高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计分析.docx

. .高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计分析摘要:钢筋混凝土剪力墙结构已经成为众多高层结构的主流结构体系，不仅建筑的结构经济性更强，而且在使用时也有更强的实用性。近些年，我国建筑业取得了飞跃性的发展，其中针对建筑结构设计的安全性，包括其稳定性能均有了明显的提高。于高层建筑结构设计中，相应的剪力墙结构凭借其刚度大、抗震性较好等优势被广泛利用。基于此，本文以剪力墙结构设计与建筑结构设计中的应用为主要内容进行了探讨，并就其中的问题与有关原则进行了分析。关键词:高层建筑；钢筋混凝土；剪力墙；结构设计。0 引言对于剪力墙结构，我们能够将其大概理解为：横竖方向上的主要承受力的部分完全是结构墙的一种结构。其的作用在于促使形成一种可以准确有效抵抗水平作用的相应结构，此外，又能够就空间加以有效的分割。该结构主要以钢筋混凝土墙板来起到梁柱的作用，进而承担一系列荷载所带来的内力，恰当的就结构水平力加以控制。正是因为如此，剪力墙结构于当代现代高层建筑中被广泛使用。随着时代的发展，人们对建筑的使用提出了更高的要求，高层建筑本身也在建筑工程中发挥着越来越重要的作用，能够在很大程度上代表一个城市的形象。随着社会的发展以及人们生活水平的提高，人们对于居住房屋以及其他重要建筑的质量有了更多的需求。如果将钢筋混凝土剪力墙结构有效地运用于高层建筑的建设过程中，那么自然也就能够提高建筑的稳定性，并有效地保证建筑本身的安全性。文章结合实际的情况，就高层建筑内部钢筋混凝土剪力墙结构的设计进行分析。1 剪力墙结构的基本概述1.1 剪力墙结构概念剪力墙结构又被称为抗风墙、抗震墙或者结构墙，是一种剪力墙体，它实际厚度较小，但建设规模较大，主要采用钢筋混凝土板来代替传统框架中的梁柱，承载外界的各种压力，自身所具备的承受能力较高，与柱子的受力程度不相上下，并能够控制结构的水平力。剪力墙结构是建筑物主要的支撑结构，不能被拆除或无法被轻易破坏，承受的压力主要是外界风力或地震等自然灾害引起的水平荷载，抵抗来自外界的破坏，在一定程度上提升建筑的稳定性和安全性。根据墙体表面上的洞口数量及大小情况，我们一般把剪力墙化为双肢或多肢型剪力墙、壁式框架剪力墙等类型。1.2 剪力墙结构的优点剪力墙的结构自身具有抵抗性高、经济性良好、外表优美这些三大优势。抵抗性高是指剪力墙结构拥有相对较大的刚度，承受力较高，能够抵挡住来自外界的各种荷载，尤其是水平荷载，支撑效果良好。它的存在极大地提高了建筑物的稳定性，这也是剪力墙结构最为重要的作用。良好的经济性意味着剪力墙结构采用混凝土浇筑，减少了钢材用量，在很大程度上节约了成本。这一优势对很多施工单位有较强的吸引力，这也是它能被广泛应用得原因之一。随着经济的发展，人们越来越重视生活质量，建筑不仅要求安全可靠，而且要求美观舒适。然而由于剪力墙结构的出现，人们的需求被很好得满足了。剪力墙结构将建筑物内部的分隔墙与承重墙完美的结合在一起，尤其是隔断墙的结构设计，在一定程度上增加了建筑物内