剪力墻結構的優化設計研究

傅長根

(江西科信建設有限公司,江西 南昌 330017)

隨著人們對建筑要求的不斷提高,剪力墻結構在高層建筑的應用中占有非常重要的地位。為了達到經濟合理的效果,所以在剪力墻結構設計中,有必要從實際情況出發,根據設計要求對結構進行詳細的分析,去保證剪力墻結構的安全要求以及控制剪力墻的鋼含量,達到控制成本的目的。

1 剪力墻設計原則

1.1 連續性

剪力墻的作用是用于建筑構件的維護以及結構的分離,起到承載水平和豎向阻力的用處。因此,為避免剪力墻剛度變化引起的建筑側向位移現象,在建筑剪力墻結構設計中應從上到下布置,以盡量避免剛度的突然變化出現。

1.2 對墻體進行受力分析

在設計剪力墻整體結構時,有必要對墻體的混凝土應力進行詳細的分析。作為平面構件,墻體上的壓力不僅包括水平彎矩和剪力,而且還包括豎向壓力。因此,在剪力墻結構的設計工作中,必須充分考慮和認真分析剪力墻自身的應力,以保證剪力墻的使用效果和質量。

1.3 墻體延性

墻體的延性對剪力墻結構的穩定性起著非常重要的作用。在結構設計過程中,如果剪力墻過薄、過高,往往會由于連接梁的應力而導致嚴重的張拉或彎曲,從而導致剪力破壞,難以恢復。因此,在建筑結構設計中,特別是在高層建筑結構設計中,不可能采用整體強度比大于9m、高寬比小于2m的細長剪力墻。應盡量避免設置剪力墻的曲折形狀。此時,可以在截面的一部分上設置一個孔,將整個墻體分割成幾個生長小于9m的均勻的截面,形成連接墻,從而充分發揮剪力墻的延性。

2 剪力墻結構方案的選擇

只有保證了剪力墻結構施工的安全性,才能在多種方案中做出比較選擇,還應考慮工程造價可以處于最低水平,選擇適合該高層建筑的結構形式。對于樓層較少的高層建筑,如少于18層的建筑,建議采用傳統的現澆剪力墻結構,因為通過計算每個墻肢的實際壓縮軸所得到的值很小,墻體一般都是錐形的。加筋結構,必然導致墻體承載力的提高。我們不應該充分發揮作用。建議采用短肢剪力墻結構來有效地解決這些問題。在7度區,短肢剪力墻結構用于18層以下的住宅建筑,能有效地控制水平地震剪力、結構峰值位移和周期,且控制在合理的范圍內。如果高層建筑的層數大于18,最好選擇普通剪力墻結構。如果短肢剪力墻結構應用于層數過多的建筑結構,其剛度將不能達到標準,還會影響結構的安全性能。

3 剪力墻結構在建筑結構設計中的應用要點

3.1 科學開展平面布置工作

在剪力墻結構設計中,要對其平面布置進行科學的設計。通常應遵循對稱原理,墻體結構的重心和剛度可以充分結合以減小誤差,而剪力墻結構可以承受各種力達到平衡狀態。在設計工作中,剪力墻結構應沿主軸方向、兩個或兩個以上的方向進行布置和設計。同時,為保證剪力墻結構抗震設計的有效性和科學性,應減少單向墻設計。另外,為了提高建筑工程的安全性能和施工質量,降低工程造價,還應降低墻側阻力的剛度。這是因為如果剛度增加或過大,很有可能導致墻體重量逐漸增加,進而導致框架和剪力墻結構的支撐。支持不能充分發揮。剪力墻結構的剛度設計一般由以下公式計算,即T=(0.05-0.06)n,其中n表示建筑物的層數。

3.2 剪力墻結構設計厚度與長度的科學確定

在剪力墻結構設計過程中,應科學地確定剪力墻結構設計的厚度和長度：(1)根據有關抗震規范的要求,當建筑物的抗震等級為一級或二級時,剪力墻結構的厚度應控制在剪力墻結構底部200mm。但剩余面積的厚度應控制在160mm,但1/16必須超過地面高度。在具體的設計工作中,如果建設項目情況特殊,則應進行概念設計分析,充分有效地控制墻肢軸壓比,從而增強墻體的整體連接性,減少墻肢軸壓比。墻的實際厚度。(2)為了確定墻上腿的長度,有必要控制墻腿的長度小于8米的剪力墻結構,因為高度的截面剪力墻結構的長度等于墻上的腿。應避免剪力墻結構的脆性剪切破壞。對于高剪力墻結構,長寬比通常大于2,設計者可以將其設置為具有彎曲破壞的延性剪力墻結構。

