剪力墙结构中连梁是作为连接剪力墙平面内的梁,它不仅能够连接墙肢,还能够有效的约束墙肢。在设计连梁的时候,因连梁的刚度很大,普通配筋的、跨高比小的连梁很难成为延性构件,所以对连梁进行区分,按不同的形式分别设计。①跨高比大于5的连梁,此类连梁受力情况和框架梁类似,即按照框架结构中的框架梁进行设计即可。②跨高比小于5的连梁,尤其是住在、旅馆等剪力墙结构的建筑中的连梁,跨高比往往小于2,甚至不大于1,在侧向力的作用下,这些连梁容易出现剪切斜裂缝。对于跨高比小的高连梁,可以设置水平缝,形成双连梁或者多连梁,实现弯曲破坏。当连梁宽度较大的时候,除了设置普通箍筋以外,还可以增加交叉暗柱或者设置斜向的交叉构造钢筋来改善连梁的受力性能。楼面梁支承在连梁上时,连梁产生扭转,一方面不能有效约束楼面梁,另一方面连梁受力十分不利,因此要尽量避免。楼板次梁等截面较小的梁支承在连梁上时,次梁端部可按铰接处理。

3.4剪力墙结构的计算

为规范地震作用力下的楼层最大增建位移,在剪力墙结构计算中,应该以楼间的弯曲变形为主,并将其计入扭转变形,但对结构整体弯曲变形不做扣除。所以,在高层的扭转变形最小控制方面,还要考虑不能通过盲目的增加竖向构件刚度来提升其抗变形能力。在实际的剪力墙结构优化方面,很多设计人员往往在发现某层的层间位移不够时,就以为的进行本层的侧向刚度增加,当架构的剪重复合规范时还是比较理想的,一旦减重过大,另一侧的结构刚度得不到减小。同时,考虑到工程的造价控制,对于剪力墙结构的优化,可以从技术和材料两个方面来着手,在不影响建筑工程施工质量要求的基础上,将含钢量进行适当的控制,从而实现不影响建筑安全性的基础上,以原材料的性能最大发挥内提升优化效果。

结语

总体来说,剪力墙结构设计已经在建筑结构设计中得到了非常广泛的应用。但从具体的应用情况来看,由于缺乏应用标准规定,很多设计应用细则没有按照设计人员的经验来进行。剪力墙结构有其自身的不同划分原则,设计人员应该能够结合建筑结构设计需求,进行明确的选择,切记盲目进行剪力墙的使用。

参考文献

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