剪力墙结构的优化设计研究

傅长根

(江西科信建设有限公司,江西 南昌 330017)

随着人们对建筑要求的不断提高,剪力墙结构在高层建筑的应用中占有非常重要的地位。为了达到经济合理的效果,所以在剪力墙结构设计中,有必要从实际情况出发,根据设计要求对结构进行详细的分析,去保证剪力墙结构的安全要求以及控制剪力墙的钢含量,达到控制成本的目的。

1 剪力墙设计原则

1.1 连续性

剪力墙的作用是用于建筑构件的维护以及结构的分离,起到承载水平和竖向阻力的用处。因此,为避免剪力墙刚度变化引起的建筑侧向位移现象,在建筑剪力墙结构设计中应从上到下布置,以尽量避免刚度的突然变化出现。

1.2 对墙体进行受力分析

在设计剪力墙整体结构时,有必要对墙体的混凝土应力进行详细的分析。作为平面构件,墙体上的压力不仅包括水平弯矩和剪力,而且还包括竖向压力。因此,在剪力墙结构的设计工作中,必须充分考虑和认真分析剪力墙自身的应力,以保证剪力墙的使用效果和质量。

1.3 墙体延性

墙体的延性对剪力墙结构的稳定性起着非常重要的作用。在结构设计过程中,如果剪力墙过薄、过高,往往会由于连接梁的应力而导致严重的张拉或弯曲,从而导致剪力破坏,难以恢复。因此,在建筑结构设计中,特别是在高层建筑结构设计中,不可能采用整体强度比大于9m、高宽比小于2m的细长剪力墙。应尽量避免设置剪力墙的曲折形状。此时,可以在截面的一部分上设置一个孔,将整个墙体分割成几个生长小于9m的均匀的截面,形成连接墙,从而充分发挥剪力墙的延性。

2 剪力墙结构方案的选择

只有保证了剪力墙结构施工的安全性,才能在多种方案中做出比较选择,还应考虑工程造价可以处于最低水平,选择适合该高层建筑的结构形式。对于楼层较少的高层建筑,如少于18层的建筑,建议采用传统的现浇剪力墙结构,因为通过计算每个墙肢的实际压缩轴所得到的值很小,墙体一般都是锥形的。加筋结构,必然导致墙体承载力的提高。我们不应该充分发挥作用。建议采用短肢剪力墙结构来有效地解决这些问题。在7度区,短肢剪力墙结构用于18层以下的住宅建筑,能有效地控制水平地震剪力、结构峰值位移和周期,且控制在合理的范围内。如果高层建筑的层数大于18,最好选择普通剪力墙结构。如果短肢剪力墙结构应用于层数过多的建筑结构,其刚度将不能达到标准,还会影响结构的安全性能。

3 剪力墙结构在建筑结构设计中的应用要点

3.1 科学开展平面布置工作

在剪力墙结构设计中,要对其平面布置进行科学的设计。通常应遵循对称原理,墙体结构的重心和刚度可以充分结合以减小误差,而剪力墙结构可以承受各种力达到平衡状态。在设计工作中,剪力墙结构应沿主轴方向、两个或两个以上的方向进行布置和设计。同时,为保证剪力墙结构抗震设计的有效性和科学性,应减少单向墙设计。另外,为了提高建筑工程的安全性能和施工质量,降低工程造价,还应降低墙侧阻力的刚度。这是因为如果刚度增加或过大,很有可能导致墙体重量逐渐增加,进而导致框架和剪力墙结构的支撑。支持不能充分发挥。剪力墙结构的刚度设计一般由以下公式计算,即T=(0.05-0.06)n,其中n表示建筑物的层数。

3.2 剪力墙结构设计厚度与长度的科学确定

在剪力墙结构设计过程中,应科学地确定剪力墙结构设计的厚度和长度：(1)根据有关抗震规范的要求,当建筑物的抗震等级为一级或二级时,剪力墙结构的厚度应控制在剪力墙结构底部200mm。但剩余面积的厚度应控制在160mm,但1/16必须超过地面高度。在具体的设计工作中,如果建设项目情况特殊,则应进行概念设计分析,充分有效地控制墙肢轴压比,从而增强墙体的整体连接性,减少墙肢轴压比。墙的实际厚度。(2)为了确定墙上腿的长度,有必要控制墙腿的长度小于8米的剪力墙结构,因为高度的截面剪力墙结构的长度等于墙上的腿。应避免剪力墙结构的脆性剪切破坏。对于高剪力墙结构,长宽比通常大于2,设计者可以将其设置为具有弯曲破坏的延性剪力墙结构。

