剪力墻結構設計論文范文
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第1篇
通常來說，一般剪力墻結構的建設規模較大，可實際厚度較小。因此，這種特點也決定了剪力墻結構的具體形狀以及承受能力的大小。其中，剪力墻結構的組織形狀相似于板狀，自身具備了較高的承受能力，與柱子的受力程度非常相似。然而，在其他方面上，這兩者有著十分明顯的差異。并且，剪力墻結構是建筑結構中不可或缺的核心部分，設計人員在對其進行設計時，不僅要充分發揮剪力墻結構固有的承載力大和平面內剛度大的優點，還應該按照不同場所要求，設計出科學合理的剪力墻結構設計方案，使其發揮最大化的使用性能。
1.2剪力墻結構的分類
（1）雖然實體墻與截面剪力墻在某些方面，有著較大的差異。可是，這兩者的開通面積與不開通面積是基本相同的。并且，這種剪力墻結構形式在發生變化時，也是呈現了曲線狀態，是一種固定不變的形態。
（2）即使剪力墻開口不大，但因為剪力墻開通面積已經遠遠超出了規定范圍。所以，此時的剪力墻結構呈現的是彎曲狀態，并且無任何的阻擋點，從而導致其位置和形態均發生了不同程度的變化。
2.剪力墻建筑結構的厚度和長度的選取
剪力墻墻肢截面的高度就是剪力墻墻肢的長度，這個長度一般不應超過8m。在剪力墻結構設計中應確保剪力墻結構的延性，為了避免脆性的剪切破壞，可將高寬比大于2的細高剪力墻設計成彎曲破壞的延性剪力墻。但是有的墻體長度很長，為了確保墻體的高寬比值大于2，就要采取開設洞口的方法將長墻分成均勻的、長度較小的連肢墻，而其洞口則最好采用約束彎矩比較小的弱連梁。
3.剪力墻建筑結構設計計算的原則
設計人員在對剪力墻結構進行設計時，應該遵守相應的設計原則，真正做好考察工作，堅決不可以采用盲目的設計方法。只有這樣，才能確保剪力墻結構設計的規范性，這也是保證建筑結構安全可靠性的重要表現。
3.1樓層之間最小剪力系數的調整原則
一般情況下，為了防止安全隱患的發生，減輕建筑結構的自身重量，設計人員在對建筑工程進行設計的過程中，可以采用減少剪力墻布置的方法。但是，這種設計形式有一個必要的前提條件，那就是短肢剪力墻的力矩必須保持在規范的標準要求內。同時還可以應用大開間的剪力墻結構，以此來提高建筑結構的強度，充分保證樓層剪力系數的安全性，并從一定程度上，大大降低了工程造價成本。
4.剪力墻結構優化設計的幾點建議
我們知道，剪力墻結構作為建筑結構設計中至關重要的一個環節，其設計質量的好壞將會對建筑工程建設質量產生非常大的影響。而這種建筑結構形式因為具備較高的強度以及良好的延展性的優點，因此得到了十分廣泛的應用，充分發揮了自身的有效價值。但是，在實際應用過程中，由于建筑工程存在很多的不確定性，當剪力墻結構發生明顯的變化狀態時，常常會受到一些外力因素的破壞，使得剪力墻結構的抗震性能遭到了一定的影響，同時也大大降低了建筑結構的穩定性。一般情況下，剪力墻結構最大的優點是具備了十分理想的承載能力。并且，在剪力墻結構的側面部分，也擁有著較大的平面內剛度，這就充分保障了建筑物的安全性。另外，在建筑內部的剪力墻結構設計中，石柱與房梁都是隱蔽起來的，有效的提高了建筑室內的美感。但是，剪力墻結構也存在著較大的缺陷，無法為人們提供更多的可利用空間，經常會給人們的日常生活造成許多的不便。通過相關調查數據表明是剛韌性較強的剪力墻，在地震發生時，房屋所受到的損壞是最小的。但是，建筑設計人員一定要注意將其控制在合理的范圍內，不允許其隨意的擴散發展。從而確保剪力墻結構設計工作的質量和效率。其次，由于剪力墻結構成本費用較高，這無疑會對建筑工程建設成本上造成一定的壓力。因此，建筑企業要采取及時有效的解決對策，盡可能減少工程成本的浪費，促剪力墻結構能夠正常運行。
