剪力墻設計在建筑工程結構設計中的運用分析

崔 瑩

(山東華邦建設集團有限公司 山東 濰坊 262500)

建筑設施結構的設計合理性需要得到重視,才能在后續建筑的整體施工質量方面展現良好效果,現階段部分建筑中所使用的剪力墻結構,在參與設計時可能會受到設計及參數等多方面影響,需要在設計過程中注意控制各方面要點,盡量在保持建筑施工質量的基礎上,選擇最佳設計方案指導施工,可有利于提升建筑結構的承載性能。

1 剪力墻結構設計中的問題

剪力墻剛度較大,比較容易滿足在地震或者強風作用下結構的位移限制,在地震情況下所受破壞性小,通過連梁和墻肢底部的塑性鉸范圍內的塑性濱興分散地震能量,提升結構的受力程度,降低對其他結構的抗震要求,尤其在抗震要求較高的地區抗震優勢更加突出,但在實際的剪力墻結構設計中仍然存在一些問題。

1.1 存在設計原則問題

剪力墻結構的設計工作應在開展時結合實際原則,將整體建筑設施構造性能與實際強度作為重要的開展基礎,在部分建筑項目中可能會出現不規則的結構等情況,主要是在設計人員的工作中存在忽視問題,沒有重視相關特殊因素的影響作用,最終設計方案的合理程度難以得到保證。在無法保證構件施工質量的基礎上,建筑設施可能會在后續使用過程中逐漸暴露出安全隱患。此外在進行結構假設中,由于多種不確定因素的影響,可能會導致模型結構產生較大的使用差異。建筑結構設計者在結構的布置上,僅僅搬照計算機的點算模型結果來完成結構設計,在一定程度上會造成結構設計的不合理以及建筑工程成本的提高。

1.2 結構計算參數標準存在問題

剪力墻結構設計在開展過程中,需要使用相應數據完成計算工作,在進行推算時對其質量系數提出了相關要求,必須要在超過最初設定數值的基礎上才能確保其合理性。比如振型數的設計通常會受到建筑類型影響,在部分多塔類型的進行計算時會出現數值變化,同時在實際配筋率的數值計算方面可能存在誤差。這類問題的出現都會降低最終設計效果,影響到實際建筑的抗震能力[1]。

1.3 連梁問題

在各類墻肢平面的連接過程中,需要使用連梁發揮連接作用,由于其在整體跨度和截面面積方面具有一定使用優勢,在受到跨度小但橫截面積大的影響下,通常需要承擔地震及風力的作用力。由于其在使用過程中會出現較為突出的內作用力,所以需要在對剪力墻的剛度當數值進行計算時,需要結合獨立墻肢的平面實時受力情況,才可得到有效分析結果。剪力墻結構在開展連梁設計工作時,通常受到其精確程度要求較為嚴格的影響,施工時容易出現連梁超筋等問題,無法真正實現建筑所提出的穩固要求,從而形成較為嚴重的安全隱患,所以工作中面臨的實際難度較高。

2 設計要點

2.1 提高設計方法的合理性

建筑工程結構設計工作在開展階段,需要保證剪力墻設計在設計方法及結構布置合理程度等多方面,得到多項工作的必要支持,才能確保最終設計方案在抗震性方面達到良好程度。設計方法的選用是保證剪力墻設計質量的重要基礎,需要設計人員根據建筑的實際質量要求,結合工程整體強度和安全性要求選擇設計方案。

在選擇設計方法時,考慮到剪力墻結構所具有的良好延展性,為在保持受彎的工作狀態下得到良好發揮,可以在設計中要求其保持寬細狀。但需要注意的是,如果實際長度過長則會影響到建筑工程的抗震效果,從而形成低寬剪力墻影響到最終設計質量。另外在設計人員選擇設計方法時也要借助計算機的輔助功能,才能在經過大量計算和實踐后得到更多精確數據,分析定制現有問題的有效解決方案。從而真正在克服多種形式影響的情況下,確保最終結構體系得到合理布置,在提升方案設計水平的同時,保證剪力墻結構的穩定性達到工程質量要求[2]。

