试论建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用研究

试论建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用研究

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摘要:随着城市化进程的不断加快,建筑行业的发展可谓是突飞猛进,剪力墙结构在建筑结构设计中的应用十分广泛。剪力墙结构具有承载能力、良好的结构刚度和优良的抗震抗风性能,在高层建筑中的应用十分广泛。高层建筑剪力墙结构设计不仅要对设计师有扎实的理论基础提出了要求,与此同时还要有相当丰富的工程经验去解决设计过程中的问题。本文从剪力墙结构设计的概念开始。就建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用进行了介绍,希望以此促进行业发展。

关键词:建筑结构设计;剪力墙结构设计;应用

引言

随着城市化进程的飞速发展,目前在建或亟待投入建设的建筑工程项目数量持续增加,引发了社会公众对于建筑结构设计刚度以及强度的广泛关注与热议。在建筑工程项目结构的设计过程中,剪力墙结构属于常见的结构设计方法,影响着建筑工程项目整体施工的进度落实情况,因此要把控好剪力墙结构的科学设计流程,确保剪力墙结构的设计,能够符合建筑工程的结构设计特点,增强剂建筑结构的韧性。

1剪力墙结构概述

剪力墙结构主要是指使用钢筋混凝土墙取代梁柱框架结构,可以进行各种荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,目前这种结构广泛应用于高层建筑。一般来说,剪力墙在建筑设计中的主要作用是承受垂直荷载和抵抗水平荷载,防止建筑结构发生倾斜和倒塌。一般的剪力墙和楼板共同构成一个应力系统来完成整个建筑的支撑,但其缺点是剪力墙不能任意拆除或破坏。由于设计空间的限制,不利于建筑空间的自由组合,所以对于居民来说,装修过程必须按照剪力墙结构的要求来设计,不能随意改变室内布局。然而,短肢剪力墙结构的应用使居民在一定范围内自由改变室内布局,增加了建筑设计的灵活性。最后,剪力墙决定了建筑主体底部剪力的最大承载力,因此墙体质量较高。

2剪力墙结构设计的原则

2.1延性设计

在剪力墙结构厚度设计满足相应规范的情况下,还需要做好剪力墙结构的延性设计。在进行剪力墙结构延性设计的过程中,同样首先还是需要先做好剪力墙结构底部的延性设计工作,从而保证剪力墙结构的底部在一定高度范围内不会出现屈服的情况。此外,还需要加强剪力墙结构底部的受剪承载力,这样能够保证建筑物的底部具有一定的弹性变形能力,使得建筑物的抗震能力得到进一步的增强。另外,当遇到较强的地震时,建筑物最先出现破坏的当属连梁,因此对于连梁的设计也需要遵循强剪弱弯的原则,保证其具有足够的延性,这样能够尽可能的避免其在地震的作用下出现破坏。

2.2调整最小剪力系数

剪力墙结构缺点之一就是自身重大,增加了建筑的负重,不利于建筑的稳定性,所以针对这一不利之处,设计人员在进行设计时,应该尽可能的减少构件和框架的布置,进行大开间剪力墙结构的布置。采取这种方式布置,可以使其侧向荷载、刚性强度发挥最大作用。除此之外,设计人员还应该结合实际情况,尽可能的让剪力墙的系数较小,确保系数在相关规定的极限范围内。同时,剪力墙承受的外部冲击力和建筑整体底部承受的冲击力之比一定要控制好,不可超过1∶4。这样不仅减少了剪力墙所承受的压力,也在一定程度上缓解了建筑的自重压力,既能节省成本的投入,又能增强建筑的抗震能力和稳定性。

2.3调整连梁超限

在剪力墙的设计中,设计人员必须要重视剪力墙的跨高超限问题,这一问题在结构设计中经常出现。如果剪力墙的连续跨高比过小,弯曲力和剪力就会过大,容易导致建筑出现断裂情况,存在很大的安全隐患。所以,在进行设计时一定要对连梁跨高进行合理调整,控制在一个科学合理的范围内,以防弯曲力和剪力处于异常状态。根据相关规定,一般剪力墙结构的跨度比控制在不小于2.5的范围内,当跨度比小于5时,不能拆除连续梁,同时要保证剪力墙的连梁刚度处于平稳状态。在进行设计时,一定要结合实际情况,综合考虑,不能只是一味地按照规定设计,忽略了其他因素。

