建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

閆欣 景鵬翀

【摘 ?要】剪力墻應(yīng)用于建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠提高建筑整體結(jié)構(gòu)剛度以及抗震性能。借助剪力墻的結(jié)構(gòu)分析幫助設(shè)計(jì)科學(xué)安全的剪力墻類型，使剪力墻的結(jié)構(gòu)作用充分發(fā)揮。

【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);剪力墻;結(jié)構(gòu)應(yīng)用

引言

剪力墻能夠保障建筑質(zhì)量，其結(jié)構(gòu)應(yīng)用于建筑中提供足夠的安全保障。本文主要以剪力墻結(jié)構(gòu)為對(duì)象，介紹了其特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)，并對(duì)其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原則及方式加以說(shuō)明，以期對(duì)未來(lái)行業(yè)發(fā)展有一定借鑒。

1簡(jiǎn)述剪力墻

1.1剪力墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及類別

剪力墻根據(jù)是否開洞來(lái)對(duì)剪力墻進(jìn)行類型劃分，共分為四種，即實(shí)體墻與小開口的剪力墻和框架壁墻以及雙肢多肢的剪力墻。剪力墻具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性，可以有效提升建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全，但是在施工中由于涉及諸多復(fù)雜環(huán)節(jié)，因此相較于其他結(jié)構(gòu)其施工成本偏高。下面簡(jiǎn)單敘述不同剪力墻所具備的特征：首先整體剪力墻。這一類剪力墻指洞口沒有或者洞口數(shù)量較少且一定的剪力墻;其次框架剪力墻。這一類剪力墻通常開洞尺寸較大，同時(shí)墻肢，連梁部位十分明顯，墻肢偏寬以及連梁的高度較高。由于墻肢及連梁的相交部位形成節(jié)點(diǎn)，同時(shí)節(jié)點(diǎn)尺寸較大，會(huì)形成彎曲剛度很大的一處剛性區(qū)域;此外水平荷載作用下不計(jì)剪切變形以及梁柱的節(jié)點(diǎn)剛域，選擇D值法進(jìn)行內(nèi)力分析;第三聯(lián)肢剪力墻。這一類剪力墻通常洞口布置成列，剪力墻存在明確的墻肢以及連梁，墻壁所有洞口分布均呈直線;最后小開口剪力墻。這一類剪力墻的洞口沿豎向布置成列，同時(shí)整體墻體的洞口總面積占?jí)γ娣e的15%以上，然而洞口占比依舊很小。由于水平荷載作用使得剪力墻出現(xiàn)整體的彎曲變形，與此同時(shí)墻肢出現(xiàn)局部變形，值得注意的是局部變形這一過(guò)程中墻肢變形繞著截面的中心軸出現(xiàn)，此外對(duì)應(yīng)處局部彎曲的應(yīng)力以及墻肢造成的整體墻體彎曲應(yīng)力也會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)。安全問(wèn)題是建筑進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)最重要的問(wèn)題。然而建筑進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)被資金與設(shè)計(jì)技術(shù)水平等因素影響，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量難以完全滿足建筑要求。優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑提高安全性的前提，借助先進(jìn)技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化，最大限度上增強(qiáng)建筑安全，滿足建筑質(zhì)量要求。此外可以抵消大部分水平剪力以及作用力的組合應(yīng)力，因此使得剪力墻相較其他建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性;此外能夠符合建筑結(jié)構(gòu)的美觀設(shè)計(jì)要求。

1.2剪力墻的布置要求

整體建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻往往承擔(dān)傳導(dǎo)荷載，風(fēng)荷載與地震軸力以及剪力作用的組合作用，此外還起到建筑隔離墻作用，通常情況剪力墻的結(jié)構(gòu)布置順序是沿著主軸線布置的。由于剪力墻的延性變形，彎曲延性以及抗脆性較強(qiáng)，在剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意使剪力墻高寬相對(duì)布置大一點(diǎn)，墻厚要相對(duì)布置小一些。

1.3簡(jiǎn)述剪力墻的設(shè)計(jì)原則

1.3.1系數(shù)調(diào)整

建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先考慮的就是結(jié)構(gòu)抗震性能，這是由于抗震性能是建筑能夠穩(wěn)定與耐用的保障，需要知道建筑抗震性能的高低主要受到建筑樓層之間水平作用以及剪力的影響，設(shè)計(jì)首要任務(wù)就是把結(jié)構(gòu)間可能受到的水平地震作用造成的剪力以及作用力保持在最低限度。而剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用需要根據(jù)建筑具體的工程項(xiàng)目情況調(diào)整好結(jié)構(gòu)重量和相關(guān)力學(xué)系數(shù)，目的是盡量不影響結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，借助自身自重降低的方法有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震的力學(xué)性能。

