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摘要:随着国民经济的快速发展,同时在很大程度上促进建筑领域的快速发展,尤其是对建筑结构设计要求更严格,过去传统的建筑结构设计模式无法满足设计要求,当前的人认为这就需要建筑结构设计师根据社会的需求,相应的原始建筑结构的创新设计。
关键词:建筑结构设计;剪力墙结构设计;应用策略
引言
随着现代工程技术的发展和对建筑模式的多样性需求,建筑物的种类、风格、高层和形式愈发多样和复杂,不同结构形式建筑物的受力情况、结构承重不同,特殊外力作用下,建筑物的构件易受到损害,乃至影响整个建筑的整体性安全,建筑剪力墙结构的应用,为建筑的发展提供了重要的技术支撑,多种结构形式的建筑物受力不均问题得到了有效解决,为有效发挥建筑剪力墙结构在工程建筑中的抗震、抗压作用,对剪力墙结构的优化设计具有一定的必要性和现实意义。
1概述剪力墙结构
所谓剪力墙,也可将其称为是抗风墙、抗震墙或者是结构墙。从建筑房屋或构筑物的角度来讲,剪力墙在其中的作用就是承担来自风力荷载或地震作用下产生的水平或竖向荷载墙体,以此避免结构遭到剪切破坏影响,因此将其称为是抗震墙。关于抗震墙,通常是由钢筋混凝土材料制作而成,可将其分为平面和筒体两种类型,其中平面剪力墙主要应用在钢筋混凝土框架结构、升板结构以及无梁楼盖体系中,要想进一步强化结构的刚度、强度以及抗倒塌性能,可通过在结构某个位置进行现浇剪力墙,也可以预制装配钢筋混凝土剪力墙;对于筒体剪力墙,这种类型的剪力墙普遍用于高层建筑、高耸以及悬吊式建筑结构中,具体来讲,就是由建筑中的电梯、楼梯、设计以及辅助房间中的间隔墙围起来的一种剪力墙,这种类型剪力墙筒壁全部是现浇钢筋混凝土墙体,墙体本身的刚度和强度相比较于平面剪力墙而言,能够承受更大的水平荷载力。
2剪力墙结构的分类
2.1整体墙
整体墙没有门窗洞口,或门窗洞口的面积小于等于剪力墙侧面积的15%,整体墙具有很好的稳定性。
2.2联肢墙
联肢墙是指在整体墙上开有多个门窗洞口,而且相对来讲,洞口的尺寸是比较大的,对其可以进行有效简化,使其成为多个单肢剪力墙或墙肢,然后和相对应的连梁进行充分的连接,通过这种方法进一步组合成为联肢墙。它的受力特点主要体现在,连梁在很大程度上约束墙肢,墙肢局部弯矩较大。
2.3壁式框架剪力墙
壁式框架剪力墙由于其窗口洞口开得大,受力已基本接近于框架结构,其剪力墙的厚度比框架结构梁柱的宽度还要小,因此补称作壁式框架剪力墙。
2.4小开口整体剪力墙
小开口整体剪力墙,其剪力墙截面上的正应力在水平荷载作用下,分布略偏离直线,并叠加墙肢局部弯曲应力,如果墙肢中的局部弯矩在墙体整体弯矩的15%范围之内,它的截面变形情况与整体截面剪力墙从大体情况上来看是保持一致的,针对这样的情况,此类剪力墙补称作小开口整体剪力墙。
3建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用策略
3.1严格遵循剪力墙结构布置原则
在进行剪力墙结构设计过程中,剪力墙本身需要承受垂直和水平两种作用力,因此在进行实际设计中,要将上述两种因素考虑在内,将房屋建筑物主轴作为剪力墙设计的参考依据,以此为基础分别布置垂直方向和水平方向的剪力墙,特别是在设计建筑抗震结构过程中,要避免出现单向带墙结构布置情况,基于以上,这就需要相关建筑结构设计工作者根据建筑实际来适当提高垂直和水平两个方向在横向上的刚度,这样做的目的在于强化两个不同方向在固有振动周期下的相似性。在设计长剪力墙结构时,首先要做的就是打开一个开口,然后将剪力墙均分为多个墙段来开展相应的设计。