3.3 科學設計約束邊緣構件

在剪力墻結構中,邊緣構件主要由約束邊和無約束邊組成。與約束邊剪力墻構件相比,無約束邊剪力墻構件的樓板位移角一般發生變化,結構的抗震性能基本相同。矩形截面的極限承載力可降低40%,剪力墻結構的可靠性和穩定性也可能降低。通常,邊緣構件的形狀應根據軸壓比和剪力墻結構的等級來確定。

3.4 連梁結構設計

剪力墻連接梁是剪力墻中的連接梁,它能夠平衡墻腿的荷載,穩定和約束剪力墻。因此,剪力墻耦合梁裝置在剪力墻整體結構中起著極其重要的作用。剪力墻的截面尺寸和高度往往受到多種因素的影響。如果設計不合理或不科學,將影響整個剪力墻的結構設計。因此,在設計剪力墻連接梁結構時,設計者應按照相關規定降低剪力墻連接梁結構的剛度,但需要增加剪力墻連接梁結構的整體跨度,降低剪力墻連接梁結構的剪力高度。為了降低建筑結構的剛度,減少地震帶來的影響。

4 剪力墻優化設計措施

4.1 合理應用剪力墻結構設計理念與計算方法

剪力墻的結構設計,需要根據荷載標準要求,使用相對應的方案進行設計,只有這樣才能保證剪力墻的良好的伸縮性,剪力墻形式應以高而薄為主,如果剪力墻過長,可能形成低寬度的剪力墻,因為剪力墻具有脆性,很難滿足抗震要求。因此,在剪力墻結構的設計中,必須對其進行精確計算。雖然在國內的設計工作中,計算機已經基本取代了手工操作,但一些環節的計算仍然需要依靠設計人員的豐富經驗來解決。為了提高結構設計工作的效率和質量,設計者應合理使用現代設計計算工具,并根據自己的想法和經驗作出雙重判斷。在剪力墻結構的優化設計中,為了保證計算結果的可靠性,在實際的相關構件的計算中,必要時可以進行結構試驗。

為了使框架最大樓層剪力Vf,max≥0.2FEK,剪力墻的數量不宜太多,因此剛度特征λ需滿足：λ≥1.15.一般框架剪力墻結構中,框架的最大樓層剪力：Vf,max=(0.2～0.45)V0,在該范圍內較為合理。

綜上所述,框架樓層剪力應滿足：

0.2V0≤Vf,max≤0.45V0

4.2 基礎方案與承重構件的優化設計

在進行剪力墻結構設計前,應當先對現場進行考察,提前發現現場的一些質量和安全問題,及時考慮進設計方案中。根據工程地質水文條件、技術指標和鄰近建筑物的分布情況,科學合理地規劃剪力墻結構的基礎設計方案,以最大限度地發揮地基的實際作用。設計師應盡最大努力修改和糾正原有的基礎。經過現場調查,設計人員應根據有關標準和規范進行承重構件的設計和選擇,其根本目的是確保建筑物主體結構的安全可靠性。

4.3 有效提升建筑整體結構性能

剪力墻結構的基本功能是防止地震。在設計優化過程中,應遵循簡單、規則的基本原則,以減少地震作用下剪力墻結構的壓縮效應。在剪力墻結構的設計中,必須注意結構的應力狀態,避免地震或其他災害中局部結構的不均勻應力,有效地控制其危害。在剪力墻結構設計中,應盡量減小結構的薄弱部位,以避免結構薄弱的局部承載力。在設計剪力墻結構時,有必要根據設計人員的前期工作經驗和相關技術參數,準確地分析結構的薄弱部位,認真修改設計方案,采取相應的技術措施來改善剪力墻結構的抗震能力。

5 結束語

簡而言之,剪力墻在建筑中起著維護建筑整體的安全及質量的作用,它它承擔著建筑物的橫向及縱向荷載。所以,在建筑工程設計中,應加強主剪力墻結構設計,有效提高建筑物的抗震性能和整體質量。實現中國建筑業的可持續發展。