剪力墙设计在建筑工程结构设计中的运用分析

崔 莹

(山东华邦建设集团有限公司 山东 潍坊 262500)

建筑设施结构的设计合理性需要得到重视,才能在后续建筑的整体施工质量方面展现良好效果,现阶段部分建筑中所使用的剪力墙结构,在参与设计时可能会受到设计及参数等多方面影响,需要在设计过程中注意控制各方面要点,尽量在保持建筑施工质量的基础上,选择最佳设计方案指导施工,可有利于提升建筑结构的承载性能。

1 剪力墙结构设计中的问题

剪力墙刚度较大,比较容易满足在地震或者强风作用下结构的位移限制,在地震情况下所受破坏性小,通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围内的塑性滨兴分散地震能量,提升结构的受力程度,降低对其他结构的抗震要求,尤其在抗震要求较高的地区抗震优势更加突出,但在实际的剪力墙结构设计中仍然存在一些问题。

1.1 存在设计原则问题

剪力墙结构的设计工作应在开展时结合实际原则,将整体建筑设施构造性能与实际强度作为重要的开展基础,在部分建筑项目中可能会出现不规则的结构等情况,主要是在设计人员的工作中存在忽视问题,没有重视相关特殊因素的影响作用,最终设计方案的合理程度难以得到保证。在无法保证构件施工质量的基础上,建筑设施可能会在后续使用过程中逐渐暴露出安全隐患。此外在进行结构假设中,由于多种不确定因素的影响,可能会导致模型结构产生较大的使用差异。建筑结构设计者在结构的布置上,仅仅搬照计算机的点算模型结果来完成结构设计,在一定程度上会造成结构设计的不合理以及建筑工程成本的提高。

1.2 结构计算参数标准存在问题

剪力墙结构设计在开展过程中,需要使用相应数据完成计算工作,在进行推算时对其质量系数提出了相关要求,必须要在超过最初设定数值的基础上才能确保其合理性。比如振型数的设计通常会受到建筑类型影响,在部分多塔类型的进行计算时会出现数值变化,同时在实际配筋率的数值计算方面可能存在误差。这类问题的出现都会降低最终设计效果,影响到实际建筑的抗震能力[1]。

1.3 连梁问题

在各类墙肢平面的连接过程中,需要使用连梁发挥连接作用,由于其在整体跨度和截面面积方面具有一定使用优势,在受到跨度小但横截面积大的影响下,通常需要承担地震及风力的作用力。由于其在使用过程中会出现较为突出的内作用力,所以需要在对剪力墙的刚度当数值进行计算时,需要结合独立墙肢的平面实时受力情况,才可得到有效分析结果。剪力墙结构在开展连梁设计工作时,通常受到其精确程度要求较为严格的影响,施工时容易出现连梁超筋等问题,无法真正实现建筑所提出的稳固要求,从而形成较为严重的安全隐患,所以工作中面临的实际难度较高。

2 设计要点

2.1 提高设计方法的合理性

建筑工程结构设计工作在开展阶段,需要保证剪力墙设计在设计方法及结构布置合理程度等多方面,得到多项工作的必要支持,才能确保最终设计方案在抗震性方面达到良好程度。设计方法的选用是保证剪力墙设计质量的重要基础,需要设计人员根据建筑的实际质量要求,结合工程整体强度和安全性要求选择设计方案。

在选择设计方法时,考虑到剪力墙结构所具有的良好延展性,为在保持受弯的工作状态下得到良好发挥,可以在设计中要求其保持宽细状。但需要注意的是,如果实际长度过长则会影响到建筑工程的抗震效果,从而形成低宽剪力墙影响到最终设计质量。另外在设计人员选择设计方法时也要借助计算机的辅助功能,才能在经过大量计算和实践后得到更多精确数据,分析定制现有问题的有效解决方案。从而真正在克服多种形式影响的情况下,确保最终结构体系得到合理布置,在提升方案设计水平的同时,保证剪力墙结构的稳定性达到工程质量要求[2]。

2.2 提高结构布置的合理程度

优化提升剪力墙设计,首先要在结构布置方面进行合理控制,才能确保最终建筑工程结构稳定安全。比如设计人员在设计剪力墙水平方向时,需要保证剪力墙平面设计的对称效果,才有可能将重量核心及刚度核心进行结合设置,实现减少扭距出现概率的目的,同时还能够在完成设计后,对其所具有的抗震性能起到提升效果。

除此之外,为进一步提升设计效果和抗震性能,也可在方案中进行适当调整,如果可以减少单向设计,可以在一定程度内有效提高抗震效果,同时能够避免出现扭矩现象形成干扰影响。为在完成结构布置工作后,可使其整体强度满足工程要求高,应在侧向刚度方面进行合理调整,应达到一定良好标准,才可实现提升抗震效率的目标。剪力墙在结构设计中所具有的特点,会在应用范围出现扩大化影响的情况下得到展现,考虑到其平面内部具有较强刚度及承载能力,但容易出现剪切变形等问题,因此应在整体方案中进行适当完善。

必须要采取相应措施才能使所有结构真正发挥使用价值,在保持设计具有经济合理性特点的情况下,可在原材料和技术方面进行优化提升,可适当起到降低造价的作用[3]。

2.3 进行延伸性处理

这一工作的开展情况是否科学合理,对后续剪力墙的整体承重效果具有一定影响作用,主要是由于剪力墙在自身的结构特点中,存在较好的延展性,所以在进行整体设计时,也应注意在施工过程中注意保持这一特点,从而真正提高整体效果,保持良好的耐久性优势。

