基于剪力墙的建筑结构设计研究

基于剪力墙的建筑结构设计研究

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摘要:剪力墙结构凭借其优异的抗震性能及结构刚度,在建筑结构中的应用十分广泛。基于此,本文从剪力墙结构的定义和优势入手,阐述了剪力墙结构设计的原则,并对剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用进行了分析,设计人员需要明确剪力墙结构的受力状况及荷载状况,以此开展墙肢、连梁、钢筋等部位的设计,确保剪力墙结构各个部位的设计具备可行性,从而发挥出剪力墙结构优异的抗震性能,保障建筑结构的稳定性。

关键词:剪力墙;建筑结构;设计

引言

剪力墙能够保障建筑质量,其结构应用于建筑中提供足够的安全保障。剪力墙极大的提升了建筑物抗震性能,为建筑的结构安全保障提供重要作用,因此建筑工程的结构设计中大量应用剪力墙。

1剪力墙结构的定义

剪力墙结构主要是指建筑房屋中通过钢筋混凝土代替梁柱,用于承载风负荷以及地震负荷等多种水平荷载,这种墙体可以有效控制结构的荷载。剪力墙结构设计的目的在于保护建筑建筑,避免建筑在使用年限范围内受到不可抗外力,导致建筑使用寿命缩短。也就是说,剪力墙结构的应用能够显著提升建筑结构的荷载能力以及稳定性。就目前的建筑水平而言,我国应用较为广泛的建筑结构由剪力墙结构、框架结构以及混合结构等结构形式。和其他结构进行比较,剪力墙结构使用的钢材相对较少,而且具备更为优异的抗震性性能以及抗侧刚度,可以有效提升建筑的稳定性。在剪力墙结构研究越来越深入的背景下,剪力墙结构的施工工艺越来越成熟。目前施工单位主要应用钢筋混凝土进行剪力墙结构的建造,常见的剪力墙结构如图1所示。

图1剪力墙结构示意图

2剪力墙结构设计原则

进行建筑剪力墙结构设计时,应遵循4个基本原则:(1)设计计算过程中,要整体考虑剪力墙竖直和水平方向的结果,考虑不同方向上剪力墙的受力情况,在得知内力的情况下,要结合剪力墙的偏拉情况以及偏拉对剪力墙和界面和主界面造成的施力情况进行分析验算。(2)剪力墙和平面外的梁进行衔接时,容易导致墙体向平面产生外弯矩,因此,进行剪力墙结构设计时,要避免和墙外的平面梁相互连接。(3)剪力墙结构是一个平面结构,需要承受竖直方向的压力,因此,进行剪力墙结构设计时,要保证墙体结构对外力的承受能力以及墙体的刚度。(4)由于剪力墙的尺寸比较大,而且厚度比较薄时,为了保证剪力墙的受力合理,当剪力墙的长厚比在3~5时,应将墙体设计成异形柱形状;当长厚比小于3时,要将墙体设计成柱形。

3剪力墙结构的形式

3.1联肢墙

在实际的建筑工程施工过程中,需要更多的弯构件能够将剪力墙进行连接,如,在建设住宅方面,墙体上需要大量的竖向排列的洞口,在外墙上,这些洞口的设计一般就是窗口,在建筑整体的内部这些洞口一般就是楼道和门。在实际的建筑设计中,这些洞口分开了整个剪力墙,墙肢需要进行相互连接,也就是联肢墙。如果剪力墙上开出比较大的洞口,这样就使得整个剪力墙的结构受到破坏,使得正应力的分布没有规律性。但是墙肢线的刚度比较大,比形成的连梁线的刚度大的多,在每根连梁的中间都有反弯点,而墙肢的反弯点不是每个楼层都能够出现。在水平荷载的作用力下,所有的连梁都会出现弯曲的形态,但是大部分的墙肢都出现了弯曲的形态。

3.2开有不规则洞口的剪力墙

如果对剪力墙开设很多的不规则的比较大的洞口,实际上是会对整体的结构产生一定影响的,仅仅是为了满足建筑使用的要求,因此,需尽量避免,如果没有办法将其避免,可以采用一些合理的措施,从而能够降低其对整体结构的负面影响,如,开设不必要的洞口,使得剪力墙从外形上看是规则的,如果需要,可以采用刚度比较小的材料对洞口进行填充;在剪力墙中,可以设置暗柱,这样可以使得其连续性比较强,这样可以降低由于不规则的开洞对整体结构产生的影响。

