建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

蔡永超

摘要：建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的要求是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、建筑安全，而對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性以及準(zhǔn)確性是整個(gè)建筑工程項(xiàng)目中的最主要基礎(chǔ)。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性以及抗測(cè)剛度大的特點(diǎn)使得其在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，但是隨著公眾對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的要求越來(lái)越高，剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也出現(xiàn)一些問(wèn)題。因此，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析是很有必要的。基于此，本文主要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

引言

伴隨著社會(huì)物質(zhì)生活的日益提高，人們對(duì)于生活環(huán)境的美觀以及舒適度也有了更高的要求，而剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)門類中極為重要的一種，在提升人們居住環(huán)境方面也發(fā)揮了極大的作用。

1、剪力墻的受力原理和意義

剪力墻受力形式主要由于其幾何性特征決定，其幾何特征明顯：寬高較大，厚度較薄。整體外形與木板接近，但是其強(qiáng)度卻要高出很多。因此具體的說(shuō)剪力墻的結(jié)構(gòu)一般是平面的，剪力墻的受力方向?yàn)閴γ娴乃椒较蛞约柏Q向的正壓力方向。其由于具有很好的幾何特質(zhì)，加之其材料具有很高的穩(wěn)定性和抗震性，因此在滿足建筑的初級(jí)剛度與強(qiáng)度的需求的同時(shí)還能夠進(jìn)一步滿足地震等嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害的影響，想要做到這點(diǎn)就要針對(duì)剪力墻在非彈性狀態(tài)下的能量消耗進(jìn)行細(xì)致的研究與分析，從而對(duì)其結(jié)構(gòu)控制的核心進(jìn)行判斷，然后針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，以確保剪力墻能夠?qū)崿F(xiàn)提升建筑穩(wěn)定性的指標(biāo)。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1有效控制剪力墻的數(shù)量

剪力墻應(yīng)用在建筑工程中主要是為了提高建筑物的整體性能，由于剪力墻的構(gòu)成主材是鋼筋混凝土，密度大、質(zhì)量高，所以為了降低建筑物的自重提高抗震性，在剪力墻設(shè)計(jì)的同時(shí)要控制好數(shù)量。

2.3剪力墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中平面布置

在平面布置中，剪力墻應(yīng)該盡可能避免單面出現(xiàn)墻，盡量保證對(duì)稱的原則，同時(shí)使得墻面結(jié)構(gòu)的各中心重合。例如，剛度中心、質(zhì)量中心以及密度中心都應(yīng)該彼此重合。剪力墻的平面布置最主要的是要利用剪力墻的抗側(cè)力剛度和承載力來(lái)保證建筑的簡(jiǎn)單規(guī)則以及合理布局。

2.3邊緣構(gòu)件的約束處理

一般來(lái)說(shuō)，在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，無(wú)約束邊緣構(gòu)件的處理要比之有約束邊緣構(gòu)件的處理的負(fù)載能力低40%左右，同樣，抗震能力的效果也要低20%左右。因此，在建筑工程的施工項(xiàng)目中，要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的邊緣構(gòu)件，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理，最大限度的增強(qiáng)剪力墻的抗側(cè)力剛度以及抗震力，使整個(gè)建筑能夠更加穩(wěn)定。

2.4明確剪力墻墻肢長(zhǎng)度

對(duì)剪力墻墻肢的長(zhǎng)度進(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)可以保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在一般的情況下為了進(jìn)一步保證剪力墻的延展性，還可以對(duì)于特殊部位進(jìn)行彎曲性設(shè)計(jì)，這樣能夠有效的避免彎曲對(duì)剪力墻穩(wěn)定性造成的影響。在實(shí)際的施工中，還可以采用連續(xù)肢墻的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)保證墻體的寬高比目的。從而最大程度上保證強(qiáng)力墻的穩(wěn)定性。

2.5剪力墻洞口的布局設(shè)計(jì)

對(duì)于較長(zhǎng)的剪力墻應(yīng)當(dāng)開(kāi)設(shè)洞口，分隔成受力均勻的若干個(gè)墻體，在之間使用弱梁進(jìn)行連接，剪力墻洞口的布局位置，會(huì)在很大程度上影響到整個(gè)剪力墻的力學(xué)性能，因而剪力墻洞口的布局基本要滿足三個(gè)方面。①有規(guī)則的布置洞口，基本成排成列設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足洞口與洞口之間的間隔均勻。②對(duì)于不規(guī)則設(shè)計(jì)洞口的剪力墻，像是疊合錯(cuò)洞墻以及錯(cuò)洞剪力墻等，這種不規(guī)則開(kāi)洞容易因?yàn)槎纯诜植疾痪沟眉袅Τ霈F(xiàn)薄弱部位，應(yīng)當(dāng)采取措施在洞口處加強(qiáng)加固措施或者使用一些比較輕質(zhì)的材料進(jìn)行填充。

