建筑工程设计剪力墙分析

时间:2022-10-15 03:46:53

建筑工程设计剪力墙分析

1剪力墙结构的分类

1)开洞或非开洞剪力墙。

其面积在15%以下,类似于悬壁墙,弯曲型变形,弯矩图不仅无弯点,而且几乎不能出现突变现象。

2)开口较小的剪力墙。

开口大小一般占整个剪力墙面积的15%,同样为弯曲型变形,墙肢整体上无反弯点,但是弯矩图的定位会突变。

3)双、多肢剪力墙。

通常开洞很大,而且洞口按照一定顺序排列,具有同小开口剪力墙相似的受力模式。

4)壁式剪力墙。

此类剪力墙有着较大的开口,剪切型变形,受力方式同框架构造类似。一般用于高层楼房时,其容易有反弯点及突变现象。

2剪力墙结构设计的计算原则

1)调整楼层间的最小剪力系数。

通常来说,为了提高建筑物的抗震能力,应该尽量减少剪力墙的数量,然而,必须确保短肢剪力墙能够承受40%以上的建筑物底端地震倾覆力矩,为了达到这一目标,应该选择大开间剪力墙,这样才能确保建筑物结构的侧向刚度,使得建筑物各个楼层的最小剪力系数走向规定的科学范围,从而提高建筑物的牢固度,也控制工程成本。

2)调整楼层间最大位移和层高比例。

一般来说,建筑物设计的关键与核心体现在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。对于剪切变形一般通过合理掌控竖向构件的数量达到设计目标,因为,如果竖向构件太多,则可能引发剪重比过大,影响设计质量,甚至会使扭转变形也超出合理范围,这样楼层间的位移就不合理。因此,实际设计中必须控制扭转变形。

3)调整剪力墙连梁超限。

为了保证连梁的剪力、弯矩都处于合格范围,就要尽量使剪力墙连梁的跨高比在2.5以上。当跨高比大于5时,应该依照框架梁的标准设计连梁;当跨高比趋向于6时,如果连梁刚度保持不变,则可能使剪力、弯矩都大于规定范围。因此,必须积极对连梁超限做出科学调整,从而提高设计水平,减少工程建设投资。

3建筑工程剪力墙结构设计分析

1)剪力墙平面结构布置。

要本着整体化的理念来设计剪力墙平面结构,确保结构规则、对称。当剪力墙缺少规则、平整的平面结构,且其长、宽都超出了规定范围时,则需设计温度伸缩缝,这样才能从整体上维护剪力墙结构安全,提升其抗扭转能力。为了有效提升剪力墙的抗震性能,实际设计时就需要有效平衡剪力墙的重量重心与结构刚度重心的关系,减少二者的偏差。还需要注意的是,设计者必须尽量控制单向形式的设计,以主轴为标准,进行双向或多向的平衡设计,维持剪力墙承载力的整体平衡,应该合理地加大剪力墙之间的距离,以此来保证其侧向刚度得到有效发挥。

2)垂直结构的布置。

一般来说,垂直受力构件的频繁转换,容易破坏楼房的垂直刚度,特别是地震来袭时,垂直受力构件就将首当其冲受到影响。所以,必须重点把握好剪力墙转换层垂直结构的刚度。这其中要重点控制转换层的传力模式,确保从上到下的传力路径一致、直接,防止出现水平方向的多级转换,控制转换次梁的出现。同时,不要在转换梁上层墙体以及中间支柱中开孔设洞,以此来强化其竖向承重能力,而且要积极夯实转换层下端剪力墙刚度,同时,应该把垂直抗侧力构件设计在转换层主体结构中,这样才能预防多级转换,确保传力方式的一致,进而从整体上维护剪力墙垂直结构的牢固度与稳定性。

3)约束边缘构件。

剪力墙的边缘构件能否得到有效约束,会在很大程度上影响其承载力,通过约束边缘构件,能够有效提升剪力墙的承载力,达到40%以上,增强剪力墙抗震能力,达到20%以上。所以,实际的剪力墙结构设计过程中,必须参照各个等级的剪力墙轴压比,选择合适的边缘构件。如果是Ⅰ,Ⅱ级的剪力墙,在底部加强部位方面,其同Ⅲ,Ⅳ级非抗震设计的轴压比低于规范标准时,则适合增设构造边缘构件。相反,如果其底部加强部位同承受重力载荷的墙体的轴压比超出规范标准,则适合增设约束边缘构件。

4)剪力墙连梁的设计。

连梁是剪力墙结构中非常关键的组织部分,具体体现在:当剪力墙遭受水平荷载时,会导致墙肢变形,这样连梁就会凭借自身的内力来控制墙肢的变形,从整体上维护剪力墙的安全。因此,实际设计过程中,必须处理好连梁的设计。实际的连梁设计中,经常出现超筋现象,特别是长度较长的剪力墙,其中间区域最容易出现超筋现象,或者墙肢截面高度参差不齐时,其连梁也可能有超筋问题。对于这一问题,应该通过以下方式加以解决:第一,对剪力墙连梁弯矩、剪力塑性加以调整;第二,参照现实状况,积极控制连梁截面高度;第三,如果连梁破坏,剪力墙竖向的载荷也不会有太大变化情况下,可以尝试不用连梁,而是计算出在普通地震力作用下,独立墙肢的结构内力,再对应的科学地进行墙肢配筋。

5)延伸性处理。

为了提高剪力墙结构的牢固度与稳定性,必须确保其设计体现出一定的延伸性,针对延伸性的设计与处理也要提高剪力墙的承载力、承受能力,可以通过均衡布置、对称设计、上下自然连通等形式来提高剪力墙的支撑能力,这样才能切实确保剪力墙的设计质量。

6)强度与性能的优化处理。

建筑剪力墙结构必须具有一定的强度和优势性能,参照我国在建筑领域的相关规定,建筑工程剪力墙无论在水平方向,还是竖直方向,其配筋率必须达到合格标准。例如:非抗震或4级抗震,配筋率大于0.20%,相反,建筑物的抗震等级为1,2,3级时,设计的配筋率不小于0.25%,这样才能全面提高建筑物性能与抗震能力。这其中设计者也需要严格依照混凝土结构设计以及抗震设计等的规定,来有效提升剪力墙截面承载力,使其大于40%,其突破口为有效控制剪力墙边缘构件的数量,从而提升建筑物的整体抗震性能。

4结语

建筑工程剪力墙结构设计需要不断地探索与发现,既要立足于建筑物整体,把握好关键部位、关键环节的设计,又要注重细节的考虑,掌握科学的设计理念,从而打造出科学合理的剪力墙结构设计,维护剪力墙整体的质量水平,进而提升建筑物的整体设计质量,维护居民安全。

作者:周超 单位:湖南农业大学工学院

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