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剪力墙结构设计在建筑结构设计的应用

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摘要:随着我国经济的快速发展,对建筑物质量与外观的要求越来越高,在建筑结构设计中应用剪力墙结构能提高抗震性能与抗侧刚度,显著提升了建筑的稳定性与安全性。剪力墙结构在建筑中主要起支撑作用,同时简化了施工步骤,缩短了工程,提高了建筑企业的经济竞争力与社会竞争力。本文详细分析了剪力墙结构的特点种类与设计原则,并探讨了其在建筑结构设计中的具体应用,希望能以此为建筑质量保驾护航,促进建筑企业向着更好的方向发展。

关键剪力墙结构设计;建筑结构设计;设计原则;具体应用

0引言

现阶段,剪力墙结构已经广泛应用于建筑行业,能够满足现代社会的发展需求,为建筑行业的可持续发展注入了源源不断的动力。剪力墙结构设计是建筑结构设计中的重要内容,有效优化了建筑物的各项性能,直接影响着施工质量与效率,应加强重视,提高剪力墙结构的设计水平。与发达国家相比,我国在这方面的研究起步较晚,还存在较多问题急需解决,应积极探索研究,尽量提高剪力墙结构的强度与刚度,为建筑企业的长久发展提供有效助力。

1剪力墙结构概述

1.1剪力墙结构简介

剪力墙结构是影响建筑物整体性能的关键因素,建筑企业应认识到优化其设计效果的重要性与必要性。剪力墙结构是用来承担风荷载与水平荷载的墙体,具有良好的强度与刚度,能够在地震发生时瞬间吸收地震能量,避免墙体被破坏。剪力墙又称为抗风墙、抗震墙或结构墙,是建筑物的重要承重墙。剪力墙结构的应用提升了建筑整体结构的可靠性与稳定性,能够避免破坏建筑结构。一般来说,混合结构、框架结构及框筒结构等是传统建筑施工中的常用方法,随着科学技术的不断发展,建筑行业融入了很多新元素,剪力墙结构以其抗侧刚度大、用钢量小、抗震能力强的优势迅速在建筑行业普及,已经成为应用最广泛的新型结构。钢筋混凝土是剪力墙结构施工中的主要材料,能够承受墙体来自竖向与横向两方面的压力,具有良好的经济效益与社会效益。

1.2剪力墙特征及种类

剪力墙结构的安全性与可靠性较高,能够为人们的生命财产安全保驾护航。剪力墙结构的抗压能力强、刚度大、侧移小,能有效应对各方应力,同时提高了墙面的平整度与美观性,能够满足人们对生活质量的要求。正如硬币具有两面,剪力墙结构也存在一定缺陷,施工难度大,且工序繁琐,需要优化资源配置才能保障施工质量。在实际施工中,剪力墙结构种类繁多,有效提高了房屋建筑的质量与性能,其主要结构包括以下几类。其一是实体型,该类剪力墙结构的开洞面积较小,不存在反弯点,弯矩图较为稳定。其二是小开口型,由于开洞面积较大,弯矩图极易在连梁处突变,但同样不易发生反弯点。其三是多肢型或双肢型,该类剪力墙结构与小开口型类似,墙体开口较大。值得注意的是,不同种类剪力墙的自身特点与适用范围存在差异,设计人员应综合考虑各方因素后再进行选择。

2剪力墙结构设计原则

剪力墙结构设计质量与建筑结构设计效果息息相关,因此,设计人员须在具体工作中遵循以下几项原则,以免影响设计质量与效率。

2.1墙体受力分析

对墙体进行受力分析是剪力墙结构设计的基础与前提,对整体设计效果有着重要影响。墙体是建筑物的支撑结构,需要承受来自各方的压力,例如水平方向的剪力和弯矩,还有竖向压力,能保证建筑结构的牢固性与稳定性。剪力墙是一种平面构件,研究其受力情况能更好的进行后续工作,大大提升了设计水平,保证了墙体质量及使用效果。

2.2平面内搭接

剪力墙结构在建筑施工中取代了传统梁柱,受力更加均匀。该结构在同一平面内对自身刚度和承载力有着特殊要求。首先,剪力墙结构的平面布置方向需与主轴方向保持一致,严格控制对直与拉通问题,以免影响墙体的强度与刚度。在实际施工中,剪力墙应尽量连接在一起,以此充分发挥剪力墙结构的优势。其次,进行垂直方向上的设计时应按照从下往上的形式进行连续布置,保证刚度均匀分布,避免发生刚度突变。再次,根据设计需要与实际情况确定剪力墙结构数量,密集的剪力墙结构对抗侧力刚度影响较大,一定程度上加大了墙体重力,不利于平衡建筑受力。最后,应尽量避免面外的梁体与剪力墙连结,原因是平面外的刚度和承载力较小,容易出现弯矩突变问题。同时还可以按照施工标准加固剪力墙结构,确保墙体内外安全。

2.3调整超限

调整超限是剪力墙连梁设计的关键内容,根据相关标准与施工经验,为了保证弯矩与剪力不超出规定范围,剪力墙的连梁跨高比不得小于2.5米,尽量避免出现施工质量问题。如果特殊建筑的连梁跨高比在5米以上,则应按照框架梁的标准进行结构设计,在不折减刚度的情况下提高剪力墙的安全性。有些建筑的连梁跨高比在5到6米的范围内,此时需要适当折减连梁刚度,以此达到控制弯矩与剪力限度的目的。总之,调整剪力墙连梁超限能够降低施工成本,帮助建筑企业用做小的成本创造更大的利润,进而为企业的健康发展奠定坚实基础。

