摘要:墙体结构是房屋建筑的重要组成部分,不仅能够起到划分建筑内容空间功能区域的作用,还承担着防震、抗震,保护房屋结构安全稳定的重任,因此在设计工作中就要合理选择墙体的结构模式,当前主要采用的就是短肢类型的剪力墙设计模式,但是也要看到其存在的诸多问题和缺陷,通过合理的规划与设计来排除问题,并使得设计方案达到实际需求,各项指标设计更加科学精准。本文对房建工程中短肢剪力墙结构设计问题进行探讨。
关键词:短肢墙体;房屋建造;结构设计
一、短肢剪力墙体的含义及其优势所在
1、短肢剪力墙的含义
其主要是指一类在现代房屋建筑工程中具备规范标准的截面高值以及厚度指标的墙体,主要的特点就是其墙肢相对较短,同时也是一种新型的体系结构,其设计要点和优化方案主要来自于异形柱体的设计特征和技术要点,并且更为的灵活,其施工成本较之其他结构模式更低。
2、短肢剪力墙结构的优势
具有短肢剪力墙结构的墙体,本身的结构消耗较少的建筑材料,并且所选择的材料具有较低的自重,整体结构相对较轻,更柔韧且易于调节,并且具有较轻重量,被广泛应用房屋建设中,同时对预防地震和其他自然灾害起着良好的防护作用。在房屋建设中,短肢剪力墙由于本身的特点,占用的内部空间小,在施工中可以增加施工作业面,从而提高空间的使用效率。此外,短肢剪力墙结构的优点还体现在提高梁、柱部件的性能,不仅增加了房屋的空间布局及利用率,还提高房屋整体的稳定性。另外,由于它本身具有很强的支撑力,因此可以减少承重材料的使用,从而降低整体建设成本。
二、剪力墙结构设计中的问题
1、框架—剪力墙结构中剪力墙布置
所谓的“均匀”,一是剪力墙的平面位置应尽可能均匀,纵向剪力墙不宜集中定位在结构平面的两尽端,同时剪力墙之间的距离也不应太大,应符合《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定;二是剪力墙的截面尺寸符合要求,剪力墙横截面尺寸尽可能均匀,形成一个连接梁以或形成双面壁,在纵向上具有多个端部高层建筑的剪力墙,单肢墙壁或多个墙壁的长度不应超过8米,不应超过墙体总高度的1/3,对于高层建筑,应不超过墙壁总高度的1/3。剪力墙应围绕建筑物的周边均匀间隔,以使其发挥抗扭转的作用。墙壁应位于建筑物的电梯室内,以及在平面上的形状和载荷变化比较大的部分,有效地传递墙壁剪切和楼板覆盖的弯剪力。结构的薄弱部分主要分布在结构平面中的凹凸形状位置,因此剪力墙的位置应该在凸起部分的末端进行加强,不应将其单独放置在单侧或柱网的中间,以避免出现明显的扭转效应。纵向和横向剪力墙连接,或者剪切梁的框架放置,都应该放在短肢剪力墙的上部,以形成口字形或L形,从而增加剪力墙的刚性和抗剪力。孔的边缘不得小于柱边缘的壁厚,且小于300毫米。设计剪力墙时,应避开大开孔的位置,当必须设置时,应上下楼层对齐,不宜交错,同时也不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞。
2、结构要均匀
墙体应该与房子内部的区域位置合理地结合在一起,要想确保剪力墙的稳定性,不仅需要提高墙壁本身的强度和支撑力,还需要合理设计建筑内每个房间的大小和功能。在保证墙体功能的同时,根据不同房间的开洞情况,在特定位置设置合理的短肢剪力墙,同时,还必须保持房屋结构体系的合理、对称,避免出现严重不规则的平面布置。
3、抗震设计时对框架部分的内力调整
在框架—剪力墙结构中,与剪力墙相比,框架柱的横向刚度小。因此,在水平地震的作用下,剪力墙承担大部分地震剪切力,框架仅承受一小部分的剪力,即由水平地震的作用引起的剪切力,主要由剪力墙来抵抗。
