原创《建筑结构设计中剪力墙结构的运用》
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[摘 要]剪力墙结构,是当前建筑施工过程中的较为常见的一种结构设计,能够有效提高建筑物框架结构的稳定性.本文拟对建筑结构设计中剪力墙结构的运用进行研究分析,以期为优化建筑结构设计提供有价值的参考.
[关键词]建筑结构设计；剪力墙结构；设计要求
文章编号：2095 - 4085( 2018) 03 - 0048 - 03
在现代建筑工程项目中,剪力墙结构是十分重要的建筑结构方面,其稳定性和可靠性是建筑工程整体项目安全稳定的基础保障.剪力墙结构具有抗侧刚度大、侧移小,并且抗震性能非常高等特点,在建筑结构设计的诸多方面都得到了一定程度的运用,施工单位为了提升经济效益,保证施工质量,也越来越多地将剪力墙结构应用于建筑施工项目中.目前,我国建筑施工项目中对于剪力墙的运用较为广泛,但其中仍然存在一定的设计问题,对建筑施工质量造成了不利的影响,值得引起人们的关注.本文通过对建筑结构设计中的剪力墙结构及其运用进行分析,以详细剖析其中的优势和不足,以期为相关单位提供有价值的实践参考.
1 剪力墙结构的基本概念
建筑结构设计中的剪力墙结构,是一种剪力墙体,指的是建筑墙肢的截面高度与厚度的比值,处于5~8的范围以内,是经由钢筋混凝土板取代了以往建筑物内承受各方荷载作用的墙体.通常情况下,建筑实务界按照墙体开洞的情况,将剪力墙分为双肢或多肢型剪力墙,以及壁式框架剪力墙等类型.
剪力墙结构主要有以下三个优点：一是稳定性高.剪力墙结构具有较大的刚性,能够为建筑物提供较好的支撑效果,可以大幅提升建筑物整体的稳定程度,这是剪力墙最大的优势所在.二是经济实惠.剪力墙需要进行过多的钢材料填充,而直接采取混凝土浇筑的方式,因而可以有效降低建筑施工的经济成本,具有较为理想的经济效果,因而被广大施工单位所亲睐.三是美观大方.建筑美学已经越来越成为人们所关注的焦点,人们不仅注意到建筑的宜居性和安全性,也对美观性提出了更高的要求,而剪力墙结构的设计恰恰符合人们对于建筑美感的认知,特别是对于一些隔断墙的结构设计,能够比较好满足人们对于建筑美观性的要求.框架一剪力墙结构基本构造见图1.
相对应的,剪力墙也存在着两个不利因素,制约着剪力墙的有效发展：一是自重较大.剪力墙的整体结构是混凝土浇筑,因而其自身具有较大的重量,对于建筑物来说增加了额外的负重,因而对建筑承重和承压的要求提出了更高的要求.二是延续性不佳.由于剪力墙结构减少了钢筋的配比,导致建筑物整体的结构延续性受到了影响,对于建筑结构的稳定性带来了不利的因素,并且使得施工程序变得更加复杂.
2剪力墙结构设计的基本原则
建筑施工过程中对于剪力墙的施工设计,因其施工复杂性和周边其他建筑结构的影响,在施工技术上受到了一定程度的限制.因此,剪力墙的施工不能单纯地以剪力墙建设本身的目的进行随意施工,而需要将其纳入了建筑施工整体活动中,严格根据剪力墙的设计运用规范进行实地勘察,设计并建设出最为科学合理的剪力墙.剪力墙设计主要有以下几个方面的原则要求：
一是最小剪力系数调整原则.在剪力墙设计和施工过程中,为尽量避免剪力墙自重因素对于建筑所带来的负面影响,减少建筑结构本身的总体重量,从而有效增强建筑承载地震等风险危害的性能,必须要尽量地减少使用剪力墙的区域和部位.建筑施工单位绝不能为了寻求经济上的控制,而肆意地设计剪力墙结构,而应当适当地使用短肢种类的剪力墙,在建筑的第一震型位置负责主要负担,并且要确保底端的地震倾覆力矩要比剪力墙结构负担的总底端地震倾覆力矩小60%以上,并且在剪力墙的墙体上采用大开间处置的方式,从而有效提升剪力墙结构的倾向刚度.
