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基于剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析
摘要:随着社会的进步及发展,人们生活品质提高,对于建筑工程质量的要求也越发严格。为满足社会需求,建筑行业同样也在积极探索及创新,将更多先进的技术工艺、施工理念融合到具体工程中,从而提升建筑质量,推动该行业稳定且可持续化发展。剪刀墙结构便是近年来广受好评的一种结构设计,通过科学应用此结构,能很大程度上提升建筑综合性能,减少安全隐患。为此,文章结合实际,从剪刀墙结构设计优势为切入点分析,随后详细阐述了剪刀墙结构在建筑结构设计的具体应用情况,旨在相关内容能为有关工作者提供一定参考。
关键词:剪刀墙;建筑结构;设计;运用
在新时期下的建筑结构设计工作中,人们越发重视结构抗震效果及性能。为提升建筑结构抗震性,剪刀墙的设计开始成为此领域中关注的重点。剪刀墙结构的出现,突破了传统框架结构的限制,替代了原有的传统型结构柱梁,一定程度上保障了建筑结构受力均匀,强化了结构本身稳固性,避免出现建筑结构的变形、位移等不良现象,为人们打造出舒适安全的居住环境奠定坚实基础。近年来,关于剪刀墙结构设计备受青睐,被广泛运用到建筑工程中。在此过程中需要注意,并不是此类墙体结构设计越多越好,而是要针对建筑实际要求及形态分析。
一、剪力墙及其结构优势
剪刀墙(shear wall)又称抗风墙、抗震墙,主要是用于承受风荷载、竖向荷载(重力)、水平荷载(地震所致)的墙体。此墙体通常是钢筋混凝土做成,除此之外也有钢板剪刀墙、配筋砌块剪刀墙等。剪刀墙结构的设计优势包括:第一,经济性[1]。虽然表明上剪刀墙结构会耗费大量材料资源及经济成本,但从建筑结构整体上及长远性分析,剪刀墙具备较高安全性,能强化建筑结构的稳定,减少荷载影响。也正因如此,会减少维修养护成本,具有经济性。第二,稳定性。剪刀墙结构的稳定性,就明显强于传统框架式结构,加之钢筋、混凝土混合作用下,能减少可能出现的变形问题,强化结构稳定及美观。第三,规则性。剪刀墙的结构设计,要考虑到建筑内部空间功能后,实施科学化划分。由于此墙设计简单有规则,因此便于及时维护。
二、剪力墙结构在建筑结构设计的应用
关于剪刀墙结构在建筑结构设计的应用,以下主要从八个方面进行阐述:
(1)平面规划与定位。其一,在平面规划中,为切实体现出剪刀墙的结构性能,可沿着其主轴线方向对结构进行延伸性设计,如此能充分利用剪刀墙结构的良好承载能力,减少来自水平及竖向方向的荷载压力,保障结构稳定,避免扭曲变形[2]。同时,规划时必须重点考虑到抗震需求,通过完善结构来提升其抗震效果。若是进行矩形、T型或L型平面布局时,便可以此方式,让剪刀墙沿主轴方向分别朝着两侧进行延伸设计,若是正多边形或圆形平面布局,则采取环向等方式进行布置规划。其二,关于定位。建筑施工单位需要对剪刀墙延展性提出相关标准,设计人员则按照此要求来规划,但要注意保障结构完整性。(2)关于剪力墙数量的科合理控制。虽然剪刀墙结构对强化建筑结构承载力有着明显优势,但并不意味着实际规划中越多越好。这是由于剪刀墙结构由钢筋、混凝土制成,其整体结构密度会显著提升,虽然抗震性提升,但若数量过多,无疑会同时增加建筑结构本身重量。如今在经济不断提升背景下,建筑楼层明显增多。随着层高增加,结构稳定性会削弱,甚至可能暗藏风险影响到建筑安全。为此,在布置剪刀墙时应当按照工程要求科学化设计,合理管控其数量[3]。从而在强化结构稳定及平衡性同时,还能建设经济成本,综合提高建筑工程质量。(3)转向空间结构设计。剪力墙承重结构由横向和纵向承重板交叉分布,如此排布设计虽然能一定程度提高结构稳定性,但是却较生硬死板,会影响转折部位承重。为进一步改善剪刀墙结构在建筑结构中的性能,充分发挥出其作用,应考虑转向空间结构。可在主轴方向设置双向结构,保障墙体受力均匀,减少扭转效应。同时,要从材料的角度,有效减少剪刀墙重量。