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    广东深圳专业东芝分析仪产品设计公司剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用研究
    -剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用研究
    2019/03/05
    建筑剪力墙结构的合理设计和安排对于建筑整体结构的设计而言就显得非常重要,其关系到建筑整体结构的稳定性、耐久性和实用性,关系着工程效益的发挥,所以,在建筑结构设计中应用剪力墙结构时,我们必须遵循设计原则,根据建筑结构特点和设计要求合理布置剪力墙结构,为建筑物整体质量和安全奠定坚实基础。

      【关键词】建筑结构;剪力墙结构;设计
      前言
      随着我国经济和城市建设的快速发展,建筑设计水平也不断提高。
    当前随着城市化进程的不断加快,城市空间环境的日益紧张,这都给建筑结构设计带来严峻挑战。
    在今后发展过程中设计人员只有不断加强剪力墙结构的应用,才能满足实际要求。
    剪力墙本身的刚度较大,整体性也较好。
    剪力墙能够具有良好的抗震性能,同时它的价格成本也比较低廉,因而被广泛地应用于各种混凝土建筑中。
    在人们对建筑设计要求越来越高的背景下,加强剪力墙的应用,加强对剪力墙结构的研究具有重要意义。

      1建筑剪力墙结构设计的分析
      1.1 概念
      规范上认为墙肢截面高度与厚度之比大于8的为剪力墙。
    墙段的高度与长度之比不宜小于3,墙段长度不宜大于8米。
    高层剪力墙结构是纵横两个方向均由钢筋混凝土墙组成的空间结构体系。
    除了承受楼板的竖向荷载外,还要承受风荷载、水平地震作用等水平作用。

      1.2 剪力墙特点
      剪力墙的平面内刚度及承载力大,平面外刚度及承载力相对很小。
    剪力墙具有高强度结构刚度,以及整体性好,在高层住宅、旅馆等建筑中应用广泛。
    通过现浇剪力墙结构,可以将建筑承重墙与隔墙连接起来,相对于其他方法,剪力墙更具有经济性。
    同时,剪力墙结构简洁,无露梁及露柱现象,便于房间布置,外形美观。
    下图为剪力墙平面示意图。

      剪力墙平面示意图
      1.3 住宅建筑中剪力墙结构设计的优点
      现代的建筑结构设计,大多都要考量建筑带来的经济效益、建筑的品质、建筑的安全性等方面,剪力墙结构作为节省经济支出的设计方法,已经被广泛的应用到住宅设计中的每个步骤。
    从剪力墙结构设计分析中我们得出,其有很大的一个优点,那就是抗震效果很好,减压力是衡量高层建筑质量的关键性标准,影响建广东深圳专业医疗电子产品外壳工业产品设计探索医疗器械市场的未来之路筑抗震性的重要因素就是结构布置。
    一般情况下,高层住宅有较小的开间、较多的分隔墙,所以选用轻质的材料是比较好的,但剪力墙结构是相对不全面的概念,它对降低承载墙的数量有很好地效果,这样建筑的压力就相应的减少了,相对的,建筑用材也相应的减少了很多,既经济又环保。
    由以上剪力墙的优势来看,剪力墙结广东深圳专业医疗器材产品工业产品设计关于环保设备设计及发展探析构进行设计具有很大的优势性,它不仅可以使建筑设计实现美观、安全的目的,而且可以节省成本。

      1.4剪力墙结构设计原则
      剪力墙结构主要由墙肢、连梁两种结构组成,具有良好的抗震性能和较高的刚度,其在建筑结构中的主要作用是抵挡各种荷载特别是风荷载,是建筑物的主要支撑结构。
    为了使剪力墙结构在建筑结构中的优势充分发挥出来,必须对其进行合理设计和安排。
    在设计过程中,应遵循以下原则:
     ?。?)控制剪力墙的高度和宽度。

