摘要：建筑設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用, 使建筑設(shè)計延展性及使用效能得以大幅提升, 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件, 積極進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析對提高建筑設(shè)計效能具有重要意義。本文將按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn), 對建筑剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用概念及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容逐一分析, 以此為現(xiàn)代建筑工程設(shè)計更為科學(xué)的運用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計保障建筑質(zhì)量提供部分參考性建議。
關(guān)鍵詞：建筑; 設(shè)計; 剪力墻; 結(jié)構(gòu); 研究;
0、 引言
現(xiàn)今, 高層建筑建設(shè)應(yīng)用逐步成為現(xiàn)代建筑建設(shè)發(fā)展的主要方向, 為更好地適應(yīng)建筑市場發(fā)展環(huán)境, 提高高層建筑質(zhì)量, 做好建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)分析研究尤為必要, 尤其是針對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計探究, 是解決現(xiàn)代高層建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性等有關(guān)問題的有效途徑。
1、 建筑設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計概念
剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計概念的提出有效解決傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)強度不足及延展性不高問題, 使建筑工程技術(shù)應(yīng)用從傳統(tǒng)的技術(shù)工業(yè)建設(shè)轉(zhuǎn)向現(xiàn)代機械建設(shè)。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑混凝土工程技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容, 相比于其余種類鋼筋混凝土施工技術(shù)應(yīng)用, 剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高、抗震性更好, 在實際建筑建設(shè)方面具有高安全性及多功能性的基本特點。早期階段的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)較為單一, 且工程技術(shù)并不成熟, 相關(guān)的結(jié)構(gòu)建筑材料主要以各類規(guī)格鋼筋梁架為主, 因此運用并不廣泛, 在通過后續(xù)階段的技術(shù)完善及結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中, 剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用涉及內(nèi)容逐步增多, 環(huán)境適應(yīng)性增強, 尤其在高層建筑建設(shè)方面優(yōu)勢明顯, 所以被現(xiàn)代建筑工程建設(shè)廣泛運用于大型建筑工程建設(shè)方面。隨著現(xiàn)代建筑建設(shè)對建筑實用性及結(jié)構(gòu)美觀度認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)的提升, 高強度的墻體結(jié)構(gòu)支撐成為未來階段建筑基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要方向, 其高密度的平面墻體不僅具備良好的抗壓性, 同時具有一定的韌性, 進一步規(guī)避自然因素環(huán)境干擾及人為環(huán)境因素干擾等相關(guān)建筑使用安全性風(fēng)險, 使現(xiàn)代建筑建設(shè)的經(jīng)濟效益與社會效益顯著提升。
2、 建筑設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則與特點
2.1、 剪力墻結(jié)構(gòu)高度及寬度控制原則
剪力墻結(jié)構(gòu)高度及寬度的控制, 直接影響后續(xù)階段剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計使用效益。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計主要采用空間梁結(jié)構(gòu)支撐作為基礎(chǔ)模板, 所以綜合寬度相對較小, 受力方向主要以鋼筋結(jié)構(gòu)做載體向梁柱結(jié)構(gòu)傳導(dǎo), 從而實現(xiàn)對上層結(jié)構(gòu)壓力的均衡分布。受建筑設(shè)計使用環(huán)境影響, 剪力墻外墻體長度及厚度值計算基數(shù)應(yīng)小于3, 如比值基數(shù)大于3, 則需要采用雙向受壓結(jié)構(gòu)設(shè)計方案, 以滿足剪力墻結(jié)構(gòu)也建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、韌性、強度及延展性等相關(guān)需求。
2.2、 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工程一致性原則
