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建筑剪力墙结构设计的原则与具体运用

发布于：2024-03-21 13:23:21 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

0、引言

现今, 高层建筑建设应用逐步成为现代建筑建设发展的主要方向, 为更好地适应建筑市场发展环境, 提高高层建筑质量, 做好建筑设计结构分析研究尤为必要, 尤其是针对剪力墙结构的设计探究, 是解决现代高层建筑设计结构稳定性及安全性等有关问题的有效途径。

1、建筑设计剪力墙结构设计概念

剪力墙结构设计概念的提出有效解决传统钢筋混凝土建筑结构强度不足及延展性不高问题, 使建筑工程技术应用从传统的技术工业建设转向现代机械建设。剪力墙结构设计是建筑混凝土工程技术应用的主要内容, 相比于其余种类钢筋混凝土施工技术应用, 剪力墙结构稳定性更高、抗震性更好, 在实际建筑建设方面具有高安全性及多功能性的基本特点。早期阶段的剪力墙结构设计由于基础结构较为单一, 且工程技术并不成熟, 相关的结构建筑材料主要以各类规格钢筋梁架为主, 因此运用并不广泛, 在通过后续阶段的技术完善及结构优化过程中, 剪力墙结构技术应用涉及内容逐步增多, 环境适应性增强, 尤其在高层建筑建设方面优势明显, 所以被现代建筑工程建设广泛运用于大型建筑工程建设方面。随着现代建筑建设对建筑实用性及结构美观度认知标准的提升, 高强度的墙体结构支撑成为未来阶段建筑基础支撑结构设计的主要方向, 其高密度的平面墙体不仅具备良好的抗压性, 同时具有一定的韧性, 进一步规避自然因素环境干扰及人为环境因素干扰等相关建筑使用安全性风险, 使现代建筑建设的经济效益与社会效益显着提升。

2、建筑设计剪力墙结构设计原则与特点

2.1、剪力墙结构高度及宽度控制原则

剪力墙结构高度及宽度的控制, 直接影响后续阶段剪力墙结构设计使用效益。剪力墙结构设计主要采用空间梁结构支撑作为基础模板, 所以综合宽度相对较小, 受力方向主要以钢筋结构做载体向梁柱结构传导, 从而实现对上层结构压力的均衡分布。受建筑设计使用环境影响, 剪力墙外墙体长度及厚度值计算基数应小于3, 如比值基数大于3, 则需要采用双向受压结构设计方案, 以满足剪力墙结构也建筑设计的结构应力、韧性、强度及延展性等相关需求。

2.2、剪力墙结构设计工程一致性原则

现代剪力墙结构设计主要运用于高层建筑方面, 继而需要考虑到墙体水平及垂直方向作用力, 及其基础结构承载力等, 在保障剪力墙结构设计方案符合建筑总体设计使用要求后, 应综合多方面的建筑设计参考数据, 对剪力墙结构进行做出一定的调整, 通过斜截面受剪承载力数据计算, 分析墙体结构压力承载密度, 如实际计算结构压力数值较大, 则剪力墙设计所需承受的负荷较高, 此时剪力墙结构设计与工程结构设计一致性难以保障, 应在计算出局部受压承载力后对剪力墙设计方案进行逐项优化, 以此保障剪力墙结构设计符合工程建设总体需求。

2.3、剪力墙结构平面刚度及承载力较高

传统的钢筋混凝土墙体结构设计平面结构刚度收到建筑材料、建筑施工技术及建筑工程管理等多项内容限制, 而现代剪力墙结构设计则可有效的提高平面刚度, 通过对梁柱衔接方案等及钢梁设计方案优化, 实现对总体承载力的提高, 以此形成良好的应力及拉伸力, 使墙体结构整体性更高。剪力墙平面刚度及承载力虽然较高, 但在实际的设计方案及设计施工阶段, 必须注意做好剪力墙及平面外梁的连接控制, 由于剪力墙材料特殊性较高, 在连接过程中若操作不规范及连接处理不到位, 极易造成墙肢外弯问题, 从而使剪力墙结构综合承载能力受到实际影响。必要时可采用其余方案进行技术处理, 如需要进行连接处理, 则应采用一定的保护措施, 以免出现以上问题, 进而提升剪力墙结构设计应用有效性。

3、建筑设计剪力墙结构设计应用途径

3.1、剪力墙墙肢长度的确定与设计

墙肢长度主要指剪力墙整体界面高度, 通过高度数据控制实现对剪力墙结构稳定性的有效协调。在外观方面, 剪力墙结构主体同样需要依赖墙肢长度的确定设计保障支撑强度, 所以建筑剪力墙结构设计方面, 仍重视对剪力墙肢长度数据计算与设计。通常情况下, 如在建筑设计方面未提出特殊的建筑设计要求, 则应将剪力墙墙肢长度控制在8米以内, 特殊情况下可将相关的数据基础值做一定的调整。剪力墙结构延展性参数也是墙肢长度设计的主要衡量标准, 需在结合宽度比例及高度比例基础上, 对各项数值进行开洞比较, 并采取弯矩约束比较小的弱连梁的设计方案, 从而解决墙体结构稳定性不足及平面刚度较低问题。

