建筑剪力墙结构设计优化策略研究 钟鹏程

发表时间:2021/3/2   来源:《基层建设》2020年第28期   作者:钟鹏程
[导读] 摘要:当今疫情影响下,首先恢复正常工作的第一批行业包括了工程行业,这代表着随我国国民生活质量的不断提升,针对于建筑居住安全性、舒适度、经济性等多方因素的诉求也水涨船高。
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        摘要:当今疫情影响下,首先恢复正常工作的第一批行业包括了工程行业,这代表着随我国国民生活质量的不断提升,针对于建筑居住安全性、舒适度、经济性等多方因素的诉求也水涨船高。建筑结构设计直接关乎到建筑整体稳定安全性以及后续施工建设的有效落实,而在建筑众多组成结构中,剪力墙结构在高层的经济合理化设计中仍属主角。通过做好剪力墙结构设计在建筑结构设计中的合理应用,有利于剪力墙结构承重作用价值发挥,提高建筑整体结构的科学合理性。
        关键词:建筑工程;剪力墙结构设计;策略
        1 建筑剪力墙结构总体认识
        1.1 建筑剪力墙结构概述
        一般来讲,建筑剪力墙结构是由多重横、纵钢筋混凝土墙及楼盖所构筑的空间结构,其墙体具备抵抗外界风力荷载及地震引发的水平荷载和竖向荷载的作用,从其功能作用的一般意义讲,建筑剪力墙又称为抗震墙。在现代建筑工程中,建筑剪力墙是高层建筑的常用结构形式,由于建筑剪力墙的作用,其自身平面内的刚度大、强度高,受水平作用力影响弱,墙体侧移不易发生。因其具备抗风、抗震的作用,被广泛应用于高层建筑结构建设中。在现实建筑构造中,建筑剪力墙多采用现浇或预制件组装的形式,以钢筋混凝土的形式进行剪力墙浇筑,与梁、柱结构一同浇筑,以保障剪力墙的强度和稳定性。
        1.2 建筑剪力墙结构的特点
        剪力墙是建筑物或构筑物结构的主要承载构件,同时,在建筑物构建中扮演着分割墙和围护墙的角色,因此,墙体的布置与分配必须同时满足建筑空间与平面布局,以及结构布局合理性的刚需。相较于框架结构,剪力墙结构具有突出的承载能力、整体性和空间作用,并且在抗侧力方面性能更佳,因此,多用于中高层建筑结构体系中。剪力墙结构的突出特点在于其侧向刚度大,水平荷载对其的侧移影响小,但其也存在一定的结构缺陷,剪力墙间的间距受到一定的空间限制,在大空间建筑结构形式中的抗力作用无法体现。因其体积配筋和自重较大、形式的布置要求规范所导致的局限性等特点,适用于住宅、公寓、旅馆等一般建筑物中。为了满足内部使用功能,剪力墙端往往需要增设端柱或翼墙,平衡建筑底层轴压比过大的计算结果。
        1.3 剪力墙结构的受力特点
        剪力墙结构承受水平和纵向的双重荷载,但其主体作用在于承受平行于墙体结构的水平荷载。剪力墙结构内外的刚度大小差异突出,平面内部的刚度大,外部刚度小,形成鲜明的反差。在剪力墙结构侧向稳定中,楼盖的支撑作用不可忽略。在水平荷载作用下,墙体如同1根底部嵌固于基础顶面的直立悬臂深梁,墙体属于压、弯、剪复合受力状态。
        2 建筑结构设计中的剪力墙结构设计要点
        2.1 把握剪力墙外形与尺寸
        多数剪力墙的受力都是由墙肢完成的,因此需要对剪力墙的外形与尺寸做出详细、合理的设计,旨在发挥出剪力墙结构设计的最大效益,实现最佳比例设计。剪力墙结构需要承载来自水平方向和竖直方向的荷载,对剪力墙结构内刚度的分部可以区别于一般建筑工程墙体结构设计,要确实保障剪力墙墙肢界面高度与墙厚之间的比例为8∶1,尤其是大开间的剪力墙结构,在设计时最好要布设出2件合并的方案,以满足剪力墙力荷载传递的需要。