1.3.2連梁調(diào)整

若是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)連梁的跨度比低于五這個(gè)數(shù)值，那么建筑所受總彎矩所占較小比例的是只有極小部分室友豎向荷載造成彎矩，同時(shí)水平荷載作用會(huì)產(chǎn)生較大反彎變形引起剪切變形，最終使得墻體內(nèi)部引起剪切裂縫。如果連梁跨高高于五這個(gè)數(shù)值時(shí)，則總彎矩所占較大比例的主要是受到豎向荷載作用引起的彎矩，其受力情況基本與一般框架梁一致。因此設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格要求結(jié)構(gòu)中連梁跨高比的大小，有效做到剪力及彎矩避免在抗震組合作用下發(fā)生不符合設(shè)計(jì)規(guī)定情況。為了安全起見，實(shí)際建筑進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員充分分析工程情況，做到具體情況具體分析，同時(shí)調(diào)整好橫梁距離，盡量保證最終工程建筑滿足抗震要求，并在保證建筑質(zhì)量情況下減少成本支出。

1.3.3調(diào)整樓層位移

建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與重點(diǎn)無(wú)疑是樓層間剪切變形和扭轉(zhuǎn)變形的位移控制，這項(xiàng)控制想要實(shí)現(xiàn)離不開剪力墻的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向構(gòu)件的合理數(shù)量調(diào)整，能夠有效控制最終剪切變形的大小。需要十分注意調(diào)整豎向構(gòu)件，重新安排數(shù)量時(shí)必須要保障構(gòu)件合理的數(shù)量，由于豎向構(gòu)件過(guò)多結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致剪力不平衡，進(jìn)而影響建筑穩(wěn)固性，最終導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)過(guò)程質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)，此外剪力失衡也會(huì)出現(xiàn)樓層間因不平衡的剪力出現(xiàn)較大程度扭轉(zhuǎn)變形危害建筑安全。因此設(shè)計(jì)過(guò)程為了結(jié)構(gòu)整體有效提升抗震性能，重點(diǎn)需要關(guān)注同一結(jié)構(gòu)的各個(gè)樓層的變形以及剪力的變化情況，借助樓層位移以及高度比的變化進(jìn)行及時(shí)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，使得整體結(jié)構(gòu)科學(xué)穩(wěn)定以及合理。

2簡(jiǎn)述剪力墻的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

2.1平面布置

剪力墻開始布置時(shí)必須注意平面布置的墻體情況，剪力墻雖然有著豎向荷載較強(qiáng)承受力，然而橫向荷載僅有較弱承受力，剪力墻結(jié)構(gòu)體系中橫向荷載多數(shù)依靠樓板負(fù)擔(dān)，因而布置墻體時(shí)保證剛度的中心及墻體質(zhì)量的中心處于同一中心點(diǎn)，使得剪力墻的設(shè)計(jì)體系保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置平面，降低不對(duì)稱產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭矩，此外設(shè)計(jì)盡量沿不同方向雙向開展結(jié)構(gòu)布置，這樣可以有效避免單項(xiàng)墻體由于布置的側(cè)向剛度差異過(guò)大。

2.2定位剪力墻

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)準(zhǔn)確的進(jìn)行剪力墻定位，將其剛度中心與質(zhì)量中心重合，這樣才能保障平面布置上，結(jié)構(gòu)整體處于均勻、對(duì)稱的狀態(tài)，從而發(fā)揮出保障結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的作用。所以設(shè)計(jì)中最好沿著建筑的主軸作為設(shè)計(jì)方向，同時(shí)展開對(duì)稱式的設(shè)計(jì)，并盡量在設(shè)計(jì)上避免出現(xiàn)單向有墻的設(shè)計(jì)。在剪力墻平面設(shè)計(jì)的定位上要遵循對(duì)稱性原則，盡量保障建筑結(jié)構(gòu)的兩側(cè)對(duì)稱，并使質(zhì)量中心與剛度中心重合在一起，控制墻體的扭矩程度，避免出現(xiàn)變形。而在對(duì)內(nèi)外部剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循拉通與對(duì)直的設(shè)計(jì)原則，并保障剪力墻肢體截面處于規(guī)則的狀態(tài)。

2.3數(shù)量適中

工程剪力墻的使用能夠吸收水平荷載以及風(fēng)荷載的組合作用，有效提升建筑抗震的力學(xué)性能。然而建筑設(shè)計(jì)不需要過(guò)多或過(guò)少的剪力墻，即其數(shù)目不僅僅是只看重?cái)?shù)量，而是必須根據(jù)抗震要求進(jìn)行科學(xué)計(jì)算以保證剪力墻的設(shè)計(jì)數(shù)量控制。

2.4設(shè)計(jì)優(yōu)化

剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于影響剪力墻的結(jié)構(gòu)因素需要多方考慮，務(wù)必確保順利施工以及保證剪力墻的結(jié)構(gòu)安全。因此設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)需要控制好墻的數(shù)目，做好監(jiān)理工作，避免由于不必要的成本開支引起的項(xiàng)目成本最終超出預(yù)算的情況出現(xiàn)，例如選擇原材料時(shí)對(duì)材料開展剛度比例的控制，盡量在建筑質(zhì)量不被影響的同時(shí)降低成本。

3結(jié)束語(yǔ)

剪力墻極大的提升了建筑物抗震性能，為建筑的結(jié)構(gòu)安全保障提供重要作用，因此建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大量應(yīng)用剪力墻。具體設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)力學(xué)分析以及承壓計(jì)算工作必須做好，保證剪力墻的高跨比以及墻厚參數(shù)合理安全，使得剪力墻既符合實(shí)際工程需要，又給建筑的穩(wěn)定性提高保障。

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