框架剪力墙结构在建筑结构设计中的应用 金辉

发表时间:2020/8/5   来源:《基层建设》2020年第9期   作者:金辉
[导读] 摘要:在建筑工程的建设中,对剪力墙结构的合理设计,一方面能减少施工的成本,另一方面还能提高建筑的抗震能力。
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        摘要:在建筑工程的建设中,对剪力墙结构的合理设计,一方面能减少施工的成本,另一方面还能提高建筑的抗震能力。在实际应用中要注意提高结构的刚度,建筑的外形要简洁美观。同时针对具体的情况进行具体的分析,结合实际的施工方法采取最合适的建筑技巧,保证剪力墙的抗震效果最大化的发挥出来,保证现代建筑的质量与安全。
        关键词:建筑;剪力墙;结构;设计
        为了满足人们对建筑工程越来越高的质量要求,在这种局势下,剪力墙结构以它不俗的成绩出现在建筑行业的视线中,作为主要建筑结构被广泛的运用,并且剪力墙结构已经被大众积极认可,成为我国建筑行业中建筑结构最主要的形式之一。但是随着剪力墙结构的深入使用,剪力墙结构一系列的弊端也随之出现,例如在剪力墙结构方面没有很正规的相关法律法规作为支撑,也没有比较成熟、全面、系统的剪力墙结构理论体系等等,这样就导致了设计人员在运用剪力墙结构进行设计时缺乏监督和指导方针,给实际工程操作中带来不可估量的安全隐患。因此,就剪力墙结构中出现的相关问题,如何进行解决是当下最为关注的话题。
        1剪力墙结构体系特点
        通常房屋建筑的高度越高,房屋建筑就越需要考虑到高层建筑的侧力因素。如果高层建筑的抗侧力能力没有达到标准,就可能会出现高层建筑倾斜的现象,严重的话,甚至还会出现高层建筑坍塌的现象。因此,房屋的结构设计一定要考虑到侧力的影响。对高层建筑来说,楼层越高,为了保证楼层的力的平衡,一般情况下,楼层也会相应增大宽度,因为楼层越高,楼层底层的结构柱子需要承受的重力也就越大。
        建筑物框架结构主要承担来自横向的力的作用,同时通过横向承重板和纵向承重板纵横交错来达到增强楼层的承重能力的目的。在建筑领域,剪力墙是由钢筋混凝土浇灌成的墙体,通常情况下,这种墙的刚度比较大,承受力的能力也比较强。剪力墙不仅可以应对横向的剪力对建筑物的作用,也可以在很大程度上承受来自竖向的建筑物的重力。由于这种墙对水平方向的剪力的承受能力比较强,所以,这种墙被称为“剪力墙”。这种墙体能够使高层建筑的稳定性、刚度以及抗震能力大大加强,能够满足现今我国高层建筑的需要。
        剪力墙结构的设计使用能够减低施工成本,剪力墙结构使用钢筋混凝土为原料,价格相对低廉,而且能够满足建筑强度的需要,在一定程度上增加了施工单位的经济效益。因此剪力墙结构代替了传统的建筑承重系统,在建筑物室内中不会出现过多的承重,大大的节省了建筑室内的空间,使室内设计更加美观,降低了楼房建筑的空间局限性。
        2剪力墙结构概念设计的基本原则
        2.1选择合适的几何结构特性
        地震振动频率越接近结构的固有频率,结构发生共振的可能性就越大,从而导致建筑物位移和损伤的增加。因此建筑对地震的反应依赖于其几何结构特性,尤其是建筑高度。高层建筑对长周期(低频)地震的反应更强烈,而多层建筑对短周期(高频)地震的反应更强烈。
        2.2选择合适的钢筋混凝土结构
        多年来,我国建筑抗震设计的目标一直是建造能经历中等地震可修复和严重地震不倒塌的建筑物。为了达到这一设计目标,结构设计用于抵抗地震荷载的构件必须以延性方式工作,并以不影响结构整体性能的方式耗散能量[1]。成功的框架抗震设计要求结构的配筋合理,使塑性铰发生在强度影响最小的位置,因此采用“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的理论指导方法来设计钢筋混凝土结构。
        3剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
        3.1面内搭接
        剪力墙以平面内受力为主,建筑结构中,剪力墙需要在结构平面的主轴方向双向布置,分别抵抗来自各方向的水平力,墙端与计算方向垂直的翼墙不仅可以增大计算方向的剪力墙的刚度和承载力,还能增大弹塑性变形能力。剪力墙外的平面布置会影响到剪力墙结构的作用。