5.結束語
第2篇
【關鍵詞】建筑結構；剪力墻結構；應用分析
1引言
高層建筑是城市重要組成部分，建筑可以美化城市，而有一些標志性建筑甚至在某種意義上代表了這座城市城市，例如如廣州的小蠻腰和上海的東方明珠塔，都是國際性大都市的標志。因此，城市和建筑互相依賴，彼此生存。如今，土地資源稀缺，高層建筑已成為城市建設的主體，是城市生活的主流建筑，也是當代建筑的發展趨勢。隨著人民生活水平的不斷提高，對居住舒適性的要求也有所提高，特別是對住宅公寓的要求越來越高。剪力墻結構的壁厚與填充墻、平面的厚度是一致的，保證室內無框架柱突出，可有效提高空間利用率，因此，高層住宅剪力墻結構應用的十分廣泛。
2建筑結構設計中剪力墻結構概念方案布置
剪力墻結構概念方案布置是進行剪力墻結構設計的前提，而布置設計的合理性與否對整個工程造價有很大的影響，下面對剪力墻結構布置進行簡單的介紹。剪力墻布局應沿兩個主軸方向雙向進行布置，盡量做到分布均勻，這種安排，能夠讓兩軸剛度盡可能接近。剪力墻集中布置會導致結構載荷中心和剛度中心偏移，造成較為嚴重的扭轉效應。剪力墻的分散布置會導致梁板跨度加大和剛度分布不均勻，而在跨度增大時，會增加結構的重量，增加地震效應，從而增加工程造價；另一方面，剪力墻間距太大，以致于單片剪力墻承受荷載過大，增加了軸壓比，從而對剪力墻延性設計產生影響。以及結構在不規則的地震扭轉薄弱部位凸起后形成棱角。扭轉大變形導致扭轉破壞。因此，考慮剪力墻平面布置，應單獨布置，并用對角線局部加強。在平面角部盡量布置L形墻肢，還可采取設置端柱及轉角部位樓板中設置暗梁等構造措施進行加強，以達到提高其扭轉剛度的目的。剪力墻豎向布置宜沿房屋高度通高布置、上下對齊、連續布置，墻厚及墻長沿高度宜均勻變化，以達到豎向剛度逐漸變小，從而能夠有效避免豎向剛度發生突變情況。這樣既經濟又能滿足承載力、側向變形的要求。因此，剪力墻結構的布局對整個結構的合理性和經濟性有直接的影響。目前，結構的經濟性已成為結構設計中必須考慮的因素。在滿足安全的前提條件下，最大限度地利用有限的資源，是結構工程師要去探索的問題。因此，在合理布置剪力墻的前提下，盡可能節約經濟，降低工程造價。而對于結構的關鍵部分或者計算模型與實際情況不相吻合的部分，至少使用兩種不同結構軟件進行了分析計算，并進行了圍護結構設計，加固了結構。在概念布局的早期階段，結構設計師應與建筑師密切合作，確定合理的安排以避免不規則或嚴重的不規則的平面與立面。實現技術先進，安全適用，經濟合理的總體設計，達到降低總成本的目的。
3剪力墻的特征及其種類
從整體上來說剪力墻的特點有下面幾點，其側向剛度很強。還有一個相對比較小的側移，如果發生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墻結構的應用中，室內墻體很平整，但剪力墻結構，在施工的時候需要很多環節，所以造價相對較高。如果按照剪力墻結構開洞與否可分為以下幾種：小開洞剪力墻、壁式框架、實體墻、雙肢或多肢剪力墻等。這些剪力墻各有不同的應用特點，每個結構設計人員應針對具體的建筑結構，選擇合適的剪力墻結構形式。
4建筑結構設計中剪力墻結構受力分析