      对于剪力墙结构而言,其高度和宽度较大,厚度较小,在外形上类似于板状,而受力形态却趋向于柱子结构,所以应根据外形墙体长度和厚度比值进行设计,当比值小于3时,可按照柱体结构要求设计,当比值在3~5之间时,则按照双向受压结构设计,以更好满足弹性、非弹性广东深圳专业医疗器材仪器工业产品设计医疗行业有戏以及延伸性等要求。

     ?。?)剪力墙结构的平面内刚度和实际承载力较大,平面外的则较小,连接剪力墙和平面外梁时容易使墙肢外弯,基于此,在设计时应尽量避免将两者相连,如果必须连接,则要采取一定的?;ご胧?。

     ?。?)设计剪力墙结构时,必须充分考虑墙体水平、垂直方向上的作用力以及墙体整体结构作用力,同时,计算正截面承载力,并按照斜截面受剪承载力进行分析和验算。
    若墙体所受负荷作用比较集中且大,应计算出局部受压承载力。

      1.5剪力墙结构设计时注意事项
      在设计中,要对剪力墙结构的数量、刚度、设计计算及转接层等方面进行合理的控制,这样结构设计的安全性、合理性才能顺利实现。
    第一,剪力墙也有几方面的劣势,表现在:剪力墙结构墙体特别多的情况下,导致建筑压力就相当大,进而导致地震的反应度也会很大,安全就得不到保证;要对剪力墙的刚度进行控制,因为如果剪力墙结构的刚度大的话,同样的地震时破坏力度就大,如果配筋率不到位,那么延性就特别差,所以刚度设计时,必须同时考虑抗压性、延展性设计。
    第二,转换层方面,转换层尽量要在建筑荷载能力的范围内进行控制,可以根据换弱强转上部的方法来设计,并且要依据弱梁强柱的方法进行,在框支架设计时,对提升建筑的抗震能力很有帮助。

      2建筑结构设计中剪力墙结构的应用
      2.1剪力墙肢种类
      剪力墙肢种类按照高度与厚度比,可将剪力墙的墙肢分为一般剪力墙和短肢剪力墙。
    如果剪力墙高度超过其厚度7倍即高度与厚度比为8:1时,为一般剪力墙,短肢剪力墙中剪力墙的高度和厚度比则为6:1。
    按照剪力墙墙面开洞大小可将剪力墙的墙肢分为整截面剪力墙、整体小开口墙、连肢墙、壁式框架等,其中,整截面剪力墙开洞或不开洞面积小于15%,这种剪力墙的变形主要为曲型,在整个墙肢高度上弯矩图没有弯点,不会发生突变;整体小开口墙开洞面积大于15%,变形主要是弯曲型,整个墙肢高度基本不存在反弯点,弯矩图主要位置发生了突变;连肢墙或是开口较大,或是成列分部,受力特点与整体小开口墙类似;壁式框架有着很大的洞口尺寸,剪力墙的变形为剪切型,在受力特点方面与框架结构十分相似。

      2.2剪力墙的具体结构布置
      剪力墙结构在高层建筑中的应用非常广泛。
    一般而言,高层建筑需要具备良好的空间工作性能,所以其剪力墙结构的设置应双向布置,这样才能在施工过程中形成完整的结构空间,进而提高建筑物抗震性能,特别是在抗震区域,剪力墙双向墙体的刚度应接近,平面分布要均匀平衡,剪力墙刚度中心与建筑物的重心尽量接近,这样才能确保剪力墙稳定性,使其具备较高承载力。
    对于截面较小的楼面梁的设计,可采用半刚接或铰接的形式,这样有利于避免剪力墙出现平面外弯。
    此外,实践经验表明,约束性的截面剪力墙往往比无约束性的截面剪力墙的极限承载力大,抗震消耗能量也高,墙面稳定性好,这就要求我们在进行剪力墙结构设计的时候考虑结构的实际使用效果和承载力,以此决定是采用约束性还是无约束性的边缘结构。
      2.3优化剪力墙结构计算。

