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建筑剪力墙结构设计论文

【摘要】随着中国经济整体水平的不断提高和的建筑结构设计的不断发展和进步,剪力墙结构在建筑结构设计中的应用十分广泛。剪力墙结构体系具有很好的承载能力、结构刚度和优良的抗震抗风性能,在高层建筑中的应用十分广泛。高层建筑剪力墙结构设计不仅对设计师有扎实的理论基础提出了要求,与此同时还要有相当丰富的工程经验去解决设计过程中的问题。本文从剪力墙结构设计的概念开始。就建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用进行了介绍,希望以此促进行业发展。

【关键词】建筑结构;剪力墙结构;应用分析

1引言

高层建筑是城市重要组成部分,建筑可以美化城市,而有一些标志性建筑甚至在某种意义上代表了这座城市城市,例如如广州的小蛮腰和上海的东方明珠塔,都是国际性大都市的标志。因此,城市和建筑互相依赖,彼此生存。如今,土地资源稀缺,高层建筑已成为城市建设的主体,是城市生活的主流建筑,也是当代建筑的发展趋势。随着人民生活水平的不断提高,对居住舒适性的要求也有所提高,特别是对住宅公寓的要求越来越高。剪力墙结构的壁厚与填充墙、平面的厚度是一致的,保证室内无框架柱突出,可有效提高空间利用率,因此,高层住宅剪力墙结构应用的十分广泛。

2建筑结构设计中剪力墙结构概念方案布置

剪力墙结构概念方案布置是进行剪力墙结构设计的前提,而布置设计的合理性与否对整个工程造价有很大的影响,下面对剪力墙结构布置进行简单的介绍。剪力墙布局应沿两个主轴方向双向进行布置,尽量做到分布均匀,这种安排,能够让两轴刚度尽可能接近。剪力墙集中布置会导致结构载荷中心和刚度中心偏移,造成较为严重的扭转效应。剪力墙的分散布置会导致梁板跨度加大和刚度分布不均匀,而在跨度增大时,会增加结构的重量,增加地震效应,从而增加工程造价;另一方面,剪力墙间距太大,以致于单片剪力墙承受荷载过大,增加了轴压比,从而对剪力墙延性设计产生影响。以及结构在不规则的地震扭转薄弱部位凸起后形成棱角。扭转大变形导致扭转破坏。因此,考虑剪力墙平面布置,应单独布置,并用对角线局部加强。在平面角部尽量布置L形墙肢,还可采取设置端柱及转角部位楼板中设置暗梁等构造措施进行加强,以达到提高其扭转刚度的目的。剪力墙竖向布置宜沿房屋高度通高布置、上下对齐、连续布置,墙厚及墙长沿高度宜均匀变化,以达到竖向刚度逐渐变小,从而能够有效避免竖向刚度发生突变情况。这样既经济又能满足承载力、侧向变形的要求。因此,剪力墙结构的布局对整个结构的合理性和经济性有直接的影响。目前,结构的经济性已成为结构设计中必须考虑的因素。在满足安全的前提条件下,最大限度地利用有限的资源,是结构工程师要去探索的问题。因此,在合理布置剪力墙的前提下,尽可能节约经济,降低工程造价。而对于结构的关键部分或者计算模型与实际情况不相吻合的部分,至少使用两种不同结构软件进行了分析计算,并进行了围护结构设计,加固了结构。在概念布局的早期阶段,结构设计师应与建筑师密切合作,确定合理的安排以避免不规则或严重的不规则的平面与立面。实现技术先进,安全适用,经济合理的总体设计,达到降低总成本的目的。

3剪力墙的特征及其种类

从整体上来说剪力墙的特点有下面几点,其侧向刚度很强。还有一个相对比较小的侧移,如果发生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墙结构的应用中,室内墙体很平整,但剪力墙结构,在施工的时候需要很多环节,所以造价相对较高。如果按照剪力墙结构开洞与否可分为以下几种:小开洞剪力墙、壁式框架、实体墙、双肢或多肢剪力墙等。这些剪力墙各有不同的应用特点,每个结构设计人员应针对具体的建筑结构,选择合适的剪力墙结构形式。