剪力墻結構設計有自己的設計原理及其原則。由于剪力墻通常比普通墻的厚度大且寬，所以它的特征比較像板，但是還是有一定的區別，剪力墻通過壓彎構件計算，板根據彎曲構件計算。因此有必要在結構設計分析中考慮到具體的設計差異。此外剪力墻墻肢長度，壁厚范圍都有自己的特點，當高度和墻段比厚度小于或等于4，應按框架柱的結構設計；當墻肢截面高度與厚度之比大于8時，使用一般剪力墻；當墻肢截面高度與厚度之比在4~8之間時，則要使用短肢剪力墻，這些也是剪力墻的結構設計的基本原則。剪力墻結構由一系列縱向剪力墻和橫向剪力墻以及由空間結構組成的梁板組成。在兩種負荷的主要：一是豎向荷載，豎向荷載主要是梁板傳來的活載、恒載、豎向地震作用及剪力墻身自重；其他主要是水平荷載，地震作用和水平風荷載。剪力墻內力和變形分析包括承載力極限狀態和正常使用極限狀態分析。在極限承載力狀態下，剪力墻在各種工況下不受破壞，能安全承受重力荷載。在正常使用極限狀態下，結構變形滿足規范要求，在滿足設計要求的基礎上結構經久耐用。框架結構的變形主要是剪切變形，剪力墻的變形主要是彎曲變形。為了實現剪力墻的彎曲破壞的延性破壞模式。《高層建筑混凝土結構技術規程》中有規定，墻的長度最好不要超過8m。事實上，有兩個主要因素影響剪力墻的破壞模式是軸壓比和剪跨比，只要軸壓比小于規定的限值而剪跨比大于2，可以實現延性破壞模式。當剪力墻的長度超過8m時，盡可能在墻體中部開洞，形成一個雙墻肢，通過弱連梁連接，一般來說剪跨比也會大于2，可以滿足延性破壞的要求。在地震作用下，通過連接梁的能量，梁端首先進入塑性變形，形成塑性鉸，使梁成為抗震的第一道防線。
5連梁設計
高層住宅剪力墻結構，由于墻長較長時通過開洞或剪力墻平面內梁跨較小形成連梁，如果出現跨高比較小的連梁，在計算過程中，容易產生過度抗剪的連梁，通常有以下解決方案：①增大連梁的截面積，可以增強連梁本身的抗剪能力，但梁的剛度相應也會增加，吸收的地震力也會增加，只能增加有限的抗剪承載力。在梁寬固定的情況之下，可以使用加高梁高的方法；當梁高是一定的，可以擴大梁寬，增大斷面的連接剛度，但寬度對連梁剛度貢獻較小，僅是一個線性關系，使得分擔剪力的增加值小于抗剪力的提高值。②調整設計內力，在提高連梁截面對提高抗剪承載力沒有影響的狀況下，可人為的降低連梁的剛度，來控制剪切力的分配比例，并解決了連梁的抗剪性能問題。最簡單的控制方法是在計算參數選擇時，通過調整連梁剛度折減系數，只有在采用內力配筋計算時才可以。在整個計算和非地震荷載作用下，連梁的剛度不會降低，連梁應具有足夠的抗彎承載力和抗剪承載力，以滿足正常使用的要求。對于跨高比大于5的連梁，應根據設計的框架梁，滿足框架梁的要求。③可作水平縫從而形成雙連梁、多連梁或其他結構措施，以提高抗剪承載力，如設置交叉暗支撐等措施，以提高連梁的抗剪承載力。
6結語
中國的國民經濟和建筑結構設計整體水平與發展規模都在提升，高層建筑將成為現代建筑的主流。剪力結構在側向剛度、側向變形等方面具有一定的優勢，在高層建筑中得到廣泛應用。因此掌握剪力墻結構的特點，對剪力墻結構設計有很好的把握。我們要從設計的基本原則出發，設計更加經濟合理的剪力墻結構。因此建筑結構設計人員要根據剪力墻結構設計原理有明確的認識，同時，不斷從設計實踐出發來推動中國建筑業整個工藝設計水平的提高。本文從剪力墻結構設計的概念開始。就建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用進行了介紹，希望以此促進行業發展。
參考文獻
