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建筑结构设计中剪力墙结构设计的运用分析

时间:2022-06-13 11:07:01  浏览次数:

摘要:当今社会,随着城市的发展,高层建筑也越来越多,建筑的安全和美观要求也日益提升。剪力墙结构的使用使得建筑抗震性能优越,建筑工程中用钢量少、经济实惠,且结构不漏梁柱,外形美观,因此,剪力墙结构在高层建筑中的设计中用的越来越广泛。

关键词:建筑结构;设计;剪力墙;结构设计;分析

在建筑结构设计中,剪力墙结构作为其中极为重要的环节,在建筑领域得到广泛应用。剪力墙结构具有整体性能良好、承载力及抗震力较好、弹塑性形变性能优良、侧向具备极高刚度等特点。相较于框架结构,剪力墙结构的变形能力及承载力更加优良,在地震中坍塌的剪力墙结构相对较少。在实际建筑施工中,剪力墙结构并不适用于各个建筑结构,设计人员要结合实际情况,制定适宜的剪力墙结构设计方案,以保障建筑结构设计的有效性。

一、剪力墙结构概述

(一)关于剪力墙的内涵

剪力墙作为建筑结构中常用的一种构件,也被称为抗风墙、抗震墙或结构墙。剪力墙在建筑物中的科学应用,主要用来承接风荷载或当发生地震时,承载水平荷载。依据剪力墙洞口大小、数量多少、排列措施等要素,可划分为不同类型。一是整体墙,当门窗洞口面积的总和小于剪力墙面积的15%,且洞口边长尺寸小于洞口之间净距及孔洞和墙边之间的净距,则被称为整体墙。二是框支剪力墙,若建筑低层对空间的需求量略大,利用框架结构,承载上部剪力墙结构。在地震高发区域,设计人员在制定建筑结构设计方案时,不宜仅采用框支剪力墙结构。三是壁式框架,洞口尺寸偏大,连梁线刚度和墙肢线刚度相互贴近的墙体被称为壁式框架。

(二)运用剪力墙结构设计的准则

在建筑工程项目中,剪力墙的高度及宽度的尺寸略大,在受力情况和柱形体结构方面略微类似。为此,在开展剪力墙结构设计工作时,设计人员要以建筑结构的受力特点为基础,对剪力墙结构的高度、宽度、跨度等进行准确分析和测算,在综合考虑各要素之后确定最终比值。其次,在建筑工程实际施工中,从平面角度来说,剪力墙结构刚度极强,具备良好的承载能力,而在平面之外,刚度及承载能力有所降低。鉴于这一实际情况,设计人员在设计剪力墙结构时,常常不对剪力墙平面外的刚度及承载能力进行测算,而是针对剪力墙结构制定相应的防护措施,保障剪力墙结构的整体性能,避免剪力墙结构受外界因素的干扰,进而危及质量安全。

二、剪力墙结构的优势

剪力墙结构是指用含有钢筋的混凝土板来代替传统的框架式梁柱,并对建筑的水平力起到一定的控制性作用,保证建筑的稳定性。剪力墙结构的优势有很多,包括以下几方面:第一,稳定性较高。剪力墙结构通常会使用含有钢筋的混凝土结构,与传统的框架式梁柱相比较,这种结构方式的整体性能较好,能够起到良好的支撑效果,对提高建筑的稳定性有着极强的作用。第二,经济性较强。由于剪力墙结构中会更多地使用到钢筋混凝土,因此,不需要填充更多的钢材料,降低了钢材料的使用量,节省了一定的成本,使得建筑企业的经济效益更好。第三,美观性较好。剪力墙结构的抗侧刚度较强,可以根据实际情况做出适当调节,因此,其应用的范围较为广泛,能够满足不同人们对建筑美观性的需求。第四,连续性较好。剪力墙结构除了要保证建筑的稳定性之外,还起到了一定的分隔作用,划分建筑的不同区域,因此,剪力墙结构在区分建筑不同区域的同时也起到了一定的连续性作用。

三、设计剪力墙结构的原则

(一)楼层最小剪力系数的调整原则

设计过程中,应遵循楼层之间剪力系数达到最小的原则。为保证建筑结构优异的抗震性能,出于结构安全的考虑,要确保建筑结构的楼层水平地震剪力大于楼层的最小地震剪力。在结构设计中,要考虑尽量减少剪力墙,尽可能增大设计房间的空间,使结构具有适宜的侧向刚度,综合考虑设计得到楼层最小剪力系数。此外,设计人员还需在设计中尽量减轻建筑物的重量,降低工程造价,同时优化建筑物的抗震能力。