4建筑结构设计中剪力墙结构受力分析

剪力墙结构设计有自己的设计原理及其原则。由于剪力墙通常比普通墙的厚度大且宽,所以它的特征比较像板,但是还是有一定的区别,剪力墙通过压弯构件计算,板根据弯曲构件计算。因此有必要在结构设计分析中考虑到具体的设计差异。此外剪力墙墙肢长度,壁厚范围都有自己的特点,当高度和墙段比厚度小于或等于4,应按框架柱的结构设计;当墙肢截面高度与厚度之比大于8时,使用一般剪力墙;当墙肢截面高度与厚度之比在4~8之间时,则要使用短肢剪力墙,这些也是剪力墙的结构设计的基本原则。剪力墙结构由一系列纵向剪力墙和横向剪力墙以及由空间结构组成的梁板组成。在两种负荷的主要:一是竖向荷载,竖向荷载主要是梁板传来的活载、恒载、竖向地震作用及剪力墙身自重;其他主要是水平荷载,地震作用和水平风荷载。剪力墙内力和变形分析包括承载力极限状态和正常使用极限状态分析。在极限承载力状态下,剪力墙在各种工况下不受破坏,能安全承受重力荷载。在正常使用极限状态下,结构变形满足规范要求,在满足设计要求的基础上结构经久耐用。框架结构的变形主要是剪切变形,剪力墙的变形主要是弯曲变形。为了实现剪力墙的弯曲破坏的延性破坏模式。《高层建筑混凝土结构技术规程》中有规定,墙的长度最好不要超过8m。事实上,有两个主要因素影响剪力墙的破坏模式是轴压比和剪跨比,只要轴压比小于规定的限值而剪跨比大于2,可以实现延性破坏模式。当剪力墙的长度超过8m时,尽可能在墙体中部开洞,形成一个双墙肢,通过弱连梁连接,一般来说剪跨比也会大于2,可以满足延性破坏的要求。在地震作用下,通过连接梁的能量,梁端首先进入塑性变形,形成塑性铰,使梁成为抗震的第一道防线。

5连梁设计

高层住宅剪力墙结构,由于墙长较长时通过开洞或剪力墙平面内梁跨较小形成连梁,如果出现跨高比较小的连梁,在计算过程中,容易产生过度抗剪的连梁,通常有以下解决方案:①增大连梁的截面积,可以增强连梁本身的抗剪能力,但梁的刚度相应也会增加,吸收的地震力也会增加,只能增加有限的抗剪承载力。在梁宽固定的情况之下,可以使用加高梁高的方法;当梁高是一定的,可以扩大梁宽,增大断面的连接刚度,但宽度对连梁刚度贡献较小,仅是一个线性关系,使得分担剪力的增加值小于抗剪力的提高值。②调整设计内力,在提高连梁截面对提高抗剪承载力没有影响的状况下,可人为的降低连梁的刚度,来控制剪切力的分配比例,并解决了连梁的抗剪性能问题。最简单的控制方法是在计算参数选择时,通过调整连梁刚度折减系数,只有在采用内力配筋计算时才可以。在整个计算和非地震荷载作用下,连梁的刚度不会降低,连梁应具有足够的抗弯承载力和抗剪承载力,以满足正常使用的要求。对于跨高比大于5的连梁,应根据设计的框架梁,满足框架梁的要求。③可作水平缝从而形成双连梁、多连梁或其他结构措施,以提高抗剪承载力,如设置交叉暗支撑等措施,以提高连梁的抗剪承载力。

6结语

中国的国民经济和建筑结构设计整体水平与发展规模都在提升,高层建筑将成为现代建筑的主流。剪力结构在侧向刚度、侧向变形等方面具有一定的优势,在高层建筑中得到广泛应用。因此掌握剪力墙结构的特点,对剪力墙结构设计有很好的把握。我们要从设计的基本原则出发,设计更加经济合理的剪力墙结构。因此建筑结构设计人员要根据剪力墙结构设计原理有明确的认识,同时,不断从设计实践出发来推动中国建筑业整个工艺设计水平的提高。本文从剪力墙结构设计的概念开始。就建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用进行了介绍,希望以此促进行业发展。

参考文献

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[2]孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计[J].山西建筑,2010(8).

[3]林涛,张景祯.建筑结构设计要点及计算模型调整[J].科技传播,2011(17).

[4]薄冰,黄慎江.短肢剪力墙结构的抗震性能比较与研究[J].工程与建设,2010(2).

作者:赵铸 单位:株洲市规划设计院

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