对高层住宅结构中剪力墙结构设计要点的探究凌园园

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合肥工业大学设计院(集团)有限公司安徽合肥230009

摘要:随着我国城市化进程的不断加快,城市建筑行业得到进一步的发展,高层住宅建筑工程数量日益增加,这对住宅建筑的结构安全及经济性也提出了更高的要求。剪力墙结构作为一种新型的建筑体系,具有施工方便、工艺技术简单、整体性好、用钢量少和结构刚度大等优点,能够较好控制结构的水平力,承担各种荷载引起的内力,目前在许多高层建筑工程施工中有所应用。但剪力墙结构属于复杂高层建筑结构,若建设单位没有做好剪力墙结构的设计工作,就会直接影响到结构主材的用量,增加高层建筑的施工成本及延长工程的施工周期。因此,建设单位必须加强剪力墙结构设计工作的研究力度,最大限度确保高层建筑工程的综合效益。

关键词:高层住宅;剪力墙结构;设计要点

1、高层住宅剪力墙结构概况

1.1高层住宅剪力墙结构的含义

所谓的剪力墙又被称为抗震墙,通常是由钢筋混凝土构成,在实际结构设计中,剪力墙一般被应用于承受建筑物压力,主要用于防震等。而剪力墙结构由剪力墙、结构楼板以及结构梁构成[1]。高层住宅剪力墙结构是指建筑满足一定高度,同时将剪力墙结构构件作为重点,使其能够在竖向上和水平上承受高层建筑结构。

1.2高层住宅剪力墙结构分类及特点

对于高层住宅剪力墙结构的分类按承受能力可以分为三种,分别为整截面墙、整体小开洞墙以及联肢墙[2]。其主要特点为结构整体性较好,刚度也很大,比较注重经济性与合理性,同时在布置上也较为方便。但在具有优点的同时也具有一定缺点,剪力墙结构在实际设计中会产生浪费,其延展性也不是很好,各个墙肢难以真正发挥承载作用。因此在所设计时,应注重取长补短,充分发挥其优势。

2、高层住宅剪力墙结构设计基本原则

2.1调整楼层最小剪力系数方面的原则

在进行剪力墙的设计中对于其构件尽可能的减少布置,其中最佳的设计方案就是进行大开间剪力结构的布置,使得侧向刚度结构能够达到最好的状态。同时,楼层间的剪力系数也要确保较小,但是不能超过相关规范规定的范围,短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩以及和整体总底部承受的地震倾覆力比一定要不大于1∶4,这样不但能将结构自身的重量减小,还能减少地震所带来的损害,可节约成本。

2.2调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则

在对规范规定的最大楼层间的位移进行计算时,对楼层的标准值在进行计算时可以将结构的整体弯曲变形进行保留,在以弯曲变形为主的建筑中需要计入扭转变形。在高层住宅建筑当中重点需要考虑的就是楼层间的剪力变形以及扭转变形。结构的剪切变形主要是通过竖向构件的数量进行确定的,在实际的工程中,有很多构件还是很难满足的,同时还需要加强对构件的合理布局,如果布局不合理,就会导致产生扭转变形,那么楼层间的位移就很难达到要求。

2.3调整剪力墙结构连续超限方面的原则

剪力墙结构的连续跨高比如果太小就会出现弯矩和剪力过大的情况,这样就超过了相关规范限度,跨高比一般不小于2.5。按照相关规定的要求,在跨高比小于5时,连续梁是不能进行折减的,对跨高比的合理选择能够有效的避免剪力和弯矩过量。

3、高层住宅剪力墙结构的设计要点分析

3.1注重剪力墙的布置

①做好多向对称布置。之所以要实现这种布置方式主要在于剪力墙结构的水平延展性较差,因此在设计剪力墙设计时,要做好多向对称布置,同时将多方向剪力墙联系在一起,尽量将它们拉通且对齐,这样就可以有效提升剪力墙的空间延展性。此外,在抗震设计中,还要将多方向侧向实现刚度达到类似效果,并做到自振周期相近,确保墙肢截面具有简单平整特征。②设计好剪力墙的承重能力。由于剪力墙的侧向刚度较大,承重能力较强,因此在实际设计中一定要充分发挥其优势,同时在设计时尽量为其留出一定空间,以便充分发挥其测量刚度能力,进而减少地震力,做到合理利用。③合理分段剪力墙。实际上就是对其进行合理开洞,将其均匀的分成几个墙断,同时使用弱梁将其连接在一起,但这时应注意于要保证独立墙断的总体高度应为截面高度的两倍左右。

