剪力墙结构设计及优化浅析

作者:未知

  摘要:目前在各大城市,高层建筑的数量逐渐增多,剪力墙结构因其整体性好、侧向刚度大、测移小,所以在高层建筑工程中剪力墙结构得到了非常广泛的应用。本文主要对剪力墙结构的设计及优化进行浅析。
  关键词:建筑工程;剪力墙结构;优化设计
  现代社会,剪力墙结构普遍应用于高层建筑中。剪力墙结构是用钢筋混凝土墙来代替框架结构的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力。随着剪力墙结构的广泛应用,设计师在其设计过程中存在的不足和浪费也较多,因此在设计时应与实际情况相结合,不断优化设计,确保其安全性得到保障,经济性得到充分发挥。
  一、剪力墙结构的设计过程一些要注意的细节
  (一)墙体布置原则。
  剪力墙结构应具有适宜的侧向刚度,不宜过小或者过大,宜沿两个方向布置且两个方向的侧向刚度宜接近;墙体应上下连续,门窗洞口要上下对齐,成列布置,以便形成明确的墙肢和连梁;剪力墙也不宜过长,较长的墙体应设置高跨比较大的连梁将其分成若干墙段,最长时不宜超过8米。当然,现在也流行通过混凝土构造外墙来将长墙分段,但是这种做法还是存在着模糊之处,那就是混凝土构造外墙的刚度贡献是否可以完全无视。
  (二)剪力墙结构的厚度和配筋问题
  1、在《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010 6.4.1章节抗震墙的基本抗震构造措施中规定了墙体的厚度及配筋,目的是为防止因墙体平面外刚度过小,稳定性差,容易在偏心荷载作用下压屈失稳,但这些规定对于多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。例如9-12层的剪力墙结构,多数墙肢在重力荷载代表值作用下轴压比都小于0.2, 电算结果墙体往往只需要构造配筋,但只因底部功能要求4.2~5.0m層高,按照不小于层高1/20的要求,墙厚就会超过200mm,显然不合理。所以不应要求死扣规范,而通过采用概念设计分析,控制墙肢轴压比,进行墙体截面条件、强度和稳定性验算并在构造上适当加强暗柱或配筋,保证其整体性连接等措施,是可以使墙厚减小的。
  2.、在《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010 6.4.3条规定了在一、二、三级抗震等级的剪力墙中,竖向和水平分布筋的最小配筋率均不应小于0.25%,和国外的配筋率 0.1-0.25%的高者基本接轨,这在高层或者较长的剪力墙结构中应该是合理的,但对于低矮、短小的剪力墙值得探讨。墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏,同时起到抵抗温度应力防止砼出现裂缝,设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加,特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋,其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。墙的竖向钢筋主要起抗弯作用,目前在一些多层低高层剪力墙中电算结果多为构造配筋;但配筋时所取的配筋率有人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋,竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋,墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将钢筋布置在墙端部边缘区并保证钢筋间距<300mm,也应该注意防止竖筋过多使墙的抗弯强度大于抗剪强度,对抗震不利。
  二 、剪力墙结构的优化设计
  (一)短肢剪力墙的判断
  现下多数设计人员在进行剪力墙结构设计的过程中对于短肢剪力墙的判断都是通过主流设计软件等程序自行判断,而很多时候程序仅仅根据墙长与墙厚之比来判断,不够准确,很多长墙都被认为是短肢剪力墙。而规范上要求的短肢剪力墙的配筋要大于一般墙体的配筋,所以设计过程中不免造成浪费。关于短肢剪力墙的判断有如下建议:A)对于一字形墙,长度在4~8倍墙厚,如果两端都有强连梁(跨高比<=2.5),该墙肢判定为长墙;B)对于两肢剪力墙(L形、T形、+形):a)只要有一肢为长墙,就可以认为是普通剪力墙。b)两肢均不满足长墙,两肢或至少其中一肢长度满足短肢墙,如果短肢墙一端与强连梁连接,另一端有长度不小于翼墙厚度3倍的翼墙,或短肢墙两端都有强连梁,该墙肢判定为长墙;C)对于三肢剪力墙(I形,C形,Z形):a)只要有一肢为长墙,就可以认为是普通剪力墙;b)中间腹板满足高厚比4~8,另两肢满足翼墙的要求,也不作为短肢墙处理;c)同一方向的墙肢投影长度与厚度之比大于8,可以认为是普通剪力墙。
  (二)边缘构件纵筋间距
  目前规范上对墙竖向筋间距、柱纵筋间距有规定(不宜大于200mm),对剪力墙边缘构件纵筋间距没有规定,全国技术措施2009上有规定为200mm;而现在南方很多地区是按照300mm来进行设计,不免有些冒进。建议按照250mm进行设计。端柱的情况因为其受力特性和柱接近,还是建议按照200mm间距进行设计。
  (三)边缘构件配箍特征值λv
  《高层建筑混凝土结构技术规程》中7.2.15条边缘构件配箍特征值λv是根据墙肢在重力荷载代表值下的轴压比确定的,以二、三级为例:当轴压比大于0.4时λv取值0.2;当轴压比小于等于0.4时λv取值0.12;两者差距接近67%。而轴压比的变化幅度是均匀的,不会出现突变,因此规范在λv取值的规定上有些不够细致,建议以轴压比0.05为增值分段,线性取值。
  三、结语:
  剪力墙广泛应用于多层和高层钢筋混凝土房屋,除框架结构外,其余如抗震墙结构、框架-抗震墙结构、板柱-抗震墙结构、筒体结构等结构体系均与剪力墙有关,所以在设计工作中应对剪力墙结构的有关问题深入了解,合理的进行钢筋混凝土剪力墙结构设计,在保障安全性的前提下尽可能提高经济性。
  参考文献:
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  [2]闭璐娜,韦喆.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用探究[J].中国住宅设施,2017(12):8-9.
  [3]杨如意.浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].河南建材,2018(02):32-33.
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