二是连梁超限的调整原则.在剪力墙的设计和施工中,必须要充分考虑到剪力墙的跨高超限问题,这一问题在剪力墙设计中出现的频率非常高.因此,剪力墙的设计需要提前对连梁跨高进行合理调整,明确一定的高度范围,并且采取框架梁的方式进行剪力墙结构的施工建设.在施工实践中,如果剪力墙的跨高比例处于5—6的范围内,还需要给予额外的重视,确保剪力墙的连梁刚度保持平稳,不出现波动的情形,同时要将其承载力及弯矩控制在一定的范围内,避免剪力墙结构设计出现问题.
三是最大位移比例调整原则.建筑物的层高与层间之间的最大位移,对于剪力墙结构设计有着十分重要的影响,特别是在地震比较频繁、对于建筑物影响较为明显的地区,以及针对高层建筑,其楼层的最大弹性层间位移值确定必须要将剪力墙结构的因素考虑在内.对建筑物剪切弯曲的处置需要参照一定结构配件的数量来进行相应的控制,然而如果塑向结构配件数量超出一定的范围,控制工作就很难得到有效地进行,相应地也会大幅增加剪力墙的剪重比例.如此一来,不仅剪力墙的结构设计无法达到标准的要求,而且楼层与楼层之间的弯曲处置将会出现问题,弯曲部分会随着时间的推移而不断增加,在长期使用的情况下楼层甚至可能发生位移的情况.因此,在剪力墙结构设计时,必须要严格的控制好楼层和楼层间的扭转弯曲,把握好楼层之间的最大位移和楼层间的比例,这也是提高建筑稳定性的基本保障.
3 剪力墙结构在建筑结构设计中的具体运用
3.1 合理确定剪力墙在建筑结构中的位置
在建筑结构设计中,剪力墙是非常重要的组成部分,并且与建筑整体结构有着密不可分的联系.因此,在建筑结构中,必须要充分考虑到剪力墙结构在建筑中的总体位置,确保每一个剪力墙的设计位置都能够最大程度地发挥其功用,使其符合建筑工程整体结构的需要,从而提升剪力墙结构的实际质效.剪力墙结构位置的确定,主要需要考虑以下几个方面的因素：
一是要从建筑整体结构人手,充分全面地考虑剪力墙的结构位置.剪力墙的优缺点表明,其既居有十分重要的地位,同时又要坚决杜绝滥用,必须将剪力墙的设计融入到建筑结构设计的整体大局中,保证剪力墙的位置确定能够符合整体建筑结构的特点及应用需要,才能最为合理地确定剪力墙的位置.特别是对于平面布置和纵向布置两个方面,必须充分考虑剪力墙对建筑结构整体所带来的重量负担,全面考核其设计的合理性.
二是要充分考虑到建筑整体的平衡问题,对于剪力墙的设计要尽可能地满足结构对称的要求.剪力墙的对称设计,不仅要求每一段剪力墙本身要尽量形成规则的构造,更重要的是建筑物整体的各剪力墙之间,要形成相互对称的格局,从而能够更好地发挥剪力墙的结构优势,并且避免对建筑结构造成失重或者失衡的不利影响.这种均衡性与对称性,必须要从剪力墙结构的设计环节人手,在对建筑施工进行设计的前期布局上就给予足够的重视和考量,将其作为剪力墙设计的基本规范来对待,从而为建筑的整体设计与施工奠定坚实的基础.剪力墙结构对称性展示见图2.
