探讨高层建筑剪力墙结构设计

时间:2022-10-01 03:32:04

探讨高层建筑剪力墙结构设计

摘要:现代化建筑中剪力墙的应用极为广泛,特别是在高层建筑结构中,已成为整个建筑的重点环节。在剪力墙设计中,要根据其受力的特点和破坏机理,做好其合理,科学布置和设计极为关键。

关键词:高层建筑 结构设计剪力墙结构 设计原则

中图分类号: TU208 文献标识码: A

前言:剪力墙结构设计目前被广泛地运用到建筑结构设计中,特别是高层建筑。剪力墙的受力、变形特征虽然与框剪结构极其类似,但是它的刚度分配与内力分配比框剪结构更为合理。在剪力墙结构设计中,怎样既能让这种体系刚度大,外观简洁等优点发挥出来,又能克服其工程费高等缺点是设计工作的关键。结构设计人员在设计工作中应不断总结,以期更好地掌握这种结构体系的设计方法。

一、剪力墙结构设计原则

在目前的剪力墙结构设计中,通常都需要根据建筑工程的施工环境、地质情况、自然情况等多个因素进行综合分析和归纳,从而实现设计工作的合理、科学、有效进行。在目前的剪力墙结构设计工作中,设计原则主要有以下几个方面。

1.1尺寸控制

在剪力墙结构设计工作中,剪力墙的墙高、宽等尺寸都往往较大,而厚度却不是很小,几何特征是以板结构为主,在其受力形态的设计中却是趋向于主体结构的设计要求。但是其与其他的柱体结构却存在着一定的差异,这些差异主要表现在肢长、厚度之间的比值,其比值往往都是小于3的时候应当按照柱体结构的要求来进行设计,而当比值在3―5之间的时候,我们可以将墙体结构判定为是异形柱,从而按照异形柱的设计流程和要求来进行受压构件的设计。

1.2平面构件设计

在剪力墙结构设计工作中,墙体本身就是一个平面构建,它承受几何特征的能力极低,极容易受到外部荷载的影响而出现一定的变化。由于剪力墙结构是一个集水平荷载和竖向荷载为一体的受力环节,因此在设计工作中,需要从水平和竖向两个环节入手去归纳和总结,从而使得整个结构体系都出现一定的变化和工作体系,在这种发展的基础上,对剪力墙结构设计出了令其能够满足基础水平和荷载作用的同时,还必须要能够满足非弹性变形反复循环的延性要求,这一要求的存在对于机构设计的循环型极为关键。

1.3方向设计原则

我们在设计墙的时候,计算时要考虑到墙在纵里和横向延展里的结构下来进行分析计算的。我们在针对剪力墙承载能力的计算中,计算带翼墙的宽度按照门窗与洞口之间的翼缘宽度以及剪力墙之间的距离的最小值来取值,通常都是墙肢总高度的十分之一。

二、剪力墙结构分析

近年来,剪力墙结构受到业内人士的重视,这种结构由于在施工中布置灵活、施工工艺简单、整体性效果好、抗荷载能力高以及能有效避免房屋露筋露梁的优势而得到了建筑领域人员的认可,同时也给建筑结构的发展指明了新的方向。

2.1剪力墙概念

剪力墙主要指的是建筑结构中能够承载各种水平荷载的一种建筑结构,这种建筑结构又被人们广泛的称之为抗风墙、抗震墙。在目前我们生活中所常见的剪力墙结构主要是用于抗风、抗震性能的一种墙体结构,这种墙体结构在发生地震的时候能够有效的吸收地震能量,防止墙体结构的剪力破坏。

2.2剪力墙结构设计的条件

剪力墙结构在设计的过程中需要对于地震、风力等发生的等级和发生率提前进行勘察,根据实际情况来设计一个科学、合理的剪力墙结构体系,使得墙体结构能够承受一定的荷载和地震,不至于出现地震就造成倾斜和建筑影响。在剪力墙结构设计工作中,当墙体结构较少的时候,如果墙体结构承受的第一振型底部地震倾覆力矩较小,结构底部的地震荷载是上部结构的1/3左右,这样能够有效地确保工作的合理、健全和完善,从而实现工作体系的综合、系统要求。