除以上之外,因剪力墙墙体实际长度相对比较小,因此剪力墙在处于弯曲状态下产生的裂缝宽度也比较小,这就需要剪力墙墙体内部设置的钢筋发挥其应有的作用,能够保持墙体实际高度在8m左右,这样做的目的在于强化剪力墙结构设计质量。另外,在进行剪力墙设计过程中,楼板主梁不能直接支撑在剪力墙之间的连接梁上,这主要在于主梁端本身具有一定的约束性特征,不能满足剪力墙在承重上的要求,若楼板主梁支撑在连接梁上,就会导致耦合梁失去扭转刚度,从而使得剪力墙承重面出现弯矩情况,因此相关设计工作人员在进行剪力墙结构设计过程中,应严格遵循剪力墙结构的布置原则,从根本上保证剪力墙结构在建筑结构设计中的应用成效。
3.2剪力墙结构中连梁及大墙肢的优化设计
剪力墙连梁是其关联墙肢间起连接作用的梁结构,在墙肢受到极限压时,会产生形变或超筋破坏,甚至影响到整个建筑的稳定性和安全性。对剪力墙连梁进行优化,能够最大限度地缩减连梁受损。在有效范围内降低剪力墙连梁高度是优化设计的一种,另外一种是规范控制剪力墙结构的塑性和增强连梁的抗震强度。对剪力墙结构延展性进行优化也是优化设计的一个部分,基于剪力墙的高宽比,规划剪力墙的外形形状。基于剪力墙的高度,采用均匀分段和开洞技术,有效控制,使剪力墙结构的受损程度降低。
3.3剪力墙框架梁设计
所谓框架墙,具体指的是剪力墙与框架两者连接所处位置,一般来讲,连接方式可分为两种,一种为框架梁与剪力墙平面外连接;另一种为框架梁与剪力墙平面内连接,从本质上来讲,以上两种连接方式存在一定的差异性,对于前者,虽然其与普通框架梁设计比较相似,但其中需要特别注意的是,设计者要将剪力墙伸出梁纵向钢筋锚固考虑其中。若剪力墙厚度在200mm左右时,就会导致梁纵向钢筋深入剪力墙内部锚固区域弯折前水平投影长无法达到标准,这就需要相关设计师采取锚固处理,对伸出梁纵向钢筋进行加固,防止因此导致锚固发生损坏。在进行框架梁连接时,如果梁体跨度和梁体高度两者之间比例在5以上,就可根据框架梁设计标准进行相应设计,若比例在5-6之间时,因框架梁手里所处位置在框架梁与连梁两者中间,这就需要增加配筋梁在其中的设计。
3.4剪力墙结构中边缘构件的优化设计
剪力墙结构的优化设计是多层面、多角度的。结构尺寸及外形优化设计仅是其中的一个层面,同样对剪力墙结构的边缘构件进行优化也能达到建筑剪力墙结构优化设计的效果。具体体现在以下2个方面。(1)构造边缘构件的约束,在规定范围内,明确其墙肢长度和箍筋配筋的特征值。(2)剪力墙边缘构件的约束。约束对象主要是暗柱、端柱和翼墙。对相关搭建结构的约束是为了确保剪力墙的刚度,避免层间位移。对于剪力墙边缘构件的优化设计,应基于建设的规范要求,合理增大边缘构件如暗柱、端柱的截面尺寸。
结语
在建筑结构阶段中,剪力墙架构设计往往是指代当前建筑在建设的过程中采用内部包含较多的钢筋混凝土材料,从而取代以往框架架构内部存在的梁和柱。其建设的原理往往是由于内部包含大量钢筋混凝土,可以抵御外界多个方面和层面上的压力,以便保证整体架构存在较为高质量的支撑效果。
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