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建筑结构设计中剪力墙结构的应用与优化设计

【摘要】随着我国国民经济的快速发展,建筑工程的形式也变得更加多样化.为了适应建筑工程的快速发展,剪力墙结构也得到了广泛的应用.它不但可以使建筑结构更加稳定,还可以使建筑工程的质量得以提高.所以人们更加关注剪力墙结构在建筑结构设计中的应用,并加以分析和研究.本文就是对剪力墙结构在建筑结构设计中的应用以及优化设计加以分析研究,以供参考.

【关键词】建筑结构；剪力墙结构；应用；优化

自改革开放以来,建筑行业发展速度较快,随着人们对建筑功能和质量的要求越来越高,建筑结构的优化工作迫在眉睫,剪力墙结构顺应时代的发展而出现,并以其独特的优势得到了广泛应用.剪力墙结构设计在我国建筑结构设计中起到重要作用,因此,对其应用进行分析有着非常重要的现实意义.

1.剪力墙结构设计的基本概念及分类

1.1 基本概念

剪力墙的几何特征类似于板和受力形态类似于柱子.剪力墙具有大尺寸的高和宽,其厚度尺寸却很小,在数据上又与传统的板子、柱子有差别.剪力墙是一个平面结构,承载着其平面作用下和垂直向下的双重压力.要能对抗地震对建筑的作用和风的横向作用剪力墙不仅要满足刚度和强度,还必须满足一定的延展性以应对反复循环下弹力变形保证即使结构断裂却整体不倒的目的.

1.2 剪力墙结构的分类及依据

①截面剪力墙.是指墙体不开洞或者开洞的面积不超过墙体的15%.从整体上来说这种剪力墙像悬壁墙,弯矩图上既不发生突变,也不会存在反弯点,其在受力后的变形主要呈现为弯曲型; ②有壁式框架的剪力墙.这是一种洞口尺寸很大的剪力墙,它的整个受力特点与框架结构相似.在很多高楼层建筑中会出现反弯点,楼层的弯矩图也会发生突变; ③双肢或多肢剪力墙.此类型的特点是尺寸大、洞口成列分布的开口型剪力墙.④小开口剪力墙.这种类型开口普遍较小的剪力墙,开洞面积却比较大,大部分在15%以上.其在弯矩图的中心位置可能会发生突变.在受力后剪力墙以弯曲型为主要的变形方式,并且在整个墙肢上几乎没有反弯点.

2.剪力墙结构设计的计算原则

2.1 对楼层间的最小剪力系数进行调整

建筑施工中,要尽量减少剪力墙的数量,以此来提高建筑物的抗震能力,因此就必须要保证短肢剪力墙对建筑物底端地震倾覆力矩的承受能够达到40% 以上.为了达到这个目标,只有选择大开间剪力墙,才能够保证建筑物结构的侧向刚度,使建筑物各个楼层的最小剪力系数都能够达到规定范围之内,使建筑物的牢固程度更高,同时也把工程成本控制住.

2.2 把楼层间最大位移和层高比例加以调整

从建筑物的设计来看,其最主要的内容为楼层与楼层之间的设计,这其中主要包括：扭转变形与剪切变形.通过合理掌控竖向构件的数量使剪切变形能够达到设计的目标,因为,如果竖向构件太多,就很容易造成剪重比过大,直接影响到设计的质量,很有可能使扭转变形也超出合理范围,这样楼层间的位移也就不合理了.所以,在实际的设计中控制扭转变形是非常必要的.

2.3 把整剪力墙连梁超限进行调

为了使连梁的剪力、弯矩都符合规定范围,就要尽量使剪力墙连梁的跨高比大于2.5.当跨高比超过5 时,就要根据框架梁的标准设计连梁；当跨高比接近于6 时,如果连梁刚度保持不变,则很有可能造成剪力、弯矩都超过规定范围.所以,要科学的调整连梁超限,使设计水平得以提升,以此来降低工程建设的投资成本.

3、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用

3.1 连梁超筋的处理

①对连梁刚度进行折减.连梁一般具有跨度小、截面大,与连梁相连的墙体刚度又很大等特点.一般在风荷载和地震荷载的作用下,连梁的内力往往很大.因此在内力计算中一般对连梁进行刚度折减( 折减系数不宜小于0.5),但是进行位移计算时一般不做折减; ②增加连梁跨度并减少梁高.连梁刚度折减后,仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况.这时可以增加洞口的宽度,以降低连梁刚度.降低了连梁刚度,也就减少了地震作用的影响,使连梁的承载力有可能不超限; ③增加连梁的截面宽度,其结果一方面由于结构整体刚度加大,地震作用产生的内力增加,另一方面连梁的受剪承载力随着宽度的增加而增加.由于该片墙厚增加以后,地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙,而是要小于这个比例,因此有可能使连梁的受剪承载力不超限; ④跨高比较小的高连梁,可设水平缝形成双连梁、多连梁或采取其他加强受剪承载力的构造.上述各种措施中,在能满足整体刚度的情况下,可先采用刚度折减,如仍超限可采用其他各种措施.

3.2 约束边缘构件的处理

无约束边缘构件和有约束边缘构件的剪力墙承载能力有很大差别.通常情况下,有约束边缘构件的剪力墙承载力更高.所以,在进行剪力墙结构设计的时候,应根据剪力墙的轴压比选择最为适用的边缘构件.建筑剪力墙的边缘构件包括构造边缘构件和约束边缘构件两种.这两种构件各有其适用范围,当底层墙肢底截面的轴压比大于规范规定的标准时,应在底部加强部位及相邻的上一层采用约束边缘构件,在以上的其他部位可设置构造边缘构件.

3.3 确保建筑宽度方向的抗侧刚度达标

大量建筑工程的施工实践证明,联肢墙的宽度越宽,其刚度就越大.所以,在布置建筑宽度方向的剪力墙时,应当着重考虑提高宽度较大的联肢墙的刚度,然后再对宽度较窄部位的刚度进行适当提升.对于独立的墙肢来说,应当尽量减小其长度.此外,所有墙肢的布置都应当遵循对称、均匀分布的原则.

结语：

随着我国经济和科技技术的飞速发展,人们的生活离不开建筑行业,人们对建筑物的安全、强度、刚度和抗震能力的要求越来越高,要解决这些问题还要依赖于剪力墙的应用.剪力墙结构的特点和设计在不同的建筑中是不完全相同的.对此我们要在考察和研究地质情况后,对建筑物结构特点进行仔细的分析,选择合适的方案对建筑物进行个性化设计施工,才同时兼顾建筑的安全性、稳定性和经济性.剪力墙在社会发展的应用不断增加,必然的在设计中会存在缺陷和问题,并制约其发展.

参考文献：

[1] 许晓冬. 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J]. 黑龙江科技信息,2014,10(23):88-89.

[2] 孙海山. 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J]. 建筑工程技术与设计,2014,11(13):42-43.

[3] 杨春. 建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析[J]. 黑龙江科技信息,2014,15(19):152-153.

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5、论文结构