        剪力墙的外形通常为“T”或“L”型,这两种设计都是为了维持以剪力墙结构为主要结构的建筑工程整体稳定性能,都可以有效提升剪力墙的侧面墙刚度,在一定程度上减轻了墙体的重量。这样的剪力墙结构外形设计方法强化了建筑工程投资方在施工项目上的成本控制。同时要注意的是,剪力墙外形突出主体的部分要在附属方向符合长度标准,通常两个方向的差额不宜超过1m,否则在实际建筑工程项目施工中可能在剪力墙结构主体上出现超配筋现象。


        2.2 优化剪力墙连梁设计
        连梁作为连接剪力墙墙肢与墙肢之间的梁,当墙肢处受到自重或外部的压力时,连梁就成为传递墙肢受压产生形变或超筋的主要构件,可以说连梁的设计效果对建筑工程质量和有效寿命有着直接影响。首先,优化剪力墙连梁设计要考虑连梁的设计高度,梁体尺寸会在很大程度上造成连梁的剪切变形。其次,要注重连梁与剪力墙墙体结构的塑性互动,这会对连梁的抗震设计造成一定意义上的影响。最后,要将连梁连接多边墙肢的荷载力影响控制在可调范围之内,可以通过设计人员的多次运算实现连梁设计受力数据的精准把握。如果在计算中出现剪力墙结构可能发生超筋位移的情况,就需要根据程度的不同采取相关的剪力墙连梁变更对策,并始终在建筑工程施工规范要求的范围内考虑是否采用铰接方式处理连梁的施工技术。
        2.3 科学处理剪力墙内大墙肢
        剪力墙结构自身的整体性能、抗震能力、弹塑性形变能力优秀,能够承受一定程度的水平荷载,在设计中要充分发挥剪力墙自身墙内优势,科学利用剪力墙结构良好的延展特性。建筑工程施工中要以具体情况为剪力墙结构的设计依据,在处理剪力墙内大墙肢的时候,要从建筑结构的整体性出发,大墙肢在设计中既要确保剪力墙结构墙内满足承载设计要求,进行分层间隔设计,也要保证剪力墙内大墙肢的独立性,将其均匀分布,这样才能够发挥剪力墙内大墙肢的最大设计效果,对剪力墙结构乃至建筑工程整体结构的承载力进行有效提升。
        2.4 有效控制剪力墙内墙体配筋
        剪力墙内墙体配筋原则是要基于国家规定的抗震指标,如果依照抗震等级前三个等级,就要相比四级抗震指标在水平方向及竖直方向配置不小于0.2%的钢筋的基础上增加0.05%的配置钢筋。在具体的剪力墙内墙体配筋设计中,可以依据配筋部位的不同分为剪力墙的内测配筋和外侧配筋,在满足剪力墙最小配筋要求,也就是0.25%和0.2%配筋率的基础上,为提升剪力墙的抗震能力、刚度等性能,可选用双向钢筋网片配筋工艺,节约剪力墙墙体设计数量,进而节约了建筑工程造价成本,实现建筑工程施工的经济效益。
        2.5 规范处理剪力墙厚度
        规范处理剪力墙厚度是剪力墙结构设计的关键节点,剪力墙结构内刚度的分部可以区别于一般建筑工程墙体结构设计,要确实保障剪力墙墙肢界面高度与墙厚之间的比例。确定剪力墙厚度需要遵照国家制定的相关建筑工程结构设计规范。如果使用剪力墙结构的建筑工程抗震等级要求为一级和二级时,设计人员要严格按照建筑结构抗震等级设计规范,使剪力墙墙截面厚度符合规范的标准,剪力墙底部也应该按照规定加强厚度至少大于200mm,非底部的剪力墙结构墙截面厚度也不应小于160mm;使用剪力墙结构的建筑工程抗震等级要求为三级和四级时,剪力墙底部也应该按照规定加强厚度至少大于180mm,非底部的剪力墙结构墙截面厚度也不应小于160mm。
        3 结束语
        综上所述,作为中高层建筑设计中的“常客”——剪力墙,在保证建筑整体稳定性方面发挥着非常重要的作用。因此需要做好建筑剪力墙结构的可行合理设计,使其能够更好地承受来自竖向与水平方向的荷载。在实际进行方案中提前进行介入,以及在施工图中尽量优化布置剪力墙,与此同时注意做好剪力墙结构设计要点的落实,并基于不同的设计需求,做好剪力墙设计在建筑结构设计中的应用,有效提升剪力墙结构设计的可行合理性,使其充分发挥应有的功能价值,提高建筑整体稳定性。
        参考文献:
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