2.2 提高結構布置的合理程度

優化提升剪力墻設計,首先要在結構布置方面進行合理控制,才能確保最終建筑工程結構穩定安全。比如設計人員在設計剪力墻水平方向時,需要保證剪力墻平面設計的對稱效果,才有可能將重量核心及剛度核心進行結合設置,實現減少扭距出現概率的目的,同時還能夠在完成設計后,對其所具有的抗震性能起到提升效果。

除此之外,為進一步提升設計效果和抗震性能,也可在方案中進行適當調整,如果可以減少單向設計,可以在一定程度內有效提高抗震效果,同時能夠避免出現扭矩現象形成干擾影響。為在完成結構布置工作后,可使其整體強度滿足工程要求高,應在側向剛度方面進行合理調整,應達到一定良好標準,才可實現提升抗震效率的目標。剪力墻在結構設計中所具有的特點,會在應用范圍出現擴大化影響的情況下得到展現,考慮到其平面內部具有較強剛度及承載能力,但容易出現剪切變形等問題,因此應在整體方案中進行適當完善。

必須要采取相應措施才能使所有結構真正發揮使用價值,在保持設計具有經濟合理性特點的情況下,可在原材料和技術方面進行優化提升,可適當起到降低造價的作用[3]。

2.3 進行延伸性處理

這一工作的開展情況是否科學合理,對后續剪力墻的整體承重效果具有一定影響作用,主要是由于剪力墻在自身的結構特點中,存在較好的延展性,所以在進行整體設計時,也應注意在施工過程中注意保持這一特點,從而真正提高整體效果,保持良好的耐久性優勢。

除此之外,為了盡量減少相應破壞問題的出現概率,在延展線的處理過程中進行合理控制,才能有利于保持其承載能力可達到要求范圍。設計方法應保持勻稱,在保持上下連貫并具有對稱效果的情況下,才能保證其整體具有支撐效果,需要逐漸整體設計方案中注意其可靠性,盡量避免出現設計偏差,才能保證整體設計方案具有可實施性效果。

2.4 注意強度和性能的提升

在整體結構的設計方案中,強度和性能是設計人員工作中的重點把控內容,尤其是在相關政策規定方面,相關機構所定制的《高規》中提出了更高要求,需要在設計施工時得到可靠保障效果,因此在剪力墻分布筋的配筋率方面,需要保證水平和豎向的抗震效果均達到使用標準。尤其是在非抗震設計和四級抗震設計中更加需要注意,應在數據的控制保持方面符合相關比例,大致應在20%以上才可達到應用效果。在1～3級抗震效果設計中,設計人員也應根據實際情況控制數據比例,從而在完成最終施工方案后,可保證工程抗震強度達到最佳標準,在實用性能方面也可得到有效提升。

除此之外,在相應這些規范中也對設計人員提出了相關要求,在提升強度和性能時需要注意優化剪力墻的承載能力,通過對邊緣和構造邊緣的剪力墻構件進行控制約束,可以在有效提升其抗震效果和承載能力的同時,使整體設計方案的合理程度得到提升。

2.5 調整剪力墻的厚度和長度

剪力墻的厚度在逐漸增加的過程中,也可使連梁的截面寬度出現上調,可以在整體結構中逐漸增加剛度,在此基礎上需要注意連梁的抗剪承載力和寬度,應在經過合理調整后形成正比[4]。基于剪力墻的結構設計原則,剪力墻的厚度也需要遵循一定的標準和規范。

根據建筑抗震的有關數據和資料規定,剪力墻結構的厚度和長度需要隨著地震等級系數來靈活調整。比如有關規定,為了保障剪力墻結構的穩定性以及抗震性,要求剪力墻結構的厚度一般要小于200 mm,相應的高厚比要小于六分之一。

