剪力墻結構設計研究論文
摘要:在建筑行業(yè)發(fā)展中，剪力墻結構是建筑結構中的重要組成部分。剪力墻由于抗震性能好、抗側剛度大等優(yōu)點(diǎn)在目前建筑施工中得到廣泛推廣和應用。為了提高建筑水平、保證建筑質(zhì)量，在建筑結構設計中應嚴格遵循剪力墻結構設計原則，規范剪力墻結構設計要點(diǎn)，科學(xué)、合理地運用剪力墻結構在建筑結構設計中的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞:剪力墻結構;建筑結構;設計;應用
目前，剪力墻結構設計在國內并沒(méi)有相關(guān)規范條例，設計者應用在建筑結構設計中時(shí)參照實(shí)踐經(jīng)驗和建筑實(shí)際要求來(lái)設計。剪力墻結構能夠更好地適應建筑的發(fā)展需求，是建筑結構設計中常見(jiàn)的一種結構，設計得當不僅能減少建筑施工時(shí)間，以其抗側剛度大等優(yōu)勢還能增加建筑使用年限，在建筑結構設計中占據著(zhù)重要的地位。雖然剪力墻結構應用廣泛，但是并不是所有建筑都適用，設計者應結合實(shí)際情況綜合考慮，根據可靠分析來(lái)設計剪力墻結構，才能最大限度發(fā)揮其作用。
1剪力墻結構概述
1.1剪力墻結構
剪力墻結構是指建筑(包括房屋極其附屬的建筑物)用來(lái)承受風(fēng)荷載或者地震等自然災害引起的水平荷載的墻體，因此又叫做抗風(fēng)墻、抗震墻或者結構墻。剪力墻結構設計初衷是為了防止建筑結構遭受外力破壞，提高建筑結構的穩固性。所謂建筑結構，根據施工方法分為:混合結構、框架結構、剪力墻結構以及框筒結構等，剪力墻結構具有抗側剛度大、用鋼量小以及抗震性能強等優(yōu)勢，對比其他建筑結構，剪力墻在建筑結構設計中應用較廣泛。剪力墻結構的建筑材料一般選用鋼筋混凝土，利用鋼筋混凝土墻板承受建筑結構來(lái)自豎向受力和橫向受力，但在實(shí)際施工中，剪力墻結構主要指豎向的代替梁柱受力的鋼筋混凝土墻板(見(jiàn)圖1)，水平方向仍然是用鋼筋混凝土的大樓板搭載墻上實(shí)現對建筑結構水平力的控制。
1.2剪力墻特征及種類(lèi)
根據剪力墻的墻體是否開(kāi)洞以及開(kāi)洞尺寸的大小，6～7m的為大開(kāi)間，3～3.9m的為小開(kāi)間，而小開(kāi)間剪力墻較經(jīng)濟合理，減少了建筑成本，增大了建筑使用面積。剪力墻結構分別有以下四種:①實(shí)體墻，其中只有實(shí)體剪力墻結構墻體不開(kāi)洞。實(shí)體墻的變形主要是曲型，墻體承受能力比較強，不會(huì )發(fā)生突變，穩定性較好。②整體小開(kāi)口剪力墻，相對來(lái)說(shuō)截面墻體開(kāi)洞面積較小，占整個(gè)墻體面積的比例不超過(guò)15%，變形為彎曲型，彎矩圖處有可能發(fā)生突變。③多肢或雙肢剪力墻，墻體開(kāi)洞面積過(guò)大并且洞口成列狀分布，彎矩圖處不會(huì )發(fā)生異常情況，受力特點(diǎn)和整體小開(kāi)口剪力墻相似。④壁式框架剪力墻。墻體開(kāi)洞面積在幾種剪力墻結構中是最大的'，墻肢線(xiàn)與連梁線(xiàn)上的剛度比較接近，變形為剪切型，受力特點(diǎn)與框架結構相似。
2剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用
2.1剪力墻結構設計原則及要點(diǎn)