3.2、剪力墙结构厚度控制

现代建筑设计需要符合综合性抗震标准, 不同地区的建筑抗震标准等级差异化明显, 要根据区域内地质环境、自然气候及建筑设计要求等, 结合剪力墙结构设计内容选择最佳厚度融入剪力墙结构施工方案。剪力墙设计抗震效能主要来源于界面尺寸, 一般情况下需要采取墙体底部加厚方法提高墙面强度。如建筑基础数值不产生变动, 则正常情况下底部厚度控制在200毫米以下, 而其余部位结构厚度, 则不应低于150毫米以免因厚度不足, 产生结构承载力不佳及建筑剪力墙结构重心偏移等相关问题。剪力墙独立结构设计方面, 墙体底部厚度不得超过180毫米, 其目的在于充分发挥独立剪力墙底部结构刚性优势, 过薄的底部结构厚度设计, 难以有效发挥剪力墙底部承压结构效用, 而过厚的设计方案, 则使底部结构压强增加, 导致剪力墙结构设计整体性受损, 在建筑设计方面, 应将基础数值控制在标准范围内, 以提升建筑使用安全效益。

3.3、剪力墙结构基础尺寸设置

剪力墙结构尺寸设置应注意对结构竖直方向及水平方向的刚度荷载压力分布分析, 尽可能将剪力墙肢截面高度基数控制在墙体厚度基数的8倍以上, 保障双间合并布置开间空间设计符合剪力墙基础结构设置标准, 若在实际操作过程中, 未能按照标准规格执行设计方案, 则无法满足剪力墙竖向荷载传递需求。如建筑设计方案对建筑对基础结构设计有特殊要求, 则应尽可能的避免采取开间布置设计方式。现代剪力墙形状设计为有效适应多种阶段使用及施工操作环境, 均采用L形及T形结构设计, 该布局有利于提高侧向刚度, 降低剪力墙结构自身实际重量, 从技术及成本两个方面均具有综合性实践优势。另一方面剪力墙设计要求结构长度不宜过短, 若实际长度为达到建筑使用标准, 则可能出现配筋问题, 从而影响建筑质量, 对此需将实际长度控制在1米以上, 使墙端暗柱配筋与构造配筋更为接近, 以便运用剪力墙结构尺寸的控制, 确保剪力墙结构压力分布合理性。

3.4、剪力墙结构连梁方案选择

剪力墙结构梁柱是剪力墙的重要结构支撑, 在连柱方案选择方面, 应考虑到各墙肢之间压力荷载变化问题, 在极端环境下, 需进行墙肢结构扭曲控制实验, 通过合理选择连梁方案及连梁装置, 保证各墙肢水平符合受力均匀, 改善墙体受力基础布局, 使剪力墙基础支撑构件形成稳定框架的过程中, 可有效解决墙肢受力不均问题, 提升墙体结构综合耐久性。剪力墙结构连梁设计方案选择, 应参考刚度及高度数据, 适当地对连梁进行折减, 以此增加结构跨度, 使剪力墙抗震效益达到更高标准, 进一步缓解外力缓解对于剪力墙内部结构的实际影响, 必要时可运用增加连梁截面方法, 让梁体装置在有限范围内发挥最大效用。

3.5、剪力墙结构钢筋配置

剪力墙结构钢筋配置设计首先要综合剪力墙主体墙面厚度数据。如墙体实际厚度小于14厘米, 则才钢筋配置方面应选用双排筋设计方案, 若墙体厚度达到40厘米以上, 则要采用三排布局方面, 通常70厘米以上的剪力墙墙体设计, 需采用四排钢筋配置设计, 以免钢筋配置平衡强度不足, 导致剪力墙受力失衡, 从而使后续阶段剪力墙墙面出现列横及内部钢筋弯曲问题。不同的建筑抗震等级设计, 所选用的钢筋配置方案不尽相同, 尤其要注重对剪力墙竖向及水平钢筋布置配筋率的控制, 实际数值要达到0.2%左右, 钢筋直径需要在保障剪力墙基础承载力的基础上, 尽可能的选择大直径钢筋材料。例如在钢筋配置方面, 选用8毫米直径钢筋, 实际间距控制要大于30厘米, 避免钢筋结构间的互相干扰, 针对抗震部位设计钢筋配筋率应达到0.3%-0.4%阶段, 必要时可根据实际情况进行增加。

3.6、剪力墙结构边缘构件的选用与使用规划

剪力墙边缘构件的选择主要参考以下两个方面问题, 首先是构件使用质量问题, 应有构件供应商提供相关的专业生产资质, 并检查相关的成本质量是否符合本工程剪力墙结构设计使用标准。其次要解决构件使用兼容性及功能性问题, 在不损失构件使用效益的前提下, 尽可能的实用性强的构件设备。剪力墙边缘构件的使用规划设计, 要参照《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》等相关标准要求合理布局, 保障建筑剪力墙结构抗震性能。

4、结语

综上所述, 建筑设计中剪力墙结构设计内容涉及广泛, 设计项目必须要与建筑使用要求相符, 并积极的与建筑承建管理人员及施工技术人员等做好实际沟通, 充分了解建筑设计需求, 在此基础上发挥剪力墙结构高抗震性及高延展性等诸多优势, 使剪力墙结构设计可切实的在建筑抗震等多个方面发挥基本功能。

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