(4)截面设计。进行截面设计,旨在提升结构刚性和延展性,避免变形。具体方式是:根据建筑工程实况合理设计剪刀墙长度,避免过长影响墙肢受力。通常情况下剪力墙高宽比>3,以免发生组织脆性剪切。墙肢长度需小于8m,避免弯曲后产生裂缝。若部分剪力墙的墙肢较长,可设置洞口分割墙段,待后续施工完毕后再将此洞口填充。通过合理的分隔形式设计,有利于延长剪刀墙结构使用寿命,并充分发挥出其设计优势。(5)连梁设计及优化。连梁结构用处虽大,但易因承受荷载而变形[4]。为此,设计时必须考量到此点,合理规划连梁弯矩并做好保护,保障此结构受力平衡。设计时,也要分析到此连梁内力改变,确保变化在标准范围中,防止变形。通过对连梁设计实施优化,能达到提升其延展性目的,缓解剪力破坏作用。(6)大墙肢处理。由于剪刀墙结构具有一定延伸性,因此工程设计中需考量到此因素,可能会影响到整个结构的稳定性及寿命。为进一步避免此结构被破坏,在部分较长的剪刀墙中,要合理设计保障承载力能满足标准,并通过分层间隔的方式设计,将其设置成既定数量的墙段,将长墙肢“转变”成短墙肢,提升稳定性。此方法能避免在未来投入使用后因外力作用破坏了剪刀墙结构。而针对部分长度较短的墙体,由于弯曲后形成的裂缝小,可通过配筋优化,以提高墙体支撑力。(7)剪力墙厚度的控制与配筋率。通常情况下,剪刀墙高、宽度数值较大,但厚度相对数值小,其受力的特点如同柱形结构。其一,关于厚度设计。根据国家工程有关标准,剪刀墙厚度常与抗震等级相关。例如抗震等级一或二级,剪刀墙底部加强部位厚度应大于200mm,且其他结构厚度需超过160mm[5]。但相关规定并不适用所有建筑工程结构。设计人员要总结经验,合理设计墙肢轴压比,确保剪刀墙性能达标同时,能适当减少其厚度。其二,关于配筋率。国家规定抗震等级一、二、三级的剪力墙结构,其水平和竖直方向配筋率不低于0.25%,部分框支剪力墙底部加强位置配筋率不低于0.3%。此要求适用于长、高数值较大的结构中;但在较为低、矮的结构中,则要考虑到配筋率是否科学合理。(8)边缘构件设计。边缘构件是指构造边缘暗柱、端柱、转角墙等,是剪刀墙结构特有的。进行此类构件设计时,设计人员需要深入施工现场,分析施工图纸、方案、技术等,从而了解当前施工特点,对边缘构件进行优化。同时,设计时综合配筋特征值、墙肢长度、结构尺寸等多项参数,提升设计合理性。
结语
综上所述,在城市人口不断增进趋势下,呈现出建筑高层化的发展趋势,也促使剪刀墙结构应用越发广泛。目前,关于剪刀墙的位置、尺寸等设计内容均未建立起非常明确的标准,大多情况下,都只是单纯凭借设计人员的个人经验分析,但如此可能会导致设计出的结果和预期有所偏差,继而引发建筑质量问题及安全隐患。为此,设计人员要综合考量到剪刀墙结构设计中可能存在的影响因素,并基于建筑工程实际情况来合理调整,从而发挥出剪刀墙结构的最佳效果。
参考文献
[1]刘依宁.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析[J].中国建筑装饰装修,2022(02):102-103.
[2]李长武.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析[J].砖瓦,2021(06):110-111.
[3]吴树明.建筑结构设计中剪力墙结构的设计理念[J].工程建设与设计,2021(10):33-35.
[4]孙惠民,黄华波.剪力墙结构在高层建筑结构设计中的应用[J].住宅与房地产,2021(07):103-104.
[5]岳啸.装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计研究[J].建筑技术开发,2020,47(17):16-18.
作者简介:王鹏飞 女 汉族 本科 项目经理 主要研究方向:建筑学 结构工程等。
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