換句話說,建筑物的剪力墻結構厚度小于200 mm 的同時高厚比也要靈活的進行調整。一旦建筑物的剪力墻結構厚度和長度比值不均,在不滿足條件的情況下,就要采取L、T 行界面剪力墻來代替一字剪力墻,確保剪力墻結構盡可能滿足設計構造的要求和原則。

2.6 提升混凝土的等級

混凝土的等級決定了剪力墻的實際抗剪承載能力,混凝土等級的提高,在一定程度上雖然減少了了鋼筋的使用量,但是這個減少的效率比起混凝土成本的提升和施工質量、水平要求的提高增加了一定的成本,經濟意義不是很大,因而除非有特殊的情況,否則在設計方或者是施工方都不會愿意使用高等級的混凝土。

所以在進行選擇時,需要根據工程實際要求選擇混凝土的等級類型,盡量提升混凝土的抗剪承受能力,才能在施工后盡量保持建筑穩定性。

提高混凝土的等級也有多種措施,比如采用高強度等級的水泥,通過提高水泥強度來達提高混凝土強度的目的;降低水灰比,該方式是提高混凝土強度的有效措施,降低了混凝土拌合物的水灰比能夠減少硬化混凝土的孔隙率,有效增加水泥與骨料之間的粘度,因而需要一定的技術措施來處理;另外還有濕熱養護、混凝土的齡期調整以及摻加外加劑來改進施工工藝等等途徑提升混凝土的強度等級。

2.7 增強底部設計

在對建筑物進行抗震設計時,為了保障剪力墻的底部塑性鉸具有足夠的延性,進一步提升抗剪切破壞能力,就要對塑性鉸部位加強抗震措施,比如進行邊緣構件設計,邊緣構件設計大致分為約束邊緣構件以及構造邊緣構件,此類方式加強了該加強的部分,減輕了該減輕的部分,使得剪力墻的設計更加趨于合理。剪力墻的底部塑性鉸出現通常有一定的范圍,為了安全起見,在底部設計時部位范圍適當擴大。底部高度在進行提高時所選的值,來自于兩層底層與墻肢總高,由于剪力墻高度可能過大,如果在高層建筑中進行設計,需要在超過150 m 位置時將高度控制在墻肢的10%左右。

2.8 控制配筋設計

在建筑物的主體造價中剪力墻的配筋控制起到關鍵性的作用,與高層建筑物的結構設計相比,一般剪力墻的配筋都是按照規范規定的最小配筋率來構造配筋,配筋設計需要根據剪力墻厚度進行計算,在符合設計規范的情況下具體選擇,可以有效的控制剪力墻的墻身鋼筋用量,采用優良的鋼筋材料是進場前首先要做好的工作。

鋼筋材質的選擇非常重要,其各類合格證明等材料需要要個檢查清楚,確保合格的鋼筋才可以進入施工場地。

剪力墻結構在配筋時應該將水平鋼筋設置在外側,而垂直鋼筋則設置在內側。比如在墻體厚度并未達到14 cm 時通常會使用雙排配筋,如果墻體厚度達到70 cm 左右時則使用三排配筋,通過這種方式可以使主筋受力較為均勻。除此之外還要注意對剪力墻結構連梁的合理設計,連梁對剪切變形十分敏感,很多情況下可能會出現超筋的現象,比如可以通過降低連梁截面的高度或者塑性條幅來減少剪力的設計值。

3 結語

當前建筑行業的快速發展,大量建筑項目在方案設計中提出了更高要求,因此,應在原本的建筑結構中進行適當調整,從而真正起到優化建筑結構,合理使用剪力墻結構設計的主要目標。在合理利用這一建筑的使用優勢后,可在建筑的整體穩定性和抗震效果方面達到良好標準,使建筑項目在后期使用階段保持良好質量水平。