根据抗震性能化设计中的多道防护的概念设计要求,墙是第一道防护线,在强烈地震和罕见地震的作用下,它会损坏先于框架出现塑性铰。而剪力墙由于内部塑性变化从而对地震的剪切力进行重新分布,框架部分所承受的剪切力越来越大。如果进行调整,则框架部分的抗震设计根据计算的内力进行,并且框架部分不能有效地用作第二防震线,适当调节框架所采用的剪切力可确保框架具有一定的扛侧力从而作为整体结构的第二防线。应注意内力的调整,结构楼板的横向刚度沿垂直方向均匀分布,即结构楼板上具有不规则横向刚度或加强层的结构,楼板及其相邻层按照这种方法调整;剪力墙框架强度的内部调整应在阵型组合后进行,并满足《高规》第4.3.12条剪重比的要求。如果结构满足此要求,则框架部件内力的调整根据规范要求执行。否则,只能改变结构布置或调整结构的整体侧向力以及每个楼层的水平抗剪刚度,再根据要求调整框架的内力。
4、剪力墙折算厚度
对于特定的楼层,剪力墙厚度主要由以下几点来确定:总剪力墙体积与结构总面积之比,直接反映剪力墙的优点,如果转换后的厚度在适当的范围内,则应根据配筋率把厚度控制在一定限度内,最后保证该结构在在使用过程中的合理性。根据以往的工程经验,可以看出,如果建筑物是一个小型高层建筑,即地上约12层,则转换后的标准层厚度应为90~100毫米,如果建筑物高约18层,然后转换的标准层厚度为120~130毫米,如果建筑物在地面上有25层,则标准层的转换厚度应为140~150毫米。当厚度较大时,剪力墙面积过大,相应的计算结果:轴压比相对较小,位移角与限值相比有较大的余量。这时,要充分考虑和优化剪力墙,最后有效的对成本控制。
5、增加“一字形”墙肢的耐受力
在房屋建筑项目中,“一字形”的墙体和有限元构造也很常见,通常位于房屋结构的中部,它的侧向承重能力很弱,在房屋设计时计算墙肢的承载力就更加困难,从而对房屋的整体设计产生了影响。因此,在实际设计中,设计人员必须想方设法减少这种“一字形”墙肢,其最好的方法是将形状改变为“L”形或T形,以便周围的墙体结构给其提供侧向约束提高其侧向刚度,以保证房屋结构的整体稳定性。
6、选择适当的计算软件分析抗震薄弱部位
对短肢剪力墙结构进行设计时,设计人员要关注对其结构参数的精准计算,要确保选用的短肢剪力墙结构分析软件符合实际设计要求,且具有较高的精度。在设计时,应该对短肢剪力墙结构与普通剪力墙结构进行比对分析,尤其要关注短肢剪力墙的抗震薄弱环节,通过合理的分析与设计,对抗震薄弱部位进行修复。常用的短肢剪力墙结构的设计软件有ABAQUS有限元软件等,通过应用这一软件可以有效的分析一字型短肢剪力墙的抗震薄弱部位,并帮助设计人员采取针对性的措施加以处理。
7、合理布置水平抗侧力结构
在布置水平抗侧力结构时,设计人员要关注结构的扭转问题,尽量控制结构扭转现象,对于各个轴线而言,要尽量使其水平抗侧构件均匀、对称。在布置剪力墙结构时,设计人员可以使用相关的分析软件如SATWE等,可以对短肢剪力墙结构进行仿真分析,从而更加直观的对各轴线上的墙肢长度进行调整,从而使得刚度中心与结构的质量中心的偏差控制在较低的范围内。在对高层建筑进行短肢剪力墙结构设计时,同时还要关注高层建筑的高度,若为A级高度,在进行设计时,要考虑偶然偏心现象,要严格控制楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,使其位于该楼层平均值的1.2倍以内,最大不可超过1.5倍。
结束语
简而言之,本文主要分析了短肢剪力墙的布局,框架构件内力的调整等过程中要注意的一些问题,希望可以对后面框架—剪力墙的房屋结构建设有所帮助。在此基础上,人们清楚地了解到这种墙体结构设计的要求以及施工过程中应注意的问题,同时在未来的房屋建设中,可以在房屋建筑中广泛使用这种墙体结构,以提高人们的住房质量。
参考文献:
[1]农伟.建筑结构中的短肢剪力墙设计[J].智能城市,2018(23):21-22
[2]李伟峥,扈明.某高层住宅剪力墙结构设计探讨[J].工程质量,2018,36(4)
[3]姚猛,王玉.短肢剪力墙结构的设计探讨[J].住宅与房地产,2017(9):115