三、高层建筑剪力墙结构设计

3.1剪力墙结构布置

合理地剪力墙布置将决定剪力墙结构计算结果是否能满足规范要求,而且将决定着结构是否为最优结构体系,这一切又决定着结构的整体经济效益。对于一般剪力墙布置来说,其应当主要沿主轴方向布置,而针对巨型、L形、T形等建筑平面,则可采用沿两个轴线方向布置。同时在布置剪力墙时,应尽量避免出现只有单向有墙的情况,同时对内外剪力墙采取拉通对直设置。

另外对于剪力墙的布置并不是剪力墙越多越好,合理地布置剪力墙数目是关键,同时还应当满足结构质量中心与刚度中心的重合,避免结构出现过大的扭转。这就要合理充分掌握剪力墙布置间距来体现。剪力墙布置间距适中将有助于发挥剪力墙抗侧力构件作用,而且还可以合理地增大结构的利用空间。对于剪力墙布置间距过少,则会导致结构的侧向刚度过大,造成结构的不经济性。

再次,对于剪力墙上难以避免的洞口,洞口大小、位置以及数量对高层建筑剪力墙的受力影响很大。因此对于剪力墙上的门窗洞口布置应当上下对齐,明确墙肢和连梁的位置,且刚度相差不大,应避免三个以上的洞口集中于同一个十字交叉墙附近。另外,由于剪力墙中的连梁刚度较弱,不宜将楼面主梁支承载在连梁上。

3.2剪力墙结构设计要点

剪力墙作为一种具有较大刚度、整体性好、抗侧力好的结构类型, 对于不合理的剪力墙结构设计将会造成结构成本的增加以及结构的不安全性。剪力墙结构设计中重要的设计要点:(1)对于地震效果较大的情况下,单纯地提高剪力墙结构的抗侧刚度,这将造成基础以及剪力墙结构的成本增加;(2)应合理布置剪力墙数量,过多的剪力墙数量将增加结构主体重量同时造成工程浪费;(3)严格按照规范要求来进行剪力墙的构造配筋,配筋率的过低将会造成剪力墙结构延性较差;(4)合理设计剪力墙的墙长及其墙厚,避免出现墙肢承载力得不到有效发挥。综上所述,对于剪力墙结构设计一方面要保证结构具有足够的抗侧刚度,同时还需兼顾结构成本的优化。

3.3剪力墙结构的构造设计

对于剪力墙结构设计来说,不仅仅应满足结构的计算结果要求,同时还应满足规范的构造要求,构造要求对于保证剪力墙结构的延性等具有重要意义。

3.4剪力墙连梁设计

在带连梁的剪力墙设计中,连梁的跨高比和截面尺寸受到许多因素的影响,设计不当经常出现连梁承载力超限或连梁截面不符合设计要求的情况,设计时可从以下方面考虑:(1)对连梁的刚度进行折减;(2) 增加剪力墙洞口的宽度、减小连梁高度;(3) 增加剪力墙的厚度;(4) 提高混凝土等级。

四、剪力墙结构的抗震设计

4.1 剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置,抗震设计的剪力墙结构,应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则,剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及楼梯处。在平面布置上尽可能均匀、对称,以减小结构扭转。

4.2 高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构。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。如果在剪力墙结构中,只有个别小墙肢,不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。剪力墙的间距为了保证楼(屋)盖的侧向刚度,避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形,应控制剪力墙的最大间距。

从抗震性考虑,在一定范围内数量越多越好。从经济性考虑,数量太多会使结构刚度和自重很大,地震力和材料用量增大,造价提高,基础设计困难。因此,剪力墙的数量应适宜,结构设计时成片的剪力墙最好对称布置,遵循“均匀、对称、周边、分散”的原则,以取得比较理想的设计效果。

结束语:

在高层建筑的不断发展中,在保证建筑物结构安全的重要前提下,还需要在建筑物的设计层面不断地思考与追求。在剪力墙结构设计中,怎样既能让这种体系刚度大,外观简洁等优点发挥出来,结构设计人员在设计工作中应不断总结,并选择合理的布置形式,正确掌握计算分析方法,以及更好地掌握这种结构体系的设计方法。

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