浅谈剪力墙结构设计:怎么认出剪力墙

  摘要:当前社会发展中,越来越多的剪力墙施工结构被应用在建筑工程施工中,成为建筑施工结构的重要组成形式。随着剪力墙结构设计和应用的日益增加,其在设计中的各种问题也逐步的涌现而出。本文就剪力墙设计过程中的各种问题进行分析,提出其相应的预防措施。
  关键词:剪力墙;短肢剪力墙;结构;设计
  随着当前建筑结构的不断发展,剪力墙在建筑设计中应用不断的增加,成为当前建筑结构设计的重要形式。随着当前人们对建筑要求的不断提高,原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构在当前建筑结构设计中由于其空间的限制已经无法满足当前人们对建筑设计的要求。于是在原有剪力墙的基础上,吸收了框架结构的优点,逐步的形成了当前剪力墙结构体系,成为当前人们对建筑结构设计要求的新形式。
  一、剪力墙布置
  剪力墙的设计中主要要考虑剪力墙的布置情况,其在布置设计中要符合当前建筑工程规定要求,更要在剪力墙设计和施工的过程中利用相应的技术措施和手段对其进行分析和控制。其布置方法主要有以下:
  1、双向布置剪力墙及抗侧刚度
  在高层建筑施工的过程中其主要的目的是为了节省土地资源,能够良好的利用空间资源和发挥空间资源的优势,因此高层建筑应有较好的空间工作性能,剪力墙结构应双向布置,形成空间结构。其在设计的过程中主要是通过利用结构体系来提高建筑物抗震性能,避免由于设计的不足使得剪力墙在应用的过程中出现质量缺陷。
  另一方面,剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大,为了能够在剪力墙设计的过程中充分的发挥剪力墙的能力,提高其结构的稳定性,减轻结构重量,增大剪力墙结构的可利用空间,墙不宜布置太密,使得建筑结构在使用的过程中能够具有良好的侧向刚性和稳定性。
  2、竖向刚度均匀
  剪力墙布置对结构的抗侧刚度有很大影响,剪力墙沿高度不连续,将造成结构沿高度刚度突变,所以应要求剪力墙自上到下连续布置。允许沿高度改变墙厚和混凝土等级,或减少部分墙肢,使抗侧刚度沿高度逐渐减小。
  3、墙肢高宽比
  细高的剪力墙容易设计成受弯曲破坏的延性剪力墙,从而可避免脆性的剪切破坏。在抗震结构中剪力墙结构应具有延性,设计中墙的高宽应比不应小于2。当墙的长度很长时,为了满足每个墙段高宽比大于2的要求,可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的独立墙段,每个独立墙段可以是整体墙,也可以是联肢墙。
  4、剪力墙洞口的布置
  剪力墙洞口的布置,会极大地影响剪力墙的力学性能。因此,布置剪力墙洞口时应满足以下3方面要求。
  (1)规则开洞,洞口成列、成排布置,能形成明确的墙肢和连梁,应力分布比较规则,又与当前普遍应用程序的计算简图较为符合,设计结果安全可靠。同时宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置;
  (2)对于错洞剪力墙和叠合错洞墙,二者都是不规则开洞的剪力墙,其应力分布复杂,容易造成剪力墙的薄弱部位,常规计算无法获得其实际内力,构造比较复杂。其主要特点是洞口错开距离很小,甚至叠合,不仅墙肢不规则,洞口之间形成薄弱部位,叠合错洞墙比错洞口墙更为不利,设计时应尽量避免。当无法避免叠合错洞布置时,应按有限元方法仔细计算分析并在洞口周边采取加强措施或采用其他轻质材料填充将叠合洞口转化为规则洞口的剪力墙或框架结构;
  (3)具有不规则洞口剪力墙的内力和位移计算应符合规程的有关规定。目前除了平面有限元方法外,尚没有更好的简化方法计算。对结构整体计算中采用了杆系、薄壁杆系模型或对洞口作了简化处理的其他有限元模型时,应对不规则开洞墙的计算结果进行分析、判断,必要时应进行补充计算和校核。
  5、剪力墙和加强部位
  (1)抗震结构中出现塑性铰的部位应作为加强部位。而剪力墙顶层、楼电梯间墙等不宜作为加强部位,这样作的目的是对塑性铰部位可以有更明确的措施,与由于温度、收缩等需要的加强措施区别;
  (2)剪力墙塑性铰出现后,剪力墙应具有足够的延性,剪力墙底部塑性铰出现都有一定范围,该范围内应当加强构造措施,提高其抗剪切破坏的能力;
  (3)为安全起见,设计剪力墙时将加强部位范围适当扩大,抗震设计时,一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值,当剪力墙高度超过150m时,为避免加强区太高,其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。
  二、短肢剪力墙设计要求
  短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙,一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。当截面高度与厚度之比小于3时,应按柱计算(当形成异型柱时,则应按异型柱的要求设计,但高层建筑中不允许采用异型柱框架结构),至于剪力墙高度与厚度之比大于3、又小于5的剪力墙,实际上也是短肢剪力墙,由于它们更弱,可以提出不宜采用小于5的墙肢,对这种小墙肢的轴压比应修予更严格的限制,因此即使采用短肢剪力墙,也要尽可能使墙肢截面高度与厚度之比大于5。
  1、应用范围
  高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。设计时应注意:短肢剪力墙较多时,应布置筒体(或一般剪力墙),形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构;其次,具有较短肢剪力墙的墙的剪力墙结构最大适用高度应比规范中剪力墙结构的规定值适当降低,7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m;第三,对于B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑,即使设置筒体,也不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构;第四,如果在剪力墙结构中,只有个别小墙肢,不属于这种短肢剪力墙与筒体共同工作的剪力墙结构。
  2、加强措施
  对于短肢剪力墙设计中应着重以下加强措施。
  (1)为限制过多的剪力墙的数量,在抗震设计时,筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩50%;
  (2)抗震设计时,短肢剪力墙的抗震等级应比规范中规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用;目的是从构造上改善短肢剪力墙的延性;
  (3)出于改善延性的考虑,抗震设计时,各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比,抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7(对一般剪力墙,三级抗震等级时轴压比未限制);对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙,其延性更为不利,因此轴压比限值要相应降低0.1。
  三、结束语
  在当前社会发展中,剪力墙应用不断的增加,使的其在设计过程中的缺陷和问题成为其发展的主要制约因素。在剪力墙布置中洞口宜上下对齐使之受力明确,应当采用使用的科学技术手段进行分析,尽量避免出现错洞与叠合错洞的出现。在其设计和构造的过程中,从多个方向入手,提高其设计质量,加强其施工安全措施,保证建筑物的安全。

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