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高层剪力墙结构设计中常遇问题的解决方法

发布时间:2020-08-17 09:21:00 点击量:

  高层剪力墙结构设计中常遇问题的解决方法

  刘国华

  关键词:高层建筑;剪力墙;结构设计
 

剪力墙结构


  一、剪力墙长墙结构的特点

  在现代化社会发展过程中,剪力墙结构越来越多的应用在建筑工程中,通过长期的实践,该结构的设计与施工技术都不断成熟,得到了各界人士的认可。在设计剪力墙长墙结构的过程中,设计者必须要对其布置的位置与数量进行全面分析,然后再根据相关规定要求来对结构进行控制,通过优化施工程序来达到建筑工程的设计要求。在建筑工程中,通过这一结构的应用可以避免梁、柱表露于外界,保证结构布置的合理性。剪力墙长墙结构是基于原有的框架―剪力墙结构而改造的一种结构体系。

  二、高层建筑剪力墙结构的分类及其特点

  1、剪力墙结构的分类

  影响剪力墙分类的因素有如下几项:剪力墙上是否开洞、洞口大小、洞口数量以及洞口位置等。根据以上影响因素,剪力墙结构可划分为5类,分别为:壁式框架剪力墙、整体小开口剪力墙、整截面剪力墙、独立悬臂剪力墙以及联肢剪力墙。

  2、各分类的特点

  2.1整截面剪力墙与整体小开口剪力墙:以上两种形式的剪力墙均属于完整度高的墙体类型,并具有相近的受力特征,其形变曲线均为弯曲型。但两者也存在区别:前者由于墙体不挖洞,整体受力特性一致,在水平荷载下弯矩不会出现突变以及反弯点,而后者则会出现弯矩突变的情况。

  2.2独立悬臂型剪力墙:与前两种结构不一样,该种剪力墙墙面洞口较大,属于墙肢强、连梁弱的类型。由于连梁极弱,所以其对墙肢的连接和约束作用很小,在水平荷载作用下极易发生弯曲,剪力墙刚度低、整体性差。因此,我们在设计时,如果有更好的选择,此种形式的剪力墙尽量少用。

  2.3壁式框架式剪力墙:跟上一种形式的剪力墙相像,壁式框架式剪力墙墙面亦开有较大的洞口,连梁的抗弯线刚度与墙肢的抗弯线刚度相当,但其整体性比独立悬臂型剪力墙好,值也较独立悬臂型剪力墙高。壁式框架式剪力墙在受到较大水平荷载作用时,其会出现剪切型的变形,且出现反弯点,因此在设计时亦不宜过多使用。

  2.4联肢剪力墙介于整体小开口墙和独立悬臂墙之间,连梁对墙肢有一定的约束作用,墙肢局部弯矩较大,整个截面上正应力已不再呈直线分布,变形曲线为弯曲型。
 

高层剪力墙结构设计


  三、剪力墙结构设计的基本原则

  剪力墙结构在建筑中主要承担竖直方向重力与水平方向荷载,剪力墙结构的设计既要安全合理,又要考虑经济问题。设计过程中,各种位移限制值都要满足,结构构件中抗侧力构件的作用也要充分考虑到。设计时,剪力墙的数量也要满足位移限制值相关规范的要求,数量应该尽量少,但又不能影响基本振犁的要求。建筑中剪力墙结构所承受的倾覆力矩应不小于总数的一半。

  1、调整楼层最小剪力系数方面的原则

  设计中剪力墙结构的布置要尽量减小,大开间的剪力墙结构布置是最好的设计方案,侧向刚度结构可以达到较为理想的状态。楼层间的剪力系数尽量小,但不能超出规范的极限范围,短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩于整体总底部承受的地震倾覆力比要小于或等于1:4,这样既可以减轻结构自重,同时降低了地震带来的危害又可以节约用费。