現(xiàn)代剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計主要運用于高層建筑方面, 繼而需要考慮到墻體水平及垂直方向作用力, 及其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力等, 在保障剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案符合建筑總體設(shè)計使用要求后, 應(yīng)綜合多方面的建筑設(shè)計參考數(shù)據(jù), 對剪力墻結(jié)構(gòu)進行做出一定的調(diào)整, 通過斜截面受剪承載力數(shù)據(jù)計算, 分析墻體結(jié)構(gòu)壓力承載密度, 如實際計算結(jié)構(gòu)壓力數(shù)值較大, 則剪力墻設(shè)計所需承受的負(fù)荷較高, 此時剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程結(jié)構(gòu)設(shè)計一致性難以保障, 應(yīng)在計算出局部受壓承載力后對剪力墻設(shè)計方案進行逐項優(yōu)化, 以此保障剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計符合工程建設(shè)總體需求。
2.3、 剪力墻結(jié)構(gòu)平面剛度及承載力較高
傳統(tǒng)的鋼筋混凝土墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計平面結(jié)構(gòu)剛度收到建筑材料、建筑施工技術(shù)及建筑工程管理等多項內(nèi)容限制, 而現(xiàn)代剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計則可有效的提高平面剛度, 通過對梁柱銜接方案等及鋼梁設(shè)計方案優(yōu)化, 實現(xiàn)對總體承載力的提高, 以此形成良好的應(yīng)力及拉伸力, 使墻體結(jié)構(gòu)整體性更高。剪力墻平面剛度及承載力雖然較高, 但在實際的設(shè)計方案及設(shè)計施工階段, 必須注意做好剪力墻及平面外梁的連接控制, 由于剪力墻材料特殊性較高, 在連接過程中若操作不規(guī)范及連接處理不到位, 極易造成墻肢外彎問題, 從而使剪力墻結(jié)構(gòu)綜合承載能力受到實際影響。必要時可采用其余方案進行技術(shù)處理, 如需要進行連接處理, 則應(yīng)采用一定的保護措施, 以免出現(xiàn)以上問題, 進而提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用有效性。
3、 建筑設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用途徑
3.1、 剪力墻墻肢長度的確定與設(shè)計
墻肢長度主要指剪力墻整體界面高度, 通過高度數(shù)據(jù)控制實現(xiàn)對剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效協(xié)調(diào)。在外觀方面, 剪力墻結(jié)構(gòu)主體同樣需要依賴墻肢長度的確定設(shè)計保障支撐強度, 所以建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方面, 仍重視對剪力墻肢長度數(shù)據(jù)計算與設(shè)計。通常情況下, 如在建筑設(shè)計方面未提出特殊的建筑設(shè)計要求, 則應(yīng)將剪力墻墻肢長度控制在8米以內(nèi), 特殊情況下可將相關(guān)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)值做一定的調(diào)整。剪力墻結(jié)構(gòu)延展性參數(shù)也是墻肢長度設(shè)計的主要衡量標(biāo)準(zhǔn), 需在結(jié)合寬度比例及高度比例基礎(chǔ)上, 對各項數(shù)值進行開洞比較, 并采取彎矩約束比較小的弱連梁的設(shè)計方案, 從而解決墻體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足及平面剛度較低問題。
3.2、 剪力墻結(jié)構(gòu)厚度控制
現(xiàn)代建筑設(shè)計需要符合綜合性抗震標(biāo)準(zhǔn), 不同地區(qū)的建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)等級差異化明顯, 要根據(jù)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境、自然氣候及建筑設(shè)計要求等, 結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容選擇最佳厚度融入剪力墻結(jié)構(gòu)施工方案。剪力墻設(shè)計抗震效能主要來源于界面尺寸, 一般情況下需要采取墻體底部加厚方法提高墻面強度。如建筑基礎(chǔ)數(shù)值不產(chǎn)生變動, 則正常情況下底部厚度控制在200毫米以下, 而其余部位結(jié)構(gòu)厚度, 則不應(yīng)低于150毫米以免因厚度不足, 產(chǎn)生結(jié)構(gòu)承載力不佳及建筑剪力墻結(jié)構(gòu)重心偏移等相關(guān)問題。剪力墻獨立結(jié)構(gòu)設(shè)計方面, 墻體底部厚度不得超過180毫米, 其目的在于充分發(fā)揮獨立剪力墻底部結(jié)構(gòu)剛性優(yōu)勢, 過薄的底部結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計, 難以有效發(fā)揮剪力墻底部承壓結(jié)構(gòu)效用, 而過厚的設(shè)計方案, 則使底部結(jié)構(gòu)壓強增加, 導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計整體性受損, 在建筑設(shè)計方面, 應(yīng)將基礎(chǔ)數(shù)值控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi), 以提升建筑使用安全效益。
3.3、 剪力墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)尺寸設(shè)置