2.6剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的連續(xù)梁鋼筋配置

連續(xù)梁鋼筋配置在高層建筑中具有極為重要的作用，能夠有效的增加建筑結(jié)構(gòu)的延展性，同時(shí)改善墻體結(jié)構(gòu)對(duì)上部荷載的承受力，從而使得建筑界具有一個(gè)良好的穩(wěn)定性。在進(jìn)行連續(xù)梁鋼筋配置的時(shí)候，需要相關(guān)的設(shè)計(jì)人員依據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的實(shí)際分布狀況，對(duì)鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的布置，從而改善墻體結(jié)構(gòu)的剛性，進(jìn)而保證好結(jié)構(gòu)的抗震性。另外，因?yàn)檫B續(xù)梁結(jié)構(gòu)會(huì)承受較大的剪力，所以對(duì)其穩(wěn)定的要求也相應(yīng)的會(huì)較高，這就要求工作人員在實(shí)際操作過(guò)程中，嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)合理配筋。

2.7連接接縫構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在連接接縫構(gòu)造節(jié)點(diǎn)上，一般采用的是灌漿套筒連接技術(shù)，該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)墻內(nèi)墻內(nèi)豎向鋼筋受力的連續(xù)性。但不適用于截面寬度較小、鋼筋較密的剪力墻構(gòu)件。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，采用大直徑鋼筋代替小直徑鋼筋來(lái)連接預(yù)制墻板?？紤]連接處鋼筋居中，這樣可以不影響預(yù)制墻體的豎向鋼筋的連續(xù)性，且不會(huì)削弱預(yù)制剪力墻混凝土。

3、工程案例

3.1工程概況

某高層建筑筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在電梯間、房間和樓梯間邊角運(yùn)用了異形墻肢；利用SATWE軟件對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，在模擬過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了剪力墻單元的細(xì)分，以及墻上開(kāi)洞的自動(dòng)化處理。

3.2模擬結(jié)果分析

3.2.1自振周期

在地震作用計(jì)算分析過(guò)程中，按現(xiàn)行規(guī)范填寫相關(guān)系數(shù)及計(jì)算規(guī)定，計(jì)算得出結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比為0.796（2A級(jí)高度高層建筑），滿足規(guī)范提出<0.9的要求。

3.2.2結(jié)構(gòu)位移

從基于風(fēng)荷載的建筑結(jié)構(gòu)位移情況來(lái)看，X、Y向樓層層間最大位移與層高之比分別為1/1219、1/1266；均滿足了剪力墻規(guī)范限值1/1000的要求。X、Y向?qū)娱g最大位移和層均位移比分別為1.15、1.08；均滿足了規(guī)范A級(jí)高度高層建筑物限值1.20的要求。從基于地震荷載的建筑結(jié)構(gòu)位移情況來(lái)看，X、Y向樓層層間最大位移與層高之比分別為1/1912、1/2705；X、Y向?qū)娱g最大位移和層均位移比分別為1.10、1.12；均滿足了規(guī)范相應(yīng)要求。

3.2.3剪重比和剛重比

本項(xiàng)目剪重比情況為：X向剪重比最小值為0.81%，Y向剪重比最小值為0.82%，均滿足規(guī)范提出的0.8-1.0%要求。本項(xiàng)目剛重比情況為：剛重比直接影響著重力二階效應(yīng)，且二者間呈負(fù)相關(guān)，即重力二階效應(yīng)會(huì)隨著剛重比的持續(xù)減小而增強(qiáng)，當(dāng)重力二階效應(yīng)達(dá)到一定程度后會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌的可能性。本方案X向剛重比由之前的9.87減小為5.93，Y向剛重比由之前的9.14減小為5.14，有利于減弱重力二階效應(yīng)。

3.2.4經(jīng)濟(jì)性

混凝土費(fèi)用和鋼筋費(fèi)用分別與其體積呈正比關(guān)系，從方案實(shí)施的經(jīng)濟(jì)來(lái)說(shuō)，該工程所使用的鋼筋為39kg/m2，混凝土量為0.39m3/m2，較不考慮剪力墻之前約節(jié)省不少費(fèi)用，這樣既為國(guó)家節(jié)約了財(cái)力物力，又為業(yè)主節(jié)省了開(kāi)支，從而達(dá)到了共贏的目的。

4、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程中具有良好的抗震性，是大多數(shù)建筑工程所采取的主要結(jié)構(gòu)形式。在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，需要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的改革與創(chuàng)新，為此建筑業(yè)從業(yè)人員都應(yīng)該積極學(xué)習(xí)剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)理論，掌握實(shí)踐應(yīng)用原則與技巧，從實(shí)踐工作中總結(jié)出設(shè)計(jì)要點(diǎn)，將剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中的作用發(fā)揮到最大。在今后的發(fā)展中，建筑設(shè)計(jì)人員也要具備一定的思維創(chuàng)新意識(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不斷總結(jié)和嘗試，積極采用新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用到建設(shè)過(guò)程中，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化。

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