谈谈剪力墙结构的设计原则和应用

发表时间:2020/9/8   来源:《建筑实践》2020年4月10期   作者:李代卓
[导读] 在我国建筑工程中,剪力墙结构具有刚度大、整体性好等优点广泛的运用于我国建筑结构设计中

         摘要:在我国建筑工程中,剪力墙结构具有刚度大、整体性好等优点广泛的运用于我国建筑结构设计中。剪力墙结构在我国建筑结构设计中的地位越来越突出,不仅可以将承重墙和分隔墙以现浇剪力墙的形式体现出来,室内可以做到不露墙柱,深受用户欢迎。本文就剪力墙结构的概念、主要原则以及剪力墙结构在建筑结构设计中的应用进行探究。
         关键词:剪力墙结构;建筑结构设计;应用
         引言:
         随着建筑工程的增多,使得城市建筑日新月异,还使得人们居住的环境质量越来越高。在很多高层建筑中,都应用了剪力墙这一结构,其具有很好的承载力、整体性和较高的抗震性能,可以有效的提高建筑的安全性。在建筑结构设计中应用剪力墙结构, 需要根据剪力墙的特点合理布置剪力墙,这样才能提高建筑品质, 加快工程施工的进度以及提高经济效益。
         一、剪力墙结构的概念
         剪力墙结构是用钢筋混凝土的墙板代替原来建筑物中的框架结构,以便更好的抵抗建筑结构产生的水平力,最大程度的承受建筑物产生的负载量。简单来讲,就是把建筑物之前承担竖向和水平方向的负载框架用钢筋混凝土墙板代替。因剪力墙结构有较好的抗震性能,被广泛地运用于我国大多数高层建筑中,节省了建筑资金的成本投入。当然,如果一个建筑需要多个剪力墙,可以把剪力墙和筒体一起使用,最大程度承受建筑物水平方向上的荷载作用。剪力墙的数量要在方案阶段合理的确定,以对称,均匀, 数量适当为好,开间不宜太大,控制在6 ~ 7m 较为经济合理。
         二、剪力墙结构的主要原则
         2.1 结合具体工程,具体问题具体分析
         一个优秀的设计作品,首先应对施工场地进行地质勘探,了解具体的地质情况,然后结合剪力墙结构的相关国家设计标准并结合具体工程的建筑布局及水,电,暖通等其它专业的要求进行具体设计工作,合理布置混凝土抗震墙,以达到在工程中使用剪力墙结构的理想状态,在突出优势的同时有效规避缺陷。在剪力墙的设计中需要遵循相关的原则,及一些规范或技术标准方面的限制,保证剪力墙设计达到规范化、科学化和合理化。
         减少建筑物自重和增强建筑物抗震能力是建筑物设计过程中两项重要的工作,两者息息相关。而具体到设计工作中就是减轻填充墙的容重及控制剪力墙的数量,这就需要设计人员根据自身经验,合理布置有效数量的剪力墙,依据其优秀的水平承载能力、抗震能力,在满足国家规范及相关标准规定的位移,刚重比,扭转效应等技术指标的前提下,合理布置剪力墙的数量和位置,用尽量少的剪力墙来获得较好的抗震性能和变形能力。从而有效节约资金,降低工程造价。
         2.2 抓住问题的关键,并妥善处理
         由于建筑物各楼层之间存在扭转变形和剪切变形,而设计的目的就是对这两种变形进行有效的处理和改善、协调。布置复杂的建筑,扭转变形和剪切变形难于调和,地震作用明显,应尽量避免。目前使用最多的控制变形的方法就是增加竖向构件的数量, 但如若竖向构件的数量控制不合理的话,则会使地震作用增大, 危害建筑自身安全,从而使得剪力墙无法发挥自身的优势。总之, 设计师进行建筑物结构设计时,要对建筑物的变形进行有效地控制,协调建筑物各楼层之间的扭转变形和剪切变形,建筑造型尽量简洁,明快。避免不必要的内缩和外挑。而这些变形的控制也不能仅仅依靠竖向构件的数量来实现,还需寻找其它更为有效的方法。这就需要设计人员在工作过程中,不断积累经验,抓住问题的关键,充分发挥剪力墙结构自身的优势。


