建筑结构设计中剪力墙结构的应用鲁泽鑫

建筑结构设计中剪力墙结构的应用鲁泽鑫

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摘要: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。

关键词:建筑结构设计;剪力墙结构;应用

1剪力墙结构分析

1.1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。

1.2剪力墙结构的分类

在实际的建筑结构设计中,常用的剪力墙结构包括短肢剪力墙、联肢墙、双肢剪力墙以及小开洞剪力墙等多个类型。①短肢剪力墙,短肢剪力墙属于建筑结构中的抗侧力构件,没有将异形柱凸出墙面,有效提升了异形柱的抗震性能;②联肢墙,主要是将多个受弯构件通过楼板或者连梁连接在一起,共同组成墙肢,墙肢上预留的洞口作为窗户、门或者走道;③小开洞剪力墙,就是在剪力墙上设置小空口,属于悬臂构件,这种剪力墙结构具备更加均匀的侧向刚度,可以有效避免墙体结构出现扭转问题。如果剪力墙的墙体洞口较大,会对墙体的整体性产生负面影响,保障其梁柱连接部位不变,将会使剪力墙结构转变为框架结构。设计人员需要根据实际的建筑工程需求,选择相应的剪力墙结构类型。另外,由于纯剪力墙结构的施工成本相对较高,设计人员可以将剪力墙结构和框架结构进行配合应用,采用框架—剪力墙结构或者框支剪力墙结构,充分发挥出两种建筑结构的优势,从整体提升建筑结构的性能,降低建筑结构的施工成本,满足高层建筑工程的要求。需要注意的是,设计人员在进行剪力墙结构设计时,设计人员需要合理控制剪力墙结构的倾覆力矩,将其控制在合理的范围内,保障结构的稳定性。

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简述剪力墙的设计重点

3.1平面布置

剪力墙开始布置时必须注意平面布置的墙体情况,剪力墙虽然有着竖向荷载较强承受力,然而横向荷载仅有较弱承受力,剪力墙结构体系中横向荷载多数依靠楼板负担,因而布置墙体时保证刚度的中心及墙体质量的中心处于同一中心点,使得剪力墙的设计体系保证结构对称布置平面,降低不对称产生的结构扭矩,此外设计尽量沿不同方向双向开展结构布置,这样可以有效避免单项墙体由于布置的侧向刚度差异过大。

3.2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。

3.3数量适中

工程剪力墙的使用能够吸收水平荷载以及风荷载的组合作用,有效提升建筑抗震的力学性能。然而建筑设计不需要过多或过少的剪力墙,即其数目不仅仅是只看重数量,而是必须根据抗震要求进行科学计算以保证剪力墙的设计数量控制。

4剪力墙结构设计在建筑过程中的应用优化

4.1注重把握剪力墙的尺寸和外形

要加强剪力墙结构设计在建筑过程中的应用,进行剪力墙结构设计时,首先要注重把握剪力墙的尺寸和外形,从而实现剪力墙结构比例的优化。由于剪力墙在竖直方向和水平方向的刚度和荷载不同,墙体的截面高度必须大于墙体厚度的8倍才能保证墙体的基本承载力。为了更好地保证剪力墙结构的稳定性,进行剪力墙结构设计时,应将墙体设计为T形或L形,不仅可以减轻墙体质量,还能有效提升墙体的侧向刚度,从而更好地进行建筑工程项目的成本控制。

4.2加强对剪力墙连梁设计的优化

为了更好地提高建筑工程剪力墙结构设计的质量,在设计过程中,设计人员要注重对剪力墙连梁设计的优化,连梁主要用于连接墙肢,当墙肢由于外力的影响而出现变形或超筋的问题时,会直接影响建筑工程的质量,进而威胁人们的人身安全,因此,加强对剪力墙连梁设计的优化非常重要。(1)进行连梁设计时,要结合建筑工程实际情况适当地降低连梁高度,避免由于高度超标而导致变形现象的发生;(2)要加强对结构塑性的控制,设计人员要加强对剪力墙连梁的抗震设计;(3)为了避免剪力墙出现超荷载现象,进行连梁受力计算时,要进行多次反复计算,保证连梁受力分析的准确性。一旦出现剪力墙超筋情况,施工人员要及时采取措施,严格控制剪力墙的受力,选用铰接的方法进行处理。

4.3加强对剪力墙大墙肢的优化

要提高建筑工程中剪力墙结构设计的合理性,设计人员要加强对剪力墙大墙肢的优化,保证剪力墙具有良好的延展性。一般情况下,剪力墙的宽高比要小于2。另外,要降低剪力墙的剪切破坏程度,需要保证墙体具有足够的高度,在施工过程中,可以对墙体进行分段施工,通过开洞技术将墙体分成多个独立的小墙段,从而更好地减少墙体在弯曲过程中所出现的裂缝。但是当剪力墙的高度超过8m且发生地震时,墙体就容易受到巨大的剪力作用,容易造成大墙体的损伤,对此,可以采用施工洞的方式进行处理,工程完工后,在用混凝土填补施工洞。

结束语

随着城市可用土地面积的缩小,城市建筑大都采用高层建筑,高层建筑对建筑结构的稳定性及抗震性能有较高的要求,使得剪力墙结构在高层建筑结构中的应用较为广泛。剪力墙结构的平面与壁厚相同,且室内存在突出的框架柱,不仅可以提升建筑结构的稳定性,还可以提升建筑的空间利用率,具备显著的经济效益及生产效益。因此,对于剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用研究是很有必要的。

参考文献:

[1]田学翔.建筑结构设计中剪力墙结构设计技术分析[J].住宅与房地产,2018(33):63.

[2]柳卫忠.建筑结构设计中剪力墙结构的应用[J].现代物业(中旬刊),2018(11):91.

[3]万鹏.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].住宅与房地产,2018(31):89.

[4]张冬冬.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的运用初探[J].居舍,2018(31):112.

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