三是要尽量减少剪力墙的结构设计,侧重于发挥剪力墙的优势而不是劣势.剪力墙对于建筑结构来说是一种重要的辅助性工程,其具体施工中的设计应当尽可能地简约化,而不能进行过于复杂的结构设计.简化的结构设计不仅能够最大程度地发挥剪力墙的自身优势,而且可以有效避免各种不利因素的出现,更重要的是,可以避免因素设计过于复杂而提高施工时的难度,导致更多新的矛盾产生.特别是剪力墙的墙肢截面,要结合建筑结构的整体特点来进行思考,避免其设计的复杂性,以简洁明了的方式来保障墙肢截面设计.
3.2重点针对剪力墙的大墙肢进行设计处理
在当前剪力墙的设计和建筑施工实践中,我们发现大墙肢对于剪力墙结构的应用具有十分重要的作用,是当前建筑结构设计中的重要组成部分,其剪力支撑作用发挥着非常突出的价值,并且是其他结构所无法替代的.然而有着无比重要地位的大墙肢,也必然有着其十分明显的缺陷,特别是对于受地震影响较为明显的地区,大墙肢对于建筑物来说存在着显著的不足,其抗震能力和效果是需要进行重点处理的部位.通常情况下,可以采取以下形式对大墙肢进行补充处理：
一是进行墙肢设计调整,用短墙肢来代替部分的大墙肢.主要方式是在剪力墙设计环节中,对相应的施工洞进行预留,待整体施工完成之后再进行填充.一般来说,剪力墙结构的墙肢不能超过8m,并且使剪力墙具有一次的延性,避免因为墙肢脆性造成剪切破坏.
二是适当增加大墙肢的配筋量.剪力墙结构的优点之一在于不需要钢筋的介入,从而有效节约成本,并降低施工难度和复杂程度,但其相应地降低了建筑结构的整体抗震能力.因此,大墙肢要适应抗震的需要,可以采取有针对性的措施,在墙肢中适当增加钢筋的配比,从而增加剪力墙的整体强度和承载力,避免因配筋量偏少而产生墙体弯曲等问题,综合提升剪力墙的抗震能力,保障建筑物整体的稳定性.
3.3 完善剪力墙连梁结构的设计
连梁结构是剪力墙结构中的重要组成部分,是剪力墙内各组成部分的连接和枢纽.而实践中,有许多因素都可能会对连梁结构的跨高比以及截面尺寸造成一定的影响,从而影响到剪力墙的整体质量.正如上文所述,在连梁设计过程中,连梁结构的跨高需要给予高度的重视和关注,必须要进行科学合理的设计,从而保证设计质量,避免连梁截面大小不符合规范、连梁承载力超限等问题产生.
在目前的剪力墙设计实践中,由于连梁结构所具有的跨高比相对较小,同时和连梁结构所相连的墙肢结构存在大刚度等情况,导致连梁结构由于受到水平力的作用,进而在出现屈服情况时发生梁端开裂情况,通常需要采取刚度折减的方式对连梁结构进行处理.然而,对剪力墙进行抗震设计时,又可能因为连梁刚度不足而增加剪力墙所承载的剪力和弯矩,从而大幅增加配筋设计的难度.因此,折减比例应当控制在一定的范围,把握严格的标准,从而使连梁结构具有相应的承载能力.
4结语
剪力墙结构是当今社会建筑工程领域中的关键技术,对于建筑业整体的发展和创新有着不可替代的作用,对于我国建筑工程建设有着特别重要的意义.而建筑物的特性决定了,建筑结构设计必须充分全面地考量经济、效率、安全等诸多方面的因素,剪力墙结构的运用必须要保证经济性、可行性、科学性和持续性等各项要求.在具体的建筑结构设计中,必须坚持扬长避短,发挥剪力墙结构的最大价值,规避和处理好可能存在的问题和缺陷,从而保障建筑工程的整体成效,为我国社会发展和经济建设作出应有的贡献.
剪力墙结构论文参考资料：
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