  2、调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则

  规范规定的最大的楼层间的位移在计算的时候,如果楼层地区地震比较频繁,所用的标准值产生的楼层计算可以保留在结构的整体弯曲变形,应该计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层建筑中。高层建筑重点考虑的方面就是楼层间的扭转和剪力变形。结构的剪切变形由竖向构建的数量决定着,在建设施工中,有足够多数量的构件还是远远不够的,更要考虑构建的布局是否合理,如果不合理,就会产生过大的扭转变形,楼层间的位移就达不到要求。因此,对于高层建筑而言,不能只是以楼层间的位移来确定竖向构件的刚度,而应该尽量减小扭转变形。

  3、调整剪力墙结构连续超限方面的原则

  剪力墙结构的连续跨高比太小会导致弯矩出现及剪力过大,超过规范限度,跨高比一般大于或等于2.5。规范规定,在跨高比小于5的时候,连续梁不能够拆减。跨高比的正确选择,可以很好地避免弯矩及剪力过量,可保持在规定范围内。在结构设计时,如果可以有效合理的用上这些,可以大大降低工程成本。

  剪力墙结构不只应该符合相关规定,在设计时要考虑多方面的因素,建筑物的平面、立面应尽量均匀,剪力墙结构应尽量远离房屋中心,以保证房屋整体的抗扭。

  四、高层建筑剪力墙的结构设计要点

  1、剪力墙界面的厚度设计

  在设计剪力墙界面厚度的过程中,要尽量将其厚度设计得较小,这对保证剪力墙的稳定性以及平面刚度有着重要的作用。当剪力墙与墙体外平面相交时,此时的相交处可以用做剪力墙的支撑,这能够有效的保证平面外的稳定性以及刚度。剪力墙的最小厚度确定,其主要依据是建筑物的层高以及无肢长度的最小值。在抗震设计中,底部加强区必须要根据当地的地震大小而定,一般来说,其厚度不得低于160mm。

  2、混凝土的强度等级设计

  对于剪力墙结构设计来说,混凝土的强度等级必须要达到相应的要求才能使剪力墙充分发挥其效用。一般来说,混凝土的等级最低为C20。但如果剪力墙结构中带有较多短肢,那么就必须要将混凝土的强度等级提升到C25,这样才能保证剪力墙整体性能的发挥。另外,在剪力墙的设计中还必须要考虑洞口竖向分布时的钢筋配筋率的最小值。之所以要考虑这方面的问题,其目的是保证混凝土墙体在受到极大弯力作用后而出现裂缝时,墙体不会达到抗弯承载力的极限,以此防止斜裂缝引起的脆性剪拉破坏,保证剪力墙的稳定性。

  3、剪力墙结构的开洞设计

  在剪力墙结构的开洞设计中,若是开洞很小,其影响也会极小,在计算时可以忽略不计。另外,要确保剪力墙结构截面的承载力,就必须要在钢筋截面切断集中处将洞口补足,而且钢筋的直径必须要大于12mm。总之,开洞设计对剪力墙效能的影响极大,如果开洞设计不合理,就必定会破坏剪力墙的稳定性。因此,必须要在剪力墙开洞设计中避免上文第一点中所述的问题。

  结束语

  综上所述,在高层建筑剪力墙结构设计中仍旧存在很多问题,而这些问题的解决至今都是一个难题,这也是为何近年来工程界对高层剪力墙结构设计给予了过多的重视。目前,高层建筑设计规范对结构选型尤其是合理布置尚未做出一个明确的具体的规定。因此,结合实际的工程背景,对高层剪力墙结构的优化布置进行研究很有必要。

  参考文献

  1、张彦彬:《试析高层建筑工程的转换层结构设计》,《黑龙江科技信息》,2011年16期

  2、秦艳 焦维:《剪力墙结构在建筑结构设计中的应用》,《科技致富向导》,2011年27期

  3、陈峰 张旭:《关于高层建筑剪力墙连梁设计的探讨》,《科技促进发展》,2010年08期

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