3.2防止脆性剪切的破坏

在这一工作中看,一定要遵守强剪弱弯的原则完成设计工作,根据国家有关规定得知,在设计剪力墙抗震能力时,一定要增强其的底部的剪力值,对其设计应遵循剪力设计值乘以剪力增大系数原则,以便获得最好的抗剪配筋数值,以便获得良好的剪力墙结构承重能力。

3.3做好剪力墙轴压比控制

要确保剪力墙具有延展性,防止其截面上因受压过大而出现偏压现象,一定要做好剪力墙加强区截面的控制。由于截面受压区高度通常与截面形状有直接关系,在实际工程中剪力墙截面十分复杂,因此也就使受压区高度的计算带有很大难度。因此在实际工作中,应做好剪力墙轴压比的控制,使其符合国家相关规定,这样也就有效提升了高层住宅剪力墙结构的抗震能力。

3.4重视边缘构件的设置

在剪力墙结构边缘构件中,主要有两种构件:①约束边缘构件;②构造边缘构件。其中约束边缘构件通常指受到封闭箍筋约束的构件,这种构件的箍筋十分紧密,直径也很粗,对混凝土具有较强的约束性;而构造边缘构件的箍筋,具有拉钩距离较大,直径偏细的特点,约束混凝土的能力较差。对于常规建筑物来说,其底端的剪力墙具有弯矩较大等特点,其底截面在被弯折以后就会构成塑性铰区,这一铰区属于剪力偏大的一部分,经过多次荷载就会产生缝隙,这样就会发生剪切破坏等情况。所以国家相关规定对此做出了明确要求,其主要目的就是强化剪力墙的抗震能力,提升其结构受剪能力,进而强化结构的弹塑性,使其具有一定的变形能力。通常情况下,顶端剪力墙底部会慢慢变小,同时出现一些反弯点。因此,国家相关规定指出主要在其他需要强化的部分设置一定的边缘构件即可。

3.5确定墙肢截面的合理性

对于高层住宅剪力墙的结构设计,一定要结合建筑的实际要求确定剪力墙实际截面高度,同时也要对其厚度加以确定。对于高层住宅剪力墙墙肢截面的厚度,不仅要满足一定的承载能力,还要具有稳定特点,防止其过早出现各种形式的缝隙,通常情况下,都将稳定要求所提出的厚度认定为是最小厚度,同时满足构造要求。在实际工作中要遵守以下两点:

(1)对于标准层的设计。所谓的标准层主要是指3m以内的高度,其剪力墙的厚度通常为20cm左右,在这一过程中在考虑完刚度以后,还要对其建筑结构进行优化,对于剪力墙的高度在取值时应设定1.6m,这些取值范围通常都是针对常规剪力墙来说的,在实际工作中可以适当的做出调整。

(2)针对底部层高要求较大的楼层策设计。在这一过程中主要是为了建筑的基本功用,通常情况下主要用于带有地下室等楼层中,通常是为了提升剪力墙的稳定性。在实际设计中可以按照以下措施开展工作:①在条件允许时,应分隔梁楼层,并将长剪力墙分成若干段,以便减少剪力墙的计算长度,同时也能确保剪力墙截面具有一定厚度,进而实现基本目标,也可以确保剪力墙具有良好的稳定性。②适当强化剪力墙的实际长度,在开展这项工作时应将满足其稳定性作为基本要求,在实际使用中会发现这种方式存在一定缺陷,即建筑建成后在使用上其功能利用会受到限制,这样起不到剪力墙结构应起的作用,因此,这种方式最好不要使用。此外在实际设计中,一定要结合高层住宅实际情况选择剪力墙材料等,并在图纸上将其标明,同时,还要注重相关设计人员素质与道德的提升。

4、结束语

随着我国建筑行业的不断发展,剪力墙结构将会得到越来越广泛的运用。为了充分的将剪力墙结构的作用充分发挥出来,切实提高建筑物自身的抗震性能,设计人员必须能够克服其缺陷。在建筑行业今后的发展中,要加强对剪力墙的研究与探讨,并对剪力墙结构技术进行重点分析,进而不断的提高剪力墙的结构设计水平。

参考文献:

[1]辛雯等.剪力墙结构设计中若干问题探讨[J].城市建设理论研究,2011,(21).

[2]黄晓亮.小高层住宅剪力墙设计的注意事项[J].中国新技术新产品,2010,(07).

[3]孙海涛.某高层剪力墙住宅结构设计与应用[J].建筑技术,2011.

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