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结构设计中剪力墙结构设计的优化设计

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  摘要:文章从剪力墙结构的基本定义入手,分析了剪力墙结构设计的基本样式,并进一步对剪力墙结构方案的选择及结构的优化设计进行了具体的阐述。
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  关键词:建筑结构 剪力墙结构 设计 方案 优化
  前言
  近年来,建筑结构设计的水平得到不断的提升,在建筑的结构设计上不仅需要满足销售及居住的质量要求,同时还要求具有较好的经济适用性。剪力墙结构由于侧移较小,抗侧刚度较大,而且具有较强的抗震性能,所以在现代建筑中得到广泛的应用。但在当前建筑剪力墙结构的应用和设计过程中,还存在着一些问题,所以还需要加强对其设计方法进行优化,从而确保建筑的安全性、经济性和实用性。
  一、剪力墙结构的基本定义
  剪力墙作为建筑结构中的重要组成部分,其可以承担较强的风荷载及地震作用,所以通常也将剪力墙称为抗风墙或抗震墙。目前高层建筑较多,但在高层建筑结构设计时,则不宜将所有墙体都采用剪力墙结构进行设计,对于需要应用较多剪力墙时,则需要布置一定的筒体,这样利用剪力墙和筒体可以对水平力来进行抵抗。
  二、剪力墙结构设计的基本样式
  (一)壁式框架。这种样式的剪力墙更多的在联肢墙中进行应用,由于其洞口较大,所以墙肢的刚度往往较弱,而连梁的风度则较强,这种情况下的剪力墙在受力上表现的与框架结构更过于接近。但其与框架结构的梁柱还具有较大的不同,厚度上较小。通常上框剪结构中,壁式框架剪力墙可以进行单独设置,同时也可以利用其他一些墙体来进行设置,所以在目前的房屋建筑中壁式框架剪力墙应用的更为广泛。
  (二)整体剪力墙。整体剪力墙由于没有洞口或是只有少量的洞口,其作为建筑的主体结构存在,所以在设计时往往可以忽视洞口的存在,在现代建筑结构中作为极其重要部分,对建筑起着支撑的作用。
  (三)联肢墙。联肢墙上往往是有一列或是多列洞口存在,而且洞口的尺寸也较大,各连梁承担着主要的受力,其可以说是由于多组连梁连接起来的特殊剪力墙,而且各墙肢具有比连梁更强的刚度,所以每一个墙肢的作用都不可忽视。
  三、剪力墙结构方案的选择
  在建筑结构设计时,剪力墙的设计方案具有多样化的特点,但在确保建筑结构安全的情况下,需要选择经济性较好的方案,可以有效的降低工程的成本。特别是在设计的初期阶段,对于剪力墙结构体系、材料及构件截面尺寸的选择,都会直接影响到建筑工程的造价。
  目前高层建筑结构中,利用框支剪力墙较多,这样就可以在上部结构中可以采用短肢剪力墙结构,同时为了尽量的减少上下层在刚度上的变化,则可以适当的减少上层短肢剪力墙来减少剪力墙的刚度,而加大下层刚度,这种结构方案可以在保证整体结构安全的基础上,具有良好的经济性。
  因建筑的层数过大,对于结构的刚度要求增加,也需要结构底部具有良好的抗剪系数,控制好层部位移和顶点位移值,确保结构的安全性,所以如果利用短肢剪力墙结构则无法满足各方面的要求,使?Y构的安全性无法得到保证。
  对于层数在20层以下的住宅建筑若采用传统的现浇剪力墙结构,由于墙体多为构造配筋,各墙肢的实际轴压又一般会比计算值偏小,就会导致墙体的承载力不能充分发挥出来,而采用短肢剪力墙结构,就可以很好地解决这些问题,既加大了结构的延性,提高结构的抗震性也使得工程费用随之降低。
  四、剪力墙结构的优化设计措施
  (一)基础方案与承重构件的优化设计。剪力墙结构的基础设计方案应根据工程项目地质与水文条件,各项工艺、技术指标与相邻建筑的分布状态要进行科学、合理的规划,以最大限度发挥基础方案的实际作用,设计人员应尽量在原基础上进行相应的修订与整改。设计人员在进行实地考察后,应按照相关标准与规范进行承重构件的设计和选择,其根本目的是确保建筑主体结构的安全性、可靠性。例如:在剪力墙承重构件的设计中,必须考虑到墙体配筋率的问题,在国内现阶段执行的相关标准中明确指出:抗震等级为一、二、三级的剪力墙中,竖向与水平分布筋的最小配筋率应≥0.25%,而部分框支剪力墙的底部加强部位实际配筋率则要≥0.3%。与上世纪80年代相比,现在规定的配筋率已经明显提高,而且基本实现了与国外建筑行业要求的配筋率接轨,所以,在剪力墙结构设计工作中,设计人员在基础方案与承重构件的优化设计中,必须注重相关标准与工艺参数的合理选用,特别是要符合国家建筑主管部门出台的最新设计标准,以保证设计方案通过审核。
  (二)有效提升建筑整体结构性能。在剪力墙设计优化过程中要对其抗震性能进行强调,所以在设计时力求简单、规则,明确结构各部位受力情况,避免在灾难发手时出现局部结构受力不均衡的情况,实现对危害的有效控制。设计时要尽量避免出现结构薄弱部位,所以在设计时需要充分利用相关经验及技术参数,及时对可能产生薄弱的部位进行分析,并对方案进行修订,从而有效的提升整体结构的抗震性能。
  (三)合理应用剪力墙结构设计理念与计算方法。在剪力墙结构设计中,必须选择合理的设计方案,这是保证建筑主体结构质量的重要环节。剪力墙结构处于受弯工作状态时才能有展现良好的延性,所以,剪力墙的形式应以高细为主,如果剪力墙过长,可能形成低宽剪力墙,由于剪力墙呈现为脆性,难以满足抗震要求。因此,在剪力墙结构设计中,必须经过精确的计算,虽然国内在设计工作中已经基本实现了计算机代替人工操作,但是在部分环节的计算中仍需依靠设计人员丰富的工作经验予以解决。
  五、结束语
  目前随着建筑行业的快速发展,建筑结构设计技术得到不断提升,在进行剪力墙结构设计时,需要充分的发挥剪力墙的优势,确保结构安全性的同时,将工程成本降至最低,通过对设计的不断优化,从而确保建筑施工的顺利进行。

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