4简述剪力墙的设计重点

4.1定位剪力墙

在建筑结构设计中应用剪力墙结构,应准确的进行剪力墙定位,将其刚度中心与质量中心重合,这样才能保障平面布置上,结构整体处于均匀、对称的状态,从而发挥出保障结构整体稳定性的作用。所以设计中最好沿着建筑的主轴作为设计方向,同时展开对称式的设计,并尽量在设计上避免出现单向有墙的设计。在剪力墙平面设计的定位上要遵循对称性原则,尽量保障建筑结构的两侧对称,并使质量中心与刚度中心重合在一起,控制墙体的扭矩程度,避免出现变形。而在对内外部剪力墙结构进行设计时,要遵循拉通与对直的设计原则,并保障剪力墙肢体截面处于规则的状态。

4.2合理配置墙身钢筋

墙身是剪力墙结构的重要组成部分,更是承受荷载的关键。因此,在进行墙身钢筋的配置时,设计人员需要严格按照相关标准进行,首先明确剪力墙结构在水平和垂直两个方向上的承载力,使剪力墙结构的墙体结构符合国家关于墙体抗震的要求;然后,计算出剪力墙结构的钢筋配比,从而得出相应的配筋率,以此进行墙身钢筋的配置。需要注意的是,无论建筑剪力墙结构采取几级抗震设计(共有一级、二级和三级这三种),其钢筋配比例都要控制在0.25%的范围内,而且保障墙身钢筋间的距离,将其控制在8~300mm的范围内。

4.3合理设计边缘构件

边缘构件的设计水平会对剪力墙结构的延展性产生直接的影响,需要受到设计人员的重视。一般来说,剪力墙结构的边缘构件包括暗柱与端柱这两种,设计人员需要通过边缘构件的合理配筋,保障剪力墙结构的稳定性及抗震性。与此同时,在进行边缘构件设计过程中,设计人员需要合理调整超限,避免剪力墙结构出现位移超限问题。具体而言,设计人员需要按照楼层间剪力墙数最小的要求,明确剪力墙结构的抗震性要求,确保其地震倾覆力矩控制在40%以内;并合理设置楼层最大位移和层高的比例,保障剪力墙结构的质量,避免墙体出现结构突变。

4.4做好连梁设计

设计人员可以通过提升剪力墙结构的连梁截面积,提升剪力墙结构连梁的抗剪能力。但是连梁面积的提升范围有一定的限制,因为连梁截面积的增加会提升连梁的刚度,从而增加剪力墙结构吸收的地震力,对整个建筑的稳定性产生不利影响,因此设计人员需要适当提升连梁的截面积。与此同时,如果提升剪力墙结构的连梁截面积,难以有效提升剪力墙结构的抗剪能力,设计人员可以通过降低连梁刚度的方法,保障剪力分配比例的合理性,以此提升连梁的抗剪性能。目前最常用的连梁刚度降低方法为调整连梁刚度折减系数,实现剪力的合理分配,提升连梁的抗剪性能。

4.5选择科学的设计方法

为了更好地保证建筑工程中剪力墙结构设计的合理性,在设计过程中,需要掌握几个设计重点:设计人员要选择科学的设计方法,从而更好地保证施工方案的合理性。在设计过程中,由于剪力墙的延展性较高,因此,要将剪力墙的形状设计为宽细状,而且剪力墙的高度不能小于墙体的宽度。为了更好地保证设计的准确性,在设计过程中,设计人员应借助计算机技术进行准确的数据计算,从而更好地保证剪力墙的安全性和稳定性。

结语

剪力墙应用于建筑的结构设计能够提高建筑整体结构刚度以及抗震性能。借助剪力墙的结构分析帮助设计科学安全的剪力墙类型,使剪力墙的结构作用充分发挥。具体设计时相关力学分析以及承压计算工作必须做好,保证剪力墙的高跨比以及墙厚参数合理安全,使得剪力墙既符合实际工程需要,又给建筑的稳定性提高保障。

参考文献

[1]贾智立.浅析剪力墙结构设计在建筑结构设计中的具体实践[J].江西建材,2017(9):59-61.

[2]苏立强.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的运用研究[J].建材与装饰,2016(26):106-107.

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