2.4剪力墙长度及厚度的选取

剪力墙长度与厚度选取的合理性与建筑结构的稳定性、牢固性密切相关,设计人员应全面掌握工程基础知识,了解剪力墙结构的施工特点,从而科学合理地选择长度与厚度。剪力墙结构的长度也就是墙肢长度,设计人员应综合考虑方方面面的因素,将长度控制为8厘米,在保证墙体结构延展性的基础上降低断裂问题的发生概率。在厚度设计中,应考虑当地的地震情况。受我国特殊地理位置的影响,很多地区经常发生不同等级的地震,对人们的生命安全造成了严重威胁。按照我国的抗震规定,剪力墙结构的厚度不得小于200毫米,同时还需要大于或等于建筑物整体高度的十六分之一。合理控制剪力墙长度与厚度能有效增加强度,提升了建筑物的整体质量与功能。

3剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

3.1平面布置

进行剪力墙平面布置时应遵循对称原则,统一安排剪力墙的质量中心与刚度中心,使其完全重合,避免出现扭矩及类似现象。剪力墙结构一般包括内外两层,需要保证内外剪力墙拉通与对直,尽量控制不均衡的作用力,尽可能避免裂缝问题。随着建筑物高度的增加,单向墙结构已经无法满足支撑要求,应沿着主轴方向双向甚至是多项设计剪力墙结构。研究表明,剪力墙结构的抗震性能优良,适合在地震频发的地区推广。进行抗震功能设计时应逐渐淘汰单向墙的设计模式,提高剪力墙强度,从而充分发挥其抗震能力。抗侧刚度与建筑质量及施工成本密切相关,刚度过大,不仅增大了建筑成本,还会增加墙体自重,建筑物的各项性能也会随之减弱,严重降低了安全性与经济性。抗侧刚度设计需考虑多方因素的影响,确定具体数值时可根据相关公式进行计算,并将计算结果与标准数值进行对比,判断其是否合理。

3.2剪力墙连梁钢筋配置

钢筋是剪力墙结构设计中不可或缺的重要材料,现阶段,大量的高层及超高层建筑如雨后春笋般伫立在城市中,钢筋的应用降低了墙体自重,提高了剪力墙的承载能力与抗震能力,在设计工作中应通过以下措施合理配置剪力墙连梁钢筋。①折减连梁刚度。一般情况下,连梁的截面积较大,但跨度较小,对刚度进行折减能保证墙体质量与强度。②增加连梁跨度。连梁刚度折减完成后一定程度上提高了墙体的整体承载力,但仍有可能发生坍塌问题,需要适当增加连梁跨度,进一步降低连梁刚度,以此提高其抗震能力。③增加连梁的截面宽度。连梁的受剪承载力与其宽度呈正比例关系,截面宽度增加后每部分连梁分担的承载力变小,大大提高了建筑物安全性。④选用跨高较小的高连梁。该措施能尽量满足整体刚度。⑤墙身钢筋配置。根据抗震等级不同,其配筋率也存在较大差异。一般来说,四级抗震的配筋率不得小于0.2%,如果等级较低,配筋率可适当降低,但不得低于0.25%。⑥严格把控钢筋质量。建筑企业应从正规渠道购进建材,并进行严格的质量检验,避免存在以次充好的问题,从而为剪力墙施工质量与安全保驾护航。

3.3剪力墙结构计算

计算结果的准确性与合理性直接影响着剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用效果,建筑企业应安排专业人员完成该项工作,并事先通过专业培训提高工作人员的专业水平与综合素质,进而提升计算工作的质量与效率。在计算过程中,工作人员不仅需要明确设计要求,还应全面了解实际的施工情况,只有进行实地考察后获得更准确的数据才能进行剪力墙结构计算。举例来说,如果建筑物存在地下室,需要以指定层数为基数进行计算,确保剪力墙结构可以承受足够的压力。另外,建筑结构整体的弯曲变形较小,在计算过程中可忽略楼间弯曲变形,以免增加计算量。随着科技水平的不断提高,计算机技术与网络技术逐渐发展,工作人员需利用现代信息化技术(CAD技术或其他计算软件)辅助完成计算内容。传统手工计算耗时长、效率低,还容易出现差错,信息化技术的应用有效解决了这一问题,解放了人力,一定程度上节约了人力成本,还大大提高了计算准确性,提升了剪力墙结构的整体性能。

4总结

近年来,建筑行业的发展形势越来越严峻,建筑企业要想在激烈的市场竞争中占据有利地位就需强化剪力墙结构设计工作,保障建筑结构的安全性、美观性与功能性。剪力墙结构设计对整体设计质量有着至关重要的影响,设计人员应加强重视,明确剪力墙的种类与特点,严格遵循相关设计原则,加强平面布置与剪力墙连梁钢筋配置,保证计算的准确性与有效性,从而提高建筑设计水平,促进建筑行业的进一步发展。

参考文献:

[1]闫永皓.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].城市建筑,2016(8):53.

[2]程世鹏.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用[J].建材与装饰,2015(42):81-82.

[3]张月军,郑伟.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用探析[J].科技展望,2015(12):16.

作者:陈宗泉 单位:濮阳市规划建筑设计研究院

剪力墙结构设计在建筑结构设计的应用责任编辑:张雨    阅读:人次