      首先,调整建筑物楼层之间的最小剪力系数的原则。
    在建筑施工过程中,为了达到降低建筑物自身重量和增加建筑承受地震的能力的效果,应该在不超过规定系数范围内尽量地减少剪力墙的使用数量,以便于把楼层的最小剪力系数控制在设计要求所规范的限制内。
    其次,剪力墙连梁超限的调整原则。
    此原则主要是要求在进行剪力墙的设计过程中,根据剪力墙结构设计标准,其连梁的跨高比值一般情况下要大于 2. 5,若其比值在 2. 5 以下的话,容易出现墙体的弯矩和剪力值超出有关技术所规定的限值的状况。
    另外,绝大部分剪力墙的连梁跨度会超出比值到5,此时就需用框架梁的方式来完成其连梁的建设。
    而对于超出比值在 5 ~6 范围内时,要想确保其墙体不发生刚度变化,则剪力墙的剪力或弯矩就会出现异常,超出其结构设计规定的要求。
    因此,在进行剪力墙结构设计时,对剪力墙连梁的超限进行调整,实现有效的对建筑工程投入的资金成本进行控制。
    在对遭遇地震作用影响较多的建筑楼层进行最大弹性层间位移值规定和规范时,把以变形为主要形式的高层建筑排除在外,且计算其他建筑时可不扣除其整体的变形弯曲,而转换为扭转变形的计算。
    其中,竖向构件数量是控制剪切变形的决定性因素,但是,竖向构件不能过多使用,否则会引起结构的扭曲变形。
    因此,在对高层建筑进行结构设计时,应该尽可能的缩小扭转变形。

      2.4剪力墙中大墙肢处理
      剪力墙结构本身存在延伸性,所以在设计和施工中也需要具备相应的延伸特性,这将直接关系到剪力墙结构的整体性和耐久性。
    为了避免剪力墙结构出现脆性破坏现象,对于墙体长度较长的剪力墙,在设计时应在确保其满足承载力要求的基础上采用分层间隔方法设计,将剪力墙分隔成一定数量的均匀的独立墙段;对于墙体长度较小的剪力墙,其受弯产生的裂缝宽度就较小,这个时候可设置配筋,充分发挥墙体配筋的支撑作用。
    当墙肢长度超过 8m 时,还可采取下面两种方法避免脆性破坏现象的出现:第一,开施工洞,也就是在施工期间在墙上留洞,等到完工后砌填充墙,将长墙肢变为短墙肢;第二,在进行结构计算时在墙上留洞,这样能增强小墙肢的配筋能力。

      2.5剪力墙截面厚度和墙体配筋
      相关规定要求剪力墙结构的厚度要根据抗震等级系数选取。
    为了保证剪力墙结构的抗震性、刚性和稳定性,一、二级剪力墙底部加强部位墙厚应大于200mm,大于层高的1/17,其他部位墙厚要大于160mm,墙端头无翼墙或暗柱的时候,墙厚要大于层高的1/12,但是这些规定不适用于低高层和八度地震区剪力墙结构的设计。
    控制剪力墙配筋有利于结构的安全性和工程的经济性,在3级抗震等级的剪力墙中,竖向、水平分布筋的最小配筋率应大于0.3%,部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率要大于0.35%,上述配筋率比较适用于高层建筑的剪力墙结构设计;对于低层建筑、结构相对较矮小的建筑的剪力墙,其水平分布筋和广东深圳专业医疗产品外形工业产品设计研发动态配筋数量要适当增加。

