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基于剪力墙结构设计优化运用的探析

  基于剪力墙结构设计优化运用的探析

  费江

  关键词:建筑结构;剪力墙设计;原则;优化对策
 

剪力墙结构设计


  一、剪力墙结构的涵义及其分类

  1.抗风墙及抗震墙都统称剪力墙。其主要的作用是防止房屋建筑物的水平荷载墙体在承受风荷载力或者地震影响时受到破坏。简单的说就是现浇钢筋混凝土墙,用来抵抗水平力,如地震、风荷载等。剪力墙结构刚度大,整体性好,用刚量较省;采用现浇剪力墙结构,框架结构简单,没有漏梁及漏柱现象外形美观。

  2.剪力墙结构的分类

  剪力墙结构分为以下几类,其是否开洞及开洞的大小为分类的依据。

  2.1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;

  2.2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;

  2.3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;

  2.4壁式框架。这种剪力墙洞口尺寸很大,连梁线刚度和墙肢线的刚度比较接近,其整个受力墙的变形则为剪切型,受力特点与框架结构相似。其在大多数高层建筑的楼层中会出现反弯点,弯矩图在楼层的地方也会产生突变。

  二、剪力墙结构的厚度和长度的选取

  剪力墙长度和宽的尺寸比较大,但是其厚度却比较小。根据其设计的长度和厚度的比值可以将其按照柱形和双向受压构件设计。

  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。但是有的墙体长度很长,为了确保墙体的高宽比值大于2,就要采取开设洞口的方法将长墙分成均匀的、长度较小的连肢墙,而其洞口则最好采用约束弯矩比较小的弱连梁。

  三、剪力墙结构设计计算的原则

  剪力墙的设计过程中,不能采取盲目的手段,应该根据设计规范具体考察结构的设计是否具有合理性。在进行设计时,在技术层面上应遵循一些原则,这样才能促进剪力墙结构设计的规范化。

  1.楼层之间最小剪力系数的调整原则

  为了减轻结构的自重,减小地震的影响,在建筑过程中可以考虑少布置剪力墙,但是这个前提是必须要求短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不能超过40%。可以采取大开间剪力墙,使其结构具有更好的侧向刚度,确保楼层最小剪力系数不小于规范限值,这样可以大大减少工程的造价。

  2.楼层层间最大位移与层高之比的调整原则

  对于普通的建筑,设计重点是楼层之间的扭转变形和剪切变形。剪切变形的控制多以竖向构件的多少来衡量,但是如果竖向构件数量很多,就会造成剪重比偏大,导致设计不合理,造成扭转变形过大,同样不能有效满足楼层间位移的需要。所以,在建筑物中应尽量减少扭转变形,而不能单靠增加竖向构件的刚度来调整楼层之间的位移。

  3.剪力墙连梁超限的调整原则

  剪力墙跨高比小于2.5的连梁比较容易出现剪力和弯矩超过规定的限度的情况,所以一般规定剪力墙连梁的跨高比最好大于 2.5跨高比大于 5 的连梁则最好按照框架梁来进行设计,而跨高比在 5~6 之时,在连梁刚度不折减的情况下就会出现剪力或者弯矩超出规范限值。所以在剪力墙结构设计中应充分利用连梁超限的调整原则,这将大大节省工程造价,能够有效促进工程投资的节约。

  四、剪力墙结构设计要点及优化

  1.有效地控制剪力墙数目

  在建筑工程中,设置剪力墙的主要作用是为了承载地震作用和风荷载引起的水平荷载,但并不是剪力墙设置的越多其作用就越好,在实际工程中,为了有效地提高建筑物的抗震性能,减轻建筑物的自身重量,往往需要对剪力墙的数量进行有效地控制。设计人员在进行剪力墙结构设计时,要根据工程的实际情况,合理的确定剪力墙的数量,从而为建筑工程的施工质量提供保障。

  2.剪力墙平面布置要点

  在剪力墙结构中,所有水平力和竖向荷载都是由钢筋混凝土墙承受的,因此,在设置剪力墙时,要沿着平面主轴线的方向布置,同时剪力墙的平面要对称布置,这样不仅能让剪力墙的刚度中心和质量中心保持一致,还能有效地降低剪力墙的扭矩。当剪力墙主要用于抗震时,在设计剪力墙结构时,要尽量避免布置单向平面,这样会极大的降低剪力墙的抗震能力。

  3.剪力墙结构设计的其他要点

  在进行剪力墙设计时,为保证建筑结构的稳定性,确保建筑物的施工质量符合相关规定,要充分考虑剪力墙的安全性。剪力墙结构的本质就是为了保证建筑物的安全性,如果不能保证剪力墙的安全性,那么也就难以保证整个建筑物的安全性,而如果在剪力墙结构设计中,能保证剪力墙的安全可靠,将剪力墙的功能充分发挥出来,那就能极大的提高建筑物的稳定性。同时在进行剪力墙设计时,设计人员还要考虑剪力墙结构工程造价的问题,如在进行剪力墙结构设计时,控制好原材料的质量,并且控制好材料的含钢量,在保证建筑物的安全前提下,最大限度的减少材料的含钢量,从而减少成本。

  4.剪力墙的优化设计

  在进行剪力墙设计时,要注意对剪力墙结构的优化,对于剪力墙上的洞口或者门窗,要保证上下对齐,成列布置,从而保证剪力墙的承重力符合相关规定。在设计过程中,严禁使用叠合的错墙洞,避免出现变形的现象,当剪力墙比较长时,要将剪力墙均匀的分成几个墙面,并且要合理的开设洞口,墙面之间要采用连梁连接起来,并且要保证每个独立墙的总高度和截面高度之比不能低于2,防止剪力墙受到剪切破坏。在进行剪力墙结构设计时,设计人员还要注意,不能在洞口之间形成小墙肢,如果出现小墙肢,则要根据实际情况,适当的进行加密,从而保证剪力墙的质量符合相关规定。

  5.剪力墙优化设计的有效措施

  在优化剪力墙结构的设计中,为了使受力达到均衡,应当采取有效恰当的措施。剪力墙结构的安全可靠度非常好,每一个结构能够同时发挥最大作用,这样能够达到经济合理的目的。所以在剪力墙的优化设计中首先应该考虑到工程的造价和安全性,结合这两项因素合理调整剪力墙的布置能够促进建筑结构设计中剪力墙结构的优化。另外,为了节省工程造价,可以从技术手段和原材料的应用两方面着手。在工程的实施中,将含钢量控制在一定范围内,既不损害建筑的安全性也能充分发挥原材料的最大用途是优化设计的最佳方案。

  五、结语

  剪力墙结构具有抗震性、抗侧刚度大、用钢量少等特点,将其应用在建筑工程中,能极大的提高建筑工程的施工质量,为建筑物的稳定性提供保障。在建筑结构设计中进行剪力墙结构设计时,设计人员要严格的按照剪力墙设计原则,根据实际情况,不断的进行创新,从而有效地提高建筑物的综合性。

  参考文献:

  [1] 薛云飞,马晓霞.谈剪力墙结构设计中的几个问题[J].陕西建筑,2008,6.

  [2] 赵守勇.剪力墙结构设计分析[J].煤炭技术,2011,30,9.

  [3] 李捍文.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析[J].科技创新与应用,2012,4(中).

  [4] 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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