3建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

3.1剪力墙的平面布置

为了进一步保障剪力墙的经济和安全,有必要对剪力墙结构进行系统、科学的布置。剪力墙的结构布置主要从垂直布置和平面布置入手,尽可能从对称、均匀的原则入手。剪力墙平面布置必须遵循均匀对称的原则,确保剪力墙的平面结构质量和刚度中心能够重合,从而有效地减少扭矩。加强剪力墙内外的直拉作用,确保剪力墙在建筑结构中的抗震作用,应设置剪力墙单墙的双向方向,确保剪力墙的刚度不受侧向力的影响。

3.2剪力墙中大墙肢的处理

由于剪力墙结构具有延伸性的优势,因此在实际的设计过程中需要将这种优势充分发挥出来。一般对于剪力墙结构的设计,设计人员会将其设计成高状结构,而这种设计形式会导致建筑物的稳定性降低,因此在后续的设计过程中需要格外注意。另外,如果剪力墙结构所设计的长度过短,极易导致墙体出现裂缝,进而使得墙体配筋的支撑效果降低,整个建筑的稳定性急剧下降,极大的威胁到了人们的生命财产安全。为了有效规避上述现象的出现,在实际的设计过程中需要对剪力墙进行留洞,这样能够检测实际的支撑作用能够达到预定的目标。不过在施工完毕之后,需要对之前预留的洞进行填筑,以更好地保障剪力墙结构的设计质量。

3.3合理布置剪力墙结构

剪力墙结构在整个建筑结构设计中占据十分重要的地位,在建筑的抗震能力及承受外在负荷方面发挥重要作用,所以一定要合理布置剪力墙结构。在进行布置的时候,一定要按照规定要求进行,对其进行规则性布置,考虑周全,建筑竖向承载构件的布置和建筑结构的对称性都要考虑在内。除此之外,在进行布置时,慎重的选择短肢的剪力墙结构,避免出现独立的小墙肢,可以采用合并洞口的方式对剪力墙进行布置,尽可能的降低建筑复杂程度。剪力墙一般都设置在建筑物的角落部位,为确保建筑的安全性和稳定性,在楼梯间、电梯间处的墙体也要设置一部分剪力墙,剪力墙尽量在一条直线上,避免出现短肢剪力墙。

3.4抗震设计

根据工程实践和试验数据,剪力墙结构的抗震薄弱部分主要包括建筑的外缘平面、墙肢角、小墙肢、甚至梁,其在发生扭转效应时,建筑的平面边缘和墙角的墙体都会被破坏;在地震作用下,高层剪力墙结构会出现较大的整体弯曲变形,周围的小墙肢因其底部的截面较小,竖向荷载越来越严重,破坏较为严重。而在剪力墙结构中,墙体的刚度弱化,这将增加连接梁的剪切破坏可能性。因此,剪力墙结构的设计需要加强结构的薄弱部分。例如,结构布局应尽量使刚性中心和质心的位置接近,以减少结构的扭转效应;对截面的轴压比进行严格控制,保证墙体的承载能力和延性;提高剪力墙的抗震水平;各剪力墙的剪力设计值应根据需要进行调整。还要保证墙体截面的纵向配筋率。在进行抗震设计时应注意对梁“强剪弱弯”的检查,确保连梁的弯曲屈先于剪切破坏,进而发挥连梁的作用。

结语

综上所述,剪力墙结构在建筑结构设计中的应用开始变得更加广泛,正在逐渐走向科学化、规范化的管理道路,构成了建筑结构施工密不可分的重要组成部分。只是,目前有关于剪力墙结构设计的相关规范还不够完善,因此施工人员在设计剪力墙结构的时候,理应率先考察建筑结构设计的基本特征,从而针对性应用有助于改良建筑结构性能的剪力墙结构,最终达到最趋于理想化的建筑结构设计施工效果。

参考文献:

[1]李进杰,李慧娟,史庆轩.某板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].建筑工程技术与设计,2015(11):175-177.

[2]孙合平.建筑结构设计中剪力墙结构的应用及优化设计[J].建材与装饰,2015,(33):48-49.

[3]尚超,韩萌.高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略[J].绿色环保建材,2016(10):78+81.

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