剪力墻結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)置應(yīng)注意對結(jié)構(gòu)豎直方向及水平方向的剛度荷載壓力分布分析, 盡可能將剪力墻肢截面高度基數(shù)控制在墻體厚度基數(shù)的8倍以上, 保障雙間合并布置開間空間設(shè)計符合剪力墻基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn), 若在實際操作過程中, 未能按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格執(zhí)行設(shè)計方案, 則無法滿足剪力墻豎向荷載傳遞需求。如建筑設(shè)計方案對建筑對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計有特殊要求, 則應(yīng)盡可能的避免采取開間布置設(shè)計方式�，F(xiàn)代剪力墻形狀設(shè)計為有效適應(yīng)多種階段使用及施工操作環(huán)境, 均采用L形及T形結(jié)構(gòu)設(shè)計, 該布局有利于提高側(cè)向剛度, 降低剪力墻結(jié)構(gòu)自身實際重量, 從技術(shù)及成本兩個方面均具有綜合性實踐優(yōu)勢。另一方面剪力墻設(shè)計要求結(jié)構(gòu)長度不宜過短, 若實際長度為達到建筑使用標(biāo)準(zhǔn), 則可能出現(xiàn)配筋問題, 從而影響建筑質(zhì)量, 對此需將實際長度控制在1米以上, 使墻端暗柱配筋與構(gòu)造配筋更為接近, 以便運用剪力墻結(jié)構(gòu)尺寸的控制, 確保剪力墻結(jié)構(gòu)壓力分布合理性。
3.4、 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁方案選擇
剪力墻結(jié)構(gòu)梁柱是剪力墻的重要結(jié)構(gòu)支撐, 在連柱方案選擇方面, 應(yīng)考慮到各墻肢之間壓力荷載變化問題, 在極端環(huán)境下, 需進行墻肢結(jié)構(gòu)扭曲控制實驗, 通過合理選擇連梁方案及連梁裝置, 保證各墻肢水平符合受力均勻, 改善墻體受力基礎(chǔ)布局, 使剪力墻基礎(chǔ)支撐構(gòu)件形成穩(wěn)定框架的過程中, 可有效解決墻肢受力不均問題, 提升墻體結(jié)構(gòu)綜合耐久性。剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計方案選擇, 應(yīng)參考剛度及高度數(shù)據(jù), 適當(dāng)?shù)貙B梁進行折減, 以此增加結(jié)構(gòu)跨度, 使剪力墻抗震效益達到更高標(biāo)準(zhǔn), 進一步緩解外力緩解對于剪力墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實際影響, 必要時可運用增加連梁截面方法, 讓梁體裝置在有限范圍內(nèi)發(fā)揮最大效用。
3.5、 剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋配置
剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋配置設(shè)計首先要綜合剪力墻主體墻面厚度數(shù)據(jù)。如墻體實際厚度小于14厘米, 則才鋼筋配置方面應(yīng)選用雙排筋設(shè)計方案, 若墻體厚度達到40厘米以上, 則要采用三排布局方面, 通常70厘米以上的剪力墻墻體設(shè)計, 需采用四排鋼筋配置設(shè)計, 以免鋼筋配置平衡強度不足, 導(dǎo)致剪力墻受力失衡, 從而使后續(xù)階段剪力墻墻面出現(xiàn)列橫及內(nèi)部鋼筋彎曲問題。不同的建筑抗震等級設(shè)計, 所選用的鋼筋配置方案不盡相同, 尤其要注重對剪力墻豎向及水平鋼筋布置配筋率的控制, 實際數(shù)值要達到0.2%左右, 鋼筋直徑需要在保障剪力墻基礎(chǔ)承載力的基礎(chǔ)上, 盡可能的選擇大直徑鋼筋材料。例如在鋼筋配置方面, 選用8毫米直徑鋼筋, 實際間距控制要大于30厘米, 避免鋼筋結(jié)構(gòu)間的互相干擾, 針對抗震部位設(shè)計鋼筋配筋率應(yīng)達到0.3%-0.4%階段, 必要時可根據(jù)實際情況進行增加。
3.6、 剪力墻結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件的選用與使用規(guī)劃
剪力墻邊緣構(gòu)件的選擇主要參考以下兩個方面問題, 首先是構(gòu)件使用質(zhì)量問題, 應(yīng)有構(gòu)件供應(yīng)商提供相關(guān)的專業(yè)生產(chǎn)資質(zhì), 并檢查相關(guān)的成本質(zhì)量是否符合本工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計使用標(biāo)準(zhǔn)。其次要解決構(gòu)件使用兼容性及功能性問題, 在不損失構(gòu)件使用效益的前提下, 盡可能的實用性強的構(gòu)件設(shè)備。剪力墻邊緣構(gòu)件的使用規(guī)劃設(shè)計, 要參照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求合理布局, 保障建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能。
4、 結(jié)語
綜上所述, 建筑設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容涉及廣泛, 設(shè)計項目必須要與建筑使用要求相符, 并積極的與建筑承建管理人員及施工技術(shù)人員等做好實際溝通, 充分了解建筑設(shè)計需求, 在此基礎(chǔ)上發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)高抗震性及高延展性等諸多優(yōu)勢, 使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計可切實的在建筑抗震等多個方面發(fā)揮基本功能。
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