2.1.1對墻體進(jìn)行受力分析
剪力墻結構在建筑結構設計中，墻體作為平面構件承受著(zhù)建筑結構水平、垂直方向的剪力和彎矩，因此，在進(jìn)行剪力墻結構設計時(shí)，要對墻體自身的實(shí)際受力情況進(jìn)行充分研究和分析，保證墻體質(zhì)量，才能發(fā)揮出剪力墻應用在建筑結構設計中的重要效果。
2.1.2平面內搭接
剪力墻的主要作用就是代替原始建筑結構中的梁柱受力，決定了剪力墻結構在同一平面內對自身剛度和承載力的要求。首先，剪力墻結構的平面布置方向應該盡量沿著(zhù)主軸的方向，不能出現對直或拉通的現象，若方向不一樣，則應該使剪力墻結構連在一起，只有這樣，剪力墻結構才能發(fā)揮出在建筑結構設計中的價(jià)值。再者，剪力墻結構在垂直方向上要做到從下往上連續的布置，避免發(fā)生剛度突變，且剛度要分配均勻，剪力墻結構開(kāi)的洞口要形成明確的墻肢和連梁。最后，合理控制剪力墻結構的數量，在建筑結構平面布置和設計時(shí)不能使剪力墻結構過(guò)于密集，需要平衡抗側力剛度，如果抗側力剛度過(guò)大，剪力墻結構重力加大，無(wú)形中對建筑抗震能力造成威脅。由于處在平面外的剛度和承載力相對較小，在建筑設計剪力墻結構時(shí)應盡量避免平面外的梁體與剪力墻連結，影響剪力墻彎矩發(fā)生突變導致施工質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)在無(wú)法避免的情況下，應當按照相關(guān)施工標準加固剪力墻結構(見(jiàn)圖2)，確保剪力墻平面內外安全。
2.1.3調整超限
1)剪力墻結構應遵循建筑樓層之間最小剪力數的原則，例如在建筑結構設計初期，考慮到提高建筑抗震性時(shí)需要適當降低建筑結構自身重量，剪力結構設計應在短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩40%以?xún)鹊那疤嵯�，盡量控制剪力墻的數量［1］。2)有必要對樓層之間最大位移與樓層高之間的比例進(jìn)行調整的原則，為滿(mǎn)足地震作用等對建筑造成扭轉或剪切變形導致的建筑樓層之間發(fā)生位移的需要，剪力墻結構設計不能只依靠控制豎向構件數量來(lái)對建筑變形進(jìn)行處理，調整樓層之間最大位移和樓層高比例可以盡量減少樓層之間的扭轉、剪切變形。3)超限的具體內容是依據相關(guān)規定，剪力墻結構中連梁剪力和彎矩的跨高比須＞2.5，反之，如果跨高比＜2.5，則視為超過(guò)規定限度，但是跨高比大于2.5并不等于越大越好。例如當剪力墻結構連梁跨高比在5～6時(shí)，并不會(huì )導致連梁剛度發(fā)生變化，但是剪力墻出現超限現象，剪力墻結構發(fā)生突變概率增大，不利于整體建筑結構施工，這種情況應該采取框架結構的方式設計剪力墻。所以，剪力墻結構設計時(shí)，超限調整也是必不可少的內容之一，既保證剪力墻結構質(zhì)量，又能有效控制建筑結構整體質(zhì)量。
2.2剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用
2.2.1平面布置