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第3篇
湖南株洲某住宅小區由多棟多層和9～15層小高層住宅組成,框剪結構,總建筑面積為120000m2。以地上9層小高層為例,標準1層結構單元見圖1,層高3m;9層上有個躍層為第10層,局部突出屋面部分為電梯機房。建筑總面積為4337.18m2,建筑總高為27.600m。本工程建筑結構的安全等級為二級,抗震設防類別為丙類,按6度設防,地面粗糙度為C類,場地土類別為Ⅱ類。
2結構方案布置分析與選擇
原結構方案采用一般的剪力墻結構,這種結構形式對于房屋高度不太大的小高層建筑來說,這種結構會造成剛度過大,重量增加,導致地震反應過強,使得上部結構和基礎造價提高。所以,為了有效提高經濟指標,經多方案論證,決定采用短肢剪力墻結構體系。
短肢剪力墻結構是指墻肢截面高度為厚度5～8倍的剪力墻結構,和一般剪力墻相比,這種結構型式的優點在于:
1)墻肢較短,布置靈活,可調整性大,容易滿足建筑平面的要求。
2)減少了剪力墻而代之以輕質砌體,結構自重相應減輕,從而減小結構整體剛度,增大振動周期,降低地震作用力。
3)墻肢高寬比較大,延性較好,對抗震有利。
4)連梁跨高比較大,以受彎破壞為主,地震作用下首先在弱連梁兩端出現塑性鉸,能起到很好的耗能作用。
5)墻肢的承載力得到了較充分的發揮。
目前,《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2002已對短肢剪力墻結構的設計作出了規定。
在本住宅結構平面布置中,盡量使結構平面形狀和剛度均勻對稱,短肢剪力墻雙向布置,盡量拉通、對直,豎向布置中,力求規劃均勻,避免有過大的外挑、內收,以及樓層剛度沿豎向突變,使整個房屋的抗側剛度中心靠近水平荷載合力的作用線,以免房屋發生扭轉。
根據建筑的平面布置,在房間、樓梯間、電梯間的四角,采用Z形、L形、T形或異形的墻肢。在設計過程中還應注意同周期的關系,使結構的第一自振周期避開場地土的卓越周期,以免地基與結構形成共振或類共振,既保證結構在風和地震荷載作用下的變形控制在規范允許的范圍內,又要保證建筑物有相對合理的自振周期,做到結構設計經濟、合理且實用。
本方案根據上述分析并經過多次調試,得到了4種結構方案,結構平面布置見圖2。剪力墻截面厚度同相鄰砌體填充墻厚度均為100mm。剪力墻、梁混凝土強度等級為C30。板的混凝土強度等級均為C25。主要連梁的尺寸大都為200mm×400mm。標準層樓板厚度為120mm,頂層樓板厚度為150mm,有別于肢長肢厚比不大于4.0的異形柱,短肢剪力墻的肢長肢厚比按規范要求控制在5~8范圍內,一般剪力墻的肢長肢厚比均大于8。值得注意的是,對肢長肢厚比為4~5范圍內的墻肢,目前規范尚無明確條文規定其構件類型,故設計時建議不要采用。
由于原方案的剪力墻過多,使底部剪力過大,使結構很不經濟,同時布置了少量鋼筋混凝土柱子,使結構不是很合理。故方案1在一般剪力墻結構的基礎上去掉了構造柱并減少了少量的剪力墻(見圖2a)。
在方案1基礎上適當的減少一些剪力墻,從而使方案更經濟,在調試過程中由于F軸剪力墻較少,從而使電梯間X方向的剪力墻承受過大的剪力造成超筋,故把電梯間X方向的剪力墻開洞口,使結構X向的剛度減少。(見圖2b)
方案3是在方案2的基礎上改善了Y方向的剛度,使兩個方向的剛度相接近,使結構更合理且均勻對稱(見圖2c)。
在方案3的基礎上把Y向的一些T型剪力墻變成一字型,雖然在多層、高層住宅設計中剪力墻結構應盡量避免一字型,但由于該結構的實際情況,所以采用了部分一字型(見圖2d)。