      2.6连梁设计
      剪力墙广东深圳专业医用设备产品外观工业产品设计助盲产品设计的用户研究结构中的连梁是连接墙肢与墙肢之间的梁。
    当剪力墙受到水平荷载的时候,墙肢可能会出现扭曲情况,连梁装置则能够均衡墙肢的水平负荷力,改善墙肢受力状态,对墙肢起到了广东深圳专业医用电子产品外形工业产品设计医疗用平衡测量仪的设计与实现一定的约束和稳定作用。
    可见,墙肢之间的连梁对整个剪力墙结构都具有重要作用,在剪力墙结构设计中是不可或缺的环节,一旦设计失误或是不合理,必然会对剪力墙结构的设计带来不良影响。
    所以,在进行连梁结构设计的时候,设计师应按照相关规定适当折减连梁结构刚度和高度,适当增加其跨度,从而降低结构刚度,完善抗震结构的设计,缓解地震作用的对剪力墙结构的影响。

      2.7 转换层的设计
      建筑功能的多样化使得建筑的上下结构以及使用功能也随之而变化,所以在实现建筑结构变化中,要尽量注意建筑转换层结构的设计。
    现在常用的转换层有厚板转换层、巨型梁转换等。
    细细来说,其一,进行转换层自身重量控制。
    采用梁系转换的方式来进行厚板厚度控制和转换层质量控制;其二,严格控制刚度。
    进行高位转换的同时,转换层的刚度提升相对较快,所以要对转换层上下部分的刚性比进行相对调整,用空间分析的方法,空间承载力能得到相应的控制;其三,进行转接控制。
    在转换梁与中筒连接设计中,要把钢筋混凝土柱连接在转接范围内的筒体处,加强连接,以防止地震时脱节现象的发生。

      2.8 结构设计措施
      建筑层次对剪力墙结构的影响非常大,由于上部剪力墙设计中的刚度、质量、抗震力对下层有重要的影响,所以要有高效、有用的方法,对上部剪力墙结构设计进行全面优化。
    一是,要尽量少的使用混凝土,以减轻上层结构的自身重量。
    在满足品质、楼板厚度和计算跨度比值、设计管线等要求的前提下,上层楼板厚度要达到100mm,这样上部剪力墙的自身重量大大减轻,还能有效减少混凝土的运用。
    二是,在进行T、L或十字型结构设计时,高层剪力墙结构的布置都应尽可能遵循简洁、规则的原则,保证结构的质心与刚心接近,尤其是剪力墙的方案布置、墙肢的长短等均应合理。
    在剪力墙布置方案上必须要坚持对称、均匀、周边、分散的原则,且墙片不宜过长,墙片平面形式也不宜采用增强抗侧刚度的"T"、"Z"等平面形式,而应尽可能采用"一"字和"L"型平面形式。
    同时还应控制好剪力墙的最大间距广东深圳专业医用设备器材工业产品设计浅谈医疗器械设计与人类工效学,以满足规范的要求纵向剪力墙还应在外纵轴布置好开窗洞的剪力墙,这样就能大大增强其横向抗倾覆的能力,以避免边柱产生过大的拉力和压力。
    底部剪力墙设计时,尽可能避免开洞,如果必须要开洞,洞就要尽可能的小,且用轻质物质进行填充,以保证剪力墙的刚度不被破坏。

      3.结语
      建筑设计不仅要满足结构安全、功能适用等要求,还应做到结构体系受力合理、材料用量尽可能少。
    高层建筑剪力墙结构应用量大,应进行反复的优化设计,在重视概念设计的前提下,认真调整各项技术参数,使结构达到相对较优的结果。
    只有这样才能即保证建筑结构在平时和震时保证安全,保证使用上的舒适度,又能为社会节省大量的投资,这是我们每位结构设计工作者应尽的职责。

      参考文献
      [1]王国宏.浅谈高层剪力墙结构设计优化[J].江西建材,2013.
      [2]杨睿.刍议高层建筑剪力墙的连梁设计[J].山西建筑,2013.
      [3]黎纯向.高层建筑框架剪力墙结构的优化设计分析[J].建筑知识,2013.
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