剪力墙的特点是平面内的承载力及刚度大,而平面外的承载力和刚度小。如果剪力墙与平面外的梁搭接时,会使的墙肢平面外承受弯矩,尤其是梁高大于 2 倍墙厚时,刚性连接梁的梁端弯矩使得剪力墙平面外产生较大弯矩,所以在设计时尽量减少平面外的连接,如果无法避免,应当采取措施,保证剪力墙平面外的安全性。
        3.2平面布置
        剪力墙设计的平面布置可以灵活,但是有几个要注意的地方。①平衡、对称。建筑强设计结构有长有短。遇到较长的剪力墙时,不要全部当成一个整体,选择开洞口的方式,将墙面分成等长均匀的几段。交错不齐的剪力墙洞口会带来很多隐患,比如说受力刚度减小,结构不稳定,容易发生事故等等。所以洞口要一排排的整整齐齐。对称布置,使得结构平面上刚度均匀,减小水平力作用下给结构产生的扭转。②在进行抗震设计的时候,尽量减少一字型的短肢剪力墙的布置,双向的或者多向的更能保障安全。多向或双向的设计可以形成一定的空间工作结构。剪力墙不仅需要在结构平面主轴方向双向布置,而且还应该尽量使得各主轴方向剪力墙的侧向刚度相近。③剪力墙结构与其他的结构一样,在特殊情况下也会出现刚度突变的情况。为了避免不必要的损失,在竖直方向上要从下往上的布置。④在同一个平面上的剪力墙结构质量中心和刚度中心不可以岔开,岔开之后,无法保证其稳定性,应沿着建筑物的全高布置,侧向刚度沿着高度从下至上连续均匀,剪力墙开洞时,洞口上下对齐。⑤平面形状凹凸较大的时候,尽可能在凸出部分的端部附近布置剪力墙。当遇到建筑物周边、电梯间、楼梯间等部位时,均匀的布置剪力墙。⑥剪力墙不宜过长,超过 8m 的剪力墙最好设置挂高比较大的连梁将其均匀分为若干段,使得各个墙段的高度与长度之比大于 3。
        3.3剪力墙结构连梁
        剪力墙结构中连梁是作为连接剪力墙平面内的梁,它不仅能够连接墙肢,还能够有效的约束墙肢。在设计连梁的时候,因连梁的刚度很大,普通配筋的、跨高比小的连梁很难成为延性构件,所以对连梁进行区分,按不同的形式分别设计。①跨高比大于 5 的连梁,此类连梁受力情况和框架梁类似,即按照框架结构中的框架梁进行设计即可。②跨高比小于 5的连梁,尤其是住在、旅馆等剪力墙结构的建筑中的连梁,跨高比往往小于 2,甚至不大于 1,在侧向力的作用下,这些连梁容易出现剪切斜裂缝。对于跨高比小的高连梁,可以设置水平缝,形成双连梁或者多连梁,实现弯曲破坏。当连梁宽度较大的时候,除了设置普通箍筋以外,还可以增加交叉暗柱或者设置斜向的交叉构造钢筋来改善连梁的受力性能。楼面梁支承在连梁上时,连梁产生扭转,一方面不能有效约束楼面梁,另一方面连梁受力十分不利,因此要尽量避免。楼板次梁等截面较小的梁支承在连梁上时,次梁端部可按铰接处理。
        3.4剪力墙数量控制
        剪力墙是为了承担水平方向上由于外部因素导致的剪切力的建筑结构,但不同于承重墙,承重墙可以通过增加数量的方式来提高承重墙整体的荷载能力,而剪力墙并非通过数量增加而能形成群体效应的结构设计。剪力墙如果数量过多反而会增加建筑自身的质量,垂直方向上的荷载增大反而不利于水平剪切力的缓冲,因此剪力墙应当数量适当,才能最大限度发挥其抗争能力、抗侧刚力。
        3.5边缘构件设计
        在剪力墙结构进行设计过程中,边缘构件设计也是一项很关键的步骤,它可以是剪力墙整体延伸性能更强,还能对水平位移起到更好防护作用,有效的提高了剪力墙整体的稳定性,剪力墙的边缘构件主要是由端柱,暗柱等组成,设计人员可以通过实际情况,对边缘构建进行更为细致的设计。
        结束语
        综上所述,剪力墙结构在建筑结构设计中得到了广泛的应用,主要还是因为剪力墙结构具有较好的抗侧刚度和较好的抗震效果,用钢量比较少,节省材料等优点。随着人们生活水平的不断提高,人们的对于建筑结构设计的要求也越来越高,人们更注重安全化、美观化、人性化的建筑设计,为了满足人们的需求,就要不断的进行建筑结构的优化,促进建筑质量的提高,掌握好剪力墙结构的理论知识,把握住剪力墙建筑结构设计要点,还要严格的遵守剪力墙结构的设计原则,最大限度的发挥剪力墙结构在建筑施工中的作用。
        参考文献:
        [1]张磊.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用探讨[J].建材与装饰,2016,(36):73-74.
        [2]黄建华.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析[J].低碳世界,2016,(23):161-162.
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