• 建筑結構設計中剪力墻的應用

    來源:???2021-11-15 21:03:35

    摘要:隨著我國經濟的飛速發展,建筑行業也隨之發展起來,為了保障建筑行業的順利發展,必須不斷優化建筑結構形式。剪力墻結構所具備的高硬度結構不僅增加了建筑物的抗震性,也提高了建筑的整體性能,因此其被廣泛應用于建筑結構設計中。本文首先對剪力墻結構進行了簡單的概述,分析了剪力墻結構設計在建筑結構設計中的具體應用,希望本文能夠對同行或類似工程提供參考和幫助。隨著國民經濟的發展,業主對于建筑結構的安全性和美觀性的要

    隨著我國經濟的飛速發展,建筑行業也隨之發展起來,為了保障建筑行業的順利發展,必須不斷優化建筑結構形式。剪力墻結構所具備的高硬度結構不僅增加了建筑物的抗震性,也提高了建筑的整體性能,因此其被廣泛應用于建筑結構設計中。本文首先對剪力墻結構進行了簡單的概述,分析了剪力墻結構設計在建筑結構設計中的具體應用,希望本文能夠對同行或類似工程提供參考和幫助。

    隨著國民經濟的發展,業主對于建筑結構的安全性和美觀性的要求越來越高。為了提高建筑結構的質量和穩定性,并可以改善抗震性能,使墻體無論是受豎向荷載或者水平作用都能起到較好的抗變形能力,在建筑結構的設計中剪力墻結構設計越來越多的被應用,是目前建筑結構設計中墻體結構設計的主要方法。但是這種結構并不是十全十美的,它也會有一些缺點,因此建筑設計工作者們在進行設計工作時,必須充分了解剪力墻結構的優缺點,通過科學有效的方法來將剪力墻結構運用到建筑行業中,從而確保建筑行業的順利發展。

    1剪力墻結構的分類

    1.1剪力墻結構

    剪力墻結構是指縱橫向的主要承重結構全部為結構墻的結構。當墻體處于建筑物中合適的位置時,它們能形成一種有效抵抗水平作用的結構體系,同時又能起到對空間的分割作用。剪力墻在其墻身平面內的抗側移剛度很大,而其墻身平面外的剛度卻很小,一般可忽略不計。

    1.2框架-剪力墻結構

    框架剪力墻結構又名框剪結構,這是一種在框架結構中增加放置一定數目的剪力墻的結構,從而形成了自由活動的使用空間,滿足不同的建筑功能的要求,而且還擁有足夠的剪力墻,有十分強大的側向剛度。

    1.3筒體結構

    由密柱高梁空間或者空間剪力墻這兩者之一所組成的抗側力構件,并且能在在水平荷載作用下起整體空間作用的稱為筒體———由密柱框架組成的筒體稱為框筒;由剪力墻組成的筒體稱為薄壁筒。

    2剪力墻結構的優缺點

    剪力墻結構有很好的承載能力,而且有很好的整體性和空間作用,比框架結構有更好的抗側力能力,因此可建造較高的建筑物;剪力墻結構的樓蓋結構一般采用平板,可以不設梁,所以空間利用比較好,可節約層高。同時,剪力墻的間距有一定限制,故不可能開間較大,對需要大空間的建筑物不太適用,一般適用于住宅、公寓和旅館。另外,純剪力墻結構造價高,施工困難,耗鋼量大,所以往往受到經濟方面的制約。

    3剪力墻結構設計在建筑中的應用

    3.1剪力墻的布置原則

    剪力墻結構應該具有合適的側向剛度,這種結構的平面布置宜規則、簡單,宜沿兩個主軸方向或者是其他的方向進行雙向布置,而且這兩個方向的側向剛度不應該相差過大;為了避免剛度突變,宜自下到上連續布置;門窗洞口宜成列布置、上下對齊,構成了明確的墻肢和連梁;注意要避免造成墻肢寬度相差太多的洞口。剪力墻結構中墻與樓板組成受力體系,承擔了豎向荷載(重力)、抵抗水平荷載(風、地震等),作為重要的受力構件,不能強制拆除或破壞,這樣的話不利于形成較大的空間,從而造成住戶無法對室內布局進行自行改造,而短肢剪力墻結構在剪力墻方面采用的是寬度(肢厚比)較小的那種,這樣使得住戶可以在一定范圍內對室內布局進行改造,增加了自由靈活性。但是,受力性能、經濟造價方面也存在一定缺陷,我們對此進行以下分析。

    3.2短肢剪力墻的設計要求

    短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻??墒且驗槎讨袅拐鸬男阅茌^一般,地震區應用經驗不多,為安全起見,規劃與設計在高層住宅結構中短肢剪力墻布置不應該過多的使用,不應該全部使用短肢剪力墻的結構。短肢剪力墻承擔的傾覆力矩不小于結構底部總傾覆力矩的30%時,稱為具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構??拐鹪O計時,短肢剪力墻的設計應符合下列規定:

    (1)短肢剪力墻的截面厚度在底部的相應加強部位不應小于200mm,其他部分尚不應小于180mm。

    (2)一、二、三級的短肢剪力墻的軸壓比,分別不應該大于0.45、0.50、0.55。

    (3)一字形截面短肢剪力墻的軸壓比限值應相應減少0.1。

    (4)短肢剪力墻的剪力設計值在一、二、三級時應分別乘以增大系數1.4、1.2和1.1。短肢剪力墻的全部豎向鋼筋的配筋率,在底部的加強部位一、二級不宜小于1.2%,三、四級不宜小于1.0%;其他部位一、二級不宜小于1.0%,三、四級不宜小于0.8%。

    (5)一字形短肢剪力墻不適用,不宜在一字形短肢剪力墻上布置平面外與之相交的單側樓面梁。通過以上分析可以看出,短肢剪力墻對厚度、軸壓比、配筋率均有較高的要求,因此我們在建筑結構設計中因盡量避免短肢剪力墻的運用。避免短肢剪力墻結構體系的做法為:保證一般剪力墻的面積數超過剪力墻面積的50%。

    4剪力墻結構的經濟性控制

    如何控制建筑造價是業內人士關注的重中之重,對于結構設計人員來說需要利用清晰的結構概念進行設計,使結構在滿足造價經濟的同時具有足夠的安全儲備??刂萍袅Y構的結構含鋼量可以通過以下幾個方向來解決:剪力墻的整體剛度控制、合理墻間距、軸壓比、整體布墻率等。

    4.1整體布墻率

    剪力墻的剪力墻自重占結構自重一半以上屬于小開間剪力墻體系,當剪力墻較多、結構自重較大,造成的結果是:增加基礎用量,基礎、墻體用鋼量較大,且造成結構側向剛度過大,對于抗震不利。通常剪力墻間距為4~5m之間為最經濟的間距,墻肢之間用連梁或框架梁連接。

    4.2從用鋼量方面考慮

    剪力墻以及邊緣構件的配筋原則為:(1)剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率,一、二、三級時均不應小于0.25%,四級和非抗震設計時均不應小于0.20%。(2)剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的間距均不宜大于300mm,直徑不應小于8mm。剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的直徑不宜大于墻厚的1/10。(3)房屋頂層剪力墻、長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻、端開間縱向剪力墻以及端山墻的水平和豎向分布鋼筋的配筋率都必須大于0.25%,間距都必須小于200mm。(4)剪力墻約束邊緣構件的豎向鋼筋除應滿足正截面受壓(受拉)承載力計算要求外,其配筋率一、二、三級時分別不應小于1.2%、1.0%和1.0%,并分別不應少于8準16、6準16和6準14的鋼筋(準表示鋼筋直徑)。

    4.3從概念設計方面考慮

    剪力墻應該盡量布置在結構周邊的外圍護墻處,在中部應該減少剪力墻的布置,對其實施弱化處理,達到強周邊弱中部的效果;剪力墻的布置宜分散、均勻,在設計布置結構墻肢時應當避免出現過長墻(>8m),這樣變化使得結構各墻肢均勻受力,協同工作。而在避免出現這個方面,如果單片剪力墻過長這樣便會剪力墻在承受水平地震作用時長片剪力墻的破壞形式上呈現純剪切破壞,這種破壞形式屬于抗震延性極差的脆性破壞形式。所以在設計時應控制剪力墻的墻長不超過6m,超過6m的剪力墻則會采用設置洞口的方法來分割墻體使其分成成不大于6m的墻肢。

    4.4剪力墻設計的注意要點

    通常為了防止混凝土表面出現收縮裂縫,與此同時使剪力墻擁有一定的出平面抗彎能力,高層建筑的剪力墻不能夠使用單排配筋。高層建筑的剪力墻厚度相對比較大,當剪力墻厚度超過400mm時,如果只是使用雙排配筋,形成中部大面積的素混凝土,這樣便會使得剪力墻截面應力不均勻分布,因此可采用三排或四排配筋方案,截面設計所需要的配筋可分布在各排中,靠墻面的配筋可略大。在各排配筋之間需要用拉筋互相聯系。當雙肢中一個剪力墻墻肢出現了小偏心受拉,該墻肢也許會出現水平通縫,這樣就會嚴重削弱剪力墻的抗剪能力,抗側剛度也會退化得十分嚴重,由荷載產生的剪力將會轉運到另一個墻肢而這樣的話就超出了另一墻肢抗剪承載力。因此,要留心避免墻肢出現小偏心受拉情況。當墻肢出現大偏心受拉時,墻肢非常容易出現裂縫,從而造成其剛度的退化,剪力會在墻肢中重分配,此時,可將另一受壓墻肢按照彈性計算的剪力設計值乘以1.25增大系數后計算水平鋼筋,以提高其受剪承載力。在地震作用的反復荷載下,兩個墻肢都要增大設計剪力。

    5結束語

    簡而言之,在建筑結構設計中剪力墻結構的設計是非常重要的,設計的好壞和建筑的安全性、適用性、經濟性以及合理性有直接的聯系。所以,在對剪力墻進行設計和布局時,必須要采用科學的技術手段進行計量分析,在設計時應該嚴格遵守剪力墻設計的各項標準要求,使剪力墻結構更加的科學、經濟、有效。

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