除此之外,为了尽量减少相应破坏问题的出现概率,在延展线的处理过程中进行合理控制,才能有利于保持其承载能力可达到要求范围。设计方法应保持匀称,在保持上下连贯并具有对称效果的情况下,才能保证其整体具有支撑效果,需要逐渐整体设计方案中注意其可靠性,尽量避免出现设计偏差,才能保证整体设计方案具有可实施性效果。

2.4 注意强度和性能的提升

在整体结构的设计方案中,强度和性能是设计人员工作中的重点把控内容,尤其是在相关政策规定方面,相关机构所定制的《高规》中提出了更高要求,需要在设计施工时得到可靠保障效果,因此在剪力墙分布筋的配筋率方面,需要保证水平和竖向的抗震效果均达到使用标准。尤其是在非抗震设计和四级抗震设计中更加需要注意,应在数据的控制保持方面符合相关比例,大致应在20%以上才可达到应用效果。在1～3级抗震效果设计中,设计人员也应根据实际情况控制数据比例,从而在完成最终施工方案后,可保证工程抗震强度达到最佳标准,在实用性能方面也可得到有效提升。

除此之外,在相应这些规范中也对设计人员提出了相关要求,在提升强度和性能时需要注意优化剪力墙的承载能力,通过对边缘和构造边缘的剪力墙构件进行控制约束,可以在有效提升其抗震效果和承载能力的同时,使整体设计方案的合理程度得到提升。

2.5 调整剪力墙的厚度和长度

剪力墙的厚度在逐渐增加的过程中,也可使连梁的截面宽度出现上调,可以在整体结构中逐渐增加刚度,在此基础上需要注意连梁的抗剪承载力和宽度,应在经过合理调整后形成正比[4]。基于剪力墙的结构设计原则,剪力墙的厚度也需要遵循一定的标准和规范。

根据建筑抗震的有关数据和资料规定,剪力墙结构的厚度和长度需要随着地震等级系数来灵活调整。比如有关规定,为了保障剪力墙结构的稳定性以及抗震性,要求剪力墙结构的厚度一般要小于200 mm,相应的高厚比要小于六分之一。

换句话说,建筑物的剪力墙结构厚度小于200 mm 的同时高厚比也要灵活的进行调整。一旦建筑物的剪力墙结构厚度和长度比值不均,在不满足条件的情况下,就要采取L、T 行界面剪力墙来代替一字剪力墙,确保剪力墙结构尽可能满足设计构造的要求和原则。

2.6 提升混凝土的等级

混凝土的等级决定了剪力墙的实际抗剪承载能力,混凝土等级的提高,在一定程度上虽然减少了了钢筋的使用量,但是这个减少的效率比起混凝土成本的提升和施工质量、水平要求的提高增加了一定的成本,经济意义不是很大,因而除非有特殊的情况,否则在设计方或者是施工方都不会愿意使用高等级的混凝土。

所以在进行选择时,需要根据工程实际要求选择混凝土的等级类型,尽量提升混凝土的抗剪承受能力,才能在施工后尽量保持建筑稳定性。

提高混凝土的等级也有多种措施,比如采用高强度等级的水泥,通过提高水泥强度来达提高混凝土强度的目的;降低水灰比,该方式是提高混凝土强度的有效措施,降低了混凝土拌合物的水灰比能够减少硬化混凝土的孔隙率,有效增加水泥与骨料之间的粘度,因而需要一定的技术措施来处理;另外还有湿热养护、混凝土的龄期调整以及掺加外加剂来改进施工工艺等等途径提升混凝土的强度等级。

2.7 增强底部设计

在对建筑物进行抗震设计时,为了保障剪力墙的底部塑性铰具有足够的延性,进一步提升抗剪切破坏能力,就要对塑性铰部位加强抗震措施,比如进行边缘构件设计,边缘构件设计大致分为约束边缘构件以及构造边缘构件,此类方式加强了该加强的部分,减轻了该减轻的部分,使得剪力墙的设计更加趋于合理。剪力墙的底部塑性铰出现通常有一定的范围,为了安全起见,在底部设计时部位范围适当扩大。底部高度在进行提高时所选的值,来自于两层底层与墙肢总高,由于剪力墙高度可能过大,如果在高层建筑中进行设计,需要在超过150 m 位置时将高度控制在墙肢的10%左右。

2.8 控制配筋设计

在建筑物的主体造价中剪力墙的配筋控制起到关键性的作用,与高层建筑物的结构设计相比,一般剪力墙的配筋都是按照规范规定的最小配筋率来构造配筋,配筋设计需要根据剪力墙厚度进行计算,在符合设计规范的情况下具体选择,可以有效的控制剪力墙的墙身钢筋用量,采用优良的钢筋材料是进场前首先要做好的工作。

钢筋材质的选择非常重要,其各类合格证明等材料需要要个检查清楚,确保合格的钢筋才可以进入施工场地。

剪力墙结构在配筋时应该将水平钢筋设置在外侧,而垂直钢筋则设置在内侧。比如在墙体厚度并未达到14 cm 时通常会使用双排配筋,如果墙体厚度达到70 cm 左右时则使用三排配筋,通过这种方式可以使主筋受力较为均匀。除此之外还要注意对剪力墙结构连梁的合理设计,连梁对剪切变形十分敏感,很多情况下可能会出现超筋的现象,比如可以通过降低连梁截面的高度或者塑性条幅来减少剪力的设计值。

3 结语

当前建筑行业的快速发展,大量建筑项目在方案设计中提出了更高要求,因此,应在原本的建筑结构中进行适当调整,从而真正起到优化建筑结构,合理使用剪力墙结构设计的主要目标。在合理利用这一建筑的使用优势后,可在建筑的整体稳定性和抗震效果方面达到良好标准,使建筑项目在后期使用阶段保持良好质量水平。