         三、剪力墙结构在建筑结构设计中的应用
         3.1 剪力墙肢种类和具体结构设置
         剪力墙墙肢的分类主要是根据墙肢厚度和高度比来划分的, 主要有两类:短肢剪力墙和一般剪力墙。如果剪力墙高度超过其厚度的8 倍时,就是一般剪力墙,如果剪力墙高厚比值在4-8 之间时,就是短肢剪力墙。此外,剪力墙还可以根据其墙面开口大小的状况来分为整面剪力墙、整体小开口剪力墙、连肢剪力墙以及壁式框架等这几种。
一些高层建筑爱用剪力墙结构,尤其是那些需要较大的空间工作能力的建筑,因此,其剪力墙结构的设置就需要设计成双向的, 从而形成整体性好空间结构,在抗震设防区域的剪力墙结构就更要如此设计了。此外,剪力墙双向布置的墙体刚度最好要接近, 使其墙面受力均匀,也要采取一定的措施来调整剪力墙的刚心, 确保结构质心刚心接近,减少扭转。
    3.2 剪力墙结构长、厚度及配筋
          根据规范及建筑抗震相关资料的要求规定,为了保证剪力墙结构的稳定性、抗震性以及刚性,剪力墙截面厚度不应小于160mm ,而且墙截面高厚比宜大于1/4,尽量采用L、T 形截面剪力墙, 避免一字形剪力墙。
抗震设计时,剪力墙底部加强部位的范围,应符合下列规定:
   1 底部加强部位的高度,应从地下室顶板算起;
         2 底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1 / 10 二者的较大值,部分框支剪力墙结构底部加强部位的高度应符合高规第10.2.2条的规定;
   3 当结构计算嵌固端位于地下一层底板或以下时,底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。
高层剪力墙结构的竖向和水平分布钢筋不应单排配置。
剪力墙截面厚度不大于400mm 时,可采用双排配筋;大于400mm、但不大于700mm 时,宜采用三排配筋;大于700mm 时,宜采用四排配筋。各排分布钢筋之间拉筋的间距不应大于600mm,直径不应小于6mm。
    3.3 剪力墙边缘结构
根据以往剪力墙结构试验结果,剪力墙结构的边缘约束性截面剪力墙比无约束性的截面剪力墙的极限承载力要大2/5 还要多, 而其抗震消耗能量也多有1/5,且墙面的稳定性也要好很多。因此, 对于剪力墙的边缘结构而言,就要根据其设计使用效果和相关承载力的规定来决定其墙体边缘是设置约束性边缘结构还是非约束性边缘结构。
    3.4 剪力墙连梁结构设计
剪力墙肢之间相连接的梁体就是剪力墙的连梁,而剪力墙的连梁装置能够均衡墙肢的水平负荷力,并能够对剪力墙肢起到一定的约束和稳定的作用,因此,剪力墙之间的连梁装置对剪力墙的整体结构有着非常重要的作用。对于剪力墙的连梁结构来说, 其结构的高度和截面大小受到很多因素的影响,一旦设计出现失误,或者不合理的地方,就会影响整个剪力墙的结构设计。因此, 在设计剪力墙连梁结构时,设计师要主要对剪力墙的连梁结构的刚度按照相关规定进行一定的折减,对于剪力墙连梁结构的跨度要略加,对于高度要略减,从而减少结构刚度,缓解地震作用力的影响。此外,设计师也要适当增加剪力墙结构厚度,进而增加连梁截面的宽度,使得剪力墙连梁结构装置能够发挥其最大的优势和特点,保证其承载力和抗震力度。
    结束语:
    综上所述,剪力墙结构是建筑结构设计质量的一个基本保证, 全面提高剪力墙的结构设计,能够有效的降低高层建筑安全隐患, 保证老百姓的生命财产安全。因此,剪力墙结构在应用的过程中, 想要保证其效用的最大发挥,需要遵循一定设计原则,还要按照国家相关规范对设计进行更改与优化,这样才能保证施工设计的规范性。
    参考文献:
[1] 卢赫晋. 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J]. 门窗,2014,01.
[2] 陈宇峰. 浅析剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J]. 城市建筑,2013,04.
[3] 文伟. 剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析《城市建设》,2010 年35 期
[4] 龚海秀. 剪力墙结构设计的几点体会[J]. 江西化工,2011.
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