明確定位剪力墻設計要點(diǎn)，平面布置應盡量均勻、對稱(chēng)，同一平面內外的剪力墻結構的質(zhì)量中心和剛度中心完全重合，減少扭曲，增加穩固性。建筑結構設計過(guò)程中較長(cháng)的剪力墻結構要設計開(kāi)洞口，并均勻分配成長(cháng)度相等的幾段墻面，為避免剪力墻發(fā)生剪切破壞，相關(guān)施工指標規定:每段獨立墻面總高度與截面高度之間的比例必須≥2。剪力墻結構洞口一定要保證上下對齊，成列布置，避免墻洞交錯疊合導致剪力墻受力剛度減小，否則剪力墻結構容易變形，發(fā)生施工事故。在建筑結構抗震功能設計時(shí)，進(jìn)行雙向或多向設置對剪力墻結構的功能性有一定的保障，形成一定的空間工作結構，當剪力墻結構洞口與墻邊或洞口與洞口之間形成墻肢截面高度與厚度比例＜4的小墻肢時(shí)，應該采取框架柱箍筋設計對剪力墻結構進(jìn)行全高加密。對較長(cháng)的墻肢要分為兩個(gè)墻肢施工，超過(guò)8m長(cháng)的墻肢都應設置施工洞使其劃分為小墻肢。同時(shí)剪力墻結構的抗側力剛度不宜過(guò)大，否則會(huì )導致墻體自身重力增大，違背了抗震性能設計的初衷。剪力墻結構的抗側力剛度值可以通過(guò)公式:T=n(0.05～0.06)來(lái)計算，式中，n為建筑結構的樓層數，建筑施工建模時(shí)計算得出精確數據，防止抗側力剛度過(guò)大影響建筑施工。
2.2.2墻肢截面厚度
剪力墻結構設計應用在建筑結構設計中，對墻體厚度施工有明確規范條例，例如短肢剪力墻，條例規定其底部加強部位不能＜0.2m，其他部位必須＞0.18m。剪力墻的厚度應按階段變化，為防止剪力墻結構發(fā)生剛度突變，剪力墻階段變化范圍應控制為50～100mm，且要均勻連續變化，當混凝土等級和強度改變同時(shí)發(fā)生時(shí)，建筑結構設計必須將兩者錯開(kāi)樓層。剪力墻結構墻體厚度的規范性施工能有效保證墻體的穩定性和剛度，直接決定了建筑結構的穩固性和安全性。
2.2.3剪力墻結構連梁鋼筋配置
連梁是高層建筑的重要承重構件，按照國家四級地震抗震指標來(lái)說(shuō)，剪力墻結構的配筋率不得低于0.2%，前三級抗震則要求不能低于0.25%。因此，在剪力墻結構設計過(guò)程中，連梁配筋率必須嚴格按照相關(guān)指標進(jìn)行，結合實(shí)際對建筑結構連梁進(jìn)行精確的承壓計算，可適當增加剪力墻的配筋率，有效防止扭曲、剪切力對建筑結構的破壞，同時(shí)也不可盲目增加，避免剪力墻結構自身重力過(guò)大影響其抗震性。
2.2.4邊緣構件設計
在建筑結構設計中設計剪力墻時(shí)，剪力墻的邊緣構件也是一個(gè)比較重要的部分。剪力墻結構的邊緣構件主要有端柱、暗柱等，增加邊緣構件的延展性，結合實(shí)際設計需求約束邊緣構件設計能防止剪力墻結構產(chǎn)生水平位移等問(wèn)題。
3結語(yǔ)
在充分保證建筑結構的穩定性及安全質(zhì)量的前提下，有效降低建設成本，優(yōu)化建筑結構設計有助于建筑實(shí)現效益最大化。建筑結構設計中，剪力墻結構設計應用的重要性和廣泛性在國內建筑業(yè)已經(jīng)占據了很大的比例，設計人員在設計剪力墻結構時(shí)，應經(jīng)多番論證結合建筑實(shí)際情況和設計要求，以剪力墻種類(lèi)的多樣性和靈活性為基礎，遵循設計原則，把握剪力墻的設計要點(diǎn)，促進(jìn)剪力墻結構設計技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)建筑事業(yè)取得更大的成就。
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