3上部結構設計計算結果分析
3.1計算結果分析
從構件力學特性上來說,短肢剪力墻的肢長與肢厚比≥5.0,更接近于剪力墻,故計算時將短肢剪力墻作為剪力墻而不是柱考慮應更合理。因此,結構整體計算采用中國建筑科學研究院開發的SATWE程序(2003年版)進行。SATWE采用的是在每個節點有六個自由度的殼元基礎上凝聚而成的墻元模擬剪力墻墻元不僅具有平面內剛度也具有平面外剛度,可以較好地模擬工程中剪力墻的真實受力狀態,計算結果較精確;同時,對樓板SATWE可以考慮其彈性變形。雖然主樓結構平面較規則,立面也無剛度突變現象,但由于剛度較大的電梯井處筒體有點偏置,會產生扭轉的影響,為了計算準確,地震作用計算考慮了結構的扭轉耦聯和5%偶然偏心的影響,取了27個振型計算。
1)自振周期的控制
考慮扭轉耦聯時的自振周期(計算時自振周期折減系數取0.8)如表1(只列了前6個)所示。從表1可得,方案4結構扭轉為主的第一自振周期T3=0.9959s,平動為主的第一自振周期T1=1.1656s,T3/T1=0.854<0.9,滿足(JGJ3-2002)
第4.3.5條的規定。
2)結構位移的控制
最大層間位移角(應≤1/1000)、最大水平位移與層平均位移的比值(不宜大于1.2,不應大于1.5)及最大層間位移與平均層間位移的比值(不宜大于1.2,不應大于1.5)見表2。從中可以看出,結構在風荷載和地震作用下的位移均能很好地滿足規范限值。
3)剪重比控制
剪重比是反映結構承受地震作用大小的指標之一,地震力計算不能偏大,但也不能太小。因為短肢剪力墻本身抵抗地震的能力較差,如果短肢剪力墻分配的地震力太大,則很有可能不滿足要求。本工程X方向的最小剪重比為4.50%,Y方向的最小剪重比為4.62%,根據“抗震規范”(5.2.5)條要求的X、Y向樓層最小剪重比均為3.20%,所以各層均滿足要求。
4)軸壓比是體現墻肢抵抗重力荷載代表值作用下的能力,“規范”對短肢剪力墻(尤其一字墻肢)要求更高一些。上述工程出現的短肢剪力墻軸壓比在0.20~0.45之間,軸壓比小于規范規定值。
3.2短肢剪力墻結構經濟性分析
為了與工程實際情況相符,假設混凝土的成本與混凝土的體積成正比,鋼筋的成本與鋼筋的體積成正比。在總造價上,暫不考慮模板及樓板等工程的造價影響。材料的單方造價混凝土為430元/m3,鋼筋4200元/t。表4為方案的經濟指標匯總,由表4知,方案4比一般剪力墻結構在總造價上要節約17.8%,使材料得到了充分的發揮。
4結語
本文針對小高層住宅的結構特點,采用短肢剪力墻結構,在比普通剪力墻結構方案節省投資17.8%的情況下,使結構受力更合理,整體變形能力和結構吸能能力對抗震更為有利。本工程剪力墻結構的薄弱環節是建筑平面外邊緣及角點處的墻肢,因而設計時在以上部位布置L型或一字型短肢墻,受條件所限也出現了少量一字型短肢墻,設計時嚴格控制其軸壓比<0.6,且相差不應太懸殊,避免墻肢應力差異過大。高層建筑中的連梁是一個耗能構件,對抗震不利。多、高層結構設計中允許連梁的剛度有所下降。但應注意短肢剪力墻結構中,墻肢剛度相對較小,連接各墻肢的梁已類似普通框架梁,而不同于一般剪力墻間的連梁,不應在計算的總體中將連梁的剛度大幅下調,使其設計內力降低,應按普通框架梁的要求進行設計。
參考文獻:
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