(二)楼层间位移调整原则

控制楼层间扭转变形以及剪切变形是结构设计过程中的重点。在建筑结构的设计过程中,应遵循楼层间最大位移与楼层高之比的原则,在优化调整的时候,需根据设计原则布置竖向构件,一旦构件布置不合理,会造成楼层间扭转变形加大,层间位移不满足的情况。高层建筑的结构设计原则为尽可能缩小扭转变形,不能盲目增加竖向构件。假如仅仅为某一方向层间位移不满足,可适当减少该方向结构构件刚度,使剪重比减少,达到比较好的结构优化。

(三)连梁调整原则

连梁是在墙肢平面内,连接墙肢与墙肢的梁。虽然是梁,但连梁的跨度较小,而截面较大。在开展建筑设计工作的时候,应该遵循连梁跨高比调整原则。跨高比大于5的连梁通常发生弯曲破坏;而跨高比小于5的连梁则主要是剪切破坏。受弯破坏为延性破坏,剪切破坏较为危险,为竖向斜裂缝。采取相应措施,保证连梁具有一定的延性,控制好连梁的跨高比,根据实际情况调整连梁的距离,使得建筑既能满足抗震要求,又能节约工程成本。

四、剪力墙结构设计在建筑结构设计的应用策略

(一)完善剪力墙设计方案

在建筑工程项目中,剪力墙结构具有保持平衡的作用。设计人员在制定剪力墙设计方案时,需要采取有效措施,彰显剪力墙结构的作用,在提升建筑工程质量的同时,有效降低建筑成本。为此,设计人员在設计剪力墙结构时,需要结合实际情况及建筑要求,科学运用现代化的技术手段,完善建筑结构规划,体现剪力墙结构的价值。此外,设计人员要关注工程成本,选择适宜的建筑施工材料,确保原材料符合剪力墙施工要求。在实际施工环节,相关工作人员要基于施工要求,调整长度偏长的剪力墙,并设置适宜的洞口,确保各剪力墙长度适宜、协调。

(二)准确定位剪力墙结构

在建筑工程项目中,为充分发挥剪力墙结构的优势,相关工作人员要完善剪力墙结构布局,围绕着平面结构布置及竖向结构布置开展设计工作。基于剪力墙平面结构开展设计工作时,设计人员需明确剪力墙结构的刚度中心及质量中心,并对剪力墙开展拉直处理。总的来说,在设计剪力墙结构时,不宜过于繁琐复杂,需要依据相关规范及原则,开展设计工作,确保剪力墙刚度适宜,符合建筑结构要求,以充分发挥剪力墙结构的作用。

(三)科学处理剪力墙内大墙肢

剪力墙结构自身具备诸多优势,设计人员在开展剪力墙结构设计工作时,需要充分考虑到剪力墙结构的延伸性。剪力墙结构的延伸性对整体结构性能具有密切联系。在一般情况下,设计剪力墙结构时,大部分设计人员会将其设计为高状结构,该墙体结构关系到整个墙体性能及质量。为此,设计人员要基于施工需求及实际条件,调整和优化设计方案,避免由于细节处理不到位影响整体质量。若墙段长度偏小,当经过受弯部位时,容易产生裂缝,而剪力墙质量优劣关系到整个墙体配筋的支撑力。鉴于这一情况,相关工作人员要结合实际情况,开展施工流动工作,在施工完成之后进行填充,以改变长墙形态。

五、结语:

随着经济的发展和都市的扩张,高层建筑也日益增多。基于抗震性能好、侧向刚度大、用钢量少、外形美观等优势,剪力墙结构在高层建筑中的应用也越来越普遍。优化和提升剪力墙结构,有助于提升建筑结构的稳定性,有助于降低施工成本,意义重大。

参考文献:

[1]林筱红.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用探讨[J].居舍,2018(25):104.

[2]严伟伟.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用探讨[J].居舍,2018(25):107.

[3]薛蓉.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J].中国住宅设施,2018(08):43-44.

[4]王国梁.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰,2018(34):82-83.

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