3.3 科学设计约束边缘构件

在剪力墙结构中,边缘构件主要由约束边和无约束边组成。与约束边剪力墙构件相比,无约束边剪力墙构件的楼板位移角一般发生变化,结构的抗震性能基本相同。矩形截面的极限承载力可降低40%,剪力墙结构的可靠性和稳定性也可能降低。通常,边缘构件的形状应根据轴压比和剪力墙结构的等级来确定。

3.4 连梁结构设计

剪力墙连接梁是剪力墙中的连接梁,它能够平衡墙腿的荷载,稳定和约束剪力墙。因此,剪力墙耦合梁装置在剪力墙整体结构中起着极其重要的作用。剪力墙的截面尺寸和高度往往受到多种因素的影响。如果设计不合理或不科学,将影响整个剪力墙的结构设计。因此,在设计剪力墙连接梁结构时,设计者应按照相关规定降低剪力墙连接梁结构的刚度,但需要增加剪力墙连接梁结构的整体跨度,降低剪力墙连接梁结构的剪力高度。为了降低建筑结构的刚度,减少地震带来的影响。

4 剪力墙优化设计措施

4.1 合理应用剪力墙结构设计理念与计算方法

剪力墙的结构设计,需要根据荷载标准要求,使用相对应的方案进行设计,只有这样才能保证剪力墙的良好的伸缩性,剪力墙形式应以高而薄为主,如果剪力墙过长,可能形成低宽度的剪力墙,因为剪力墙具有脆性,很难满足抗震要求。因此,在剪力墙结构的设计中,必须对其进行精确计算。虽然在国内的设计工作中,计算机已经基本取代了手工操作,但一些环节的计算仍然需要依靠设计人员的丰富经验来解决。为了提高结构设计工作的效率和质量,设计者应合理使用现代设计计算工具,并根据自己的想法和经验作出双重判断。在剪力墙结构的优化设计中,为了保证计算结果的可靠性,在实际的相关构件的计算中,必要时可以进行结构试验。

为了使框架最大楼层剪力Vf,max≥0.2FEK,剪力墙的数量不宜太多,因此刚度特征λ需满足：λ≥1.15.一般框架剪力墙结构中,框架的最大楼层剪力：Vf,max=(0.2～0.45)V0,在该范围内较为合理。

综上所述,框架楼层剪力应满足：

0.2V0≤Vf,max≤0.45V0

4.2 基础方案与承重构件的优化设计

在进行剪力墙结构设计前,应当先对现场进行考察,提前发现现场的一些质量和安全问题,及时考虑进设计方案中。根据工程地质水文条件、技术指标和邻近建筑物的分布情况,科学合理地规划剪力墙结构的基础设计方案,以最大限度地发挥地基的实际作用。设计师应尽最大努力修改和纠正原有的基础。经过现场调查,设计人员应根据有关标准和规范进行承重构件的设计和选择,其根本目的是确保建筑物主体结构的安全可靠性。

4.3 有效提升建筑整体结构性能

剪力墙结构的基本功能是防止地震。在设计优化过程中,应遵循简单、规则的基本原则,以减少地震作用下剪力墙结构的压缩效应。在剪力墙结构的设计中,必须注意结构的应力状态,避免地震或其他灾害中局部结构的不均匀应力,有效地控制其危害。在剪力墙结构设计中,应尽量减小结构的薄弱部位,以避免结构薄弱的局部承载力。在设计剪力墙结构时,有必要根据设计人员的前期工作经验和相关技术参数,准确地分析结构的薄弱部位,认真修改设计方案,采取相应的技术措施来改善剪力墙结构的抗震能力。

5 结束语

简而言之,剪力墙在建筑中起着维护建筑整体的安全及质量的作用,它它承担着建筑物的横向及纵向荷载。所以,在建筑工程设计中,应加强主剪力墙结构设计,有效提高建筑物的抗震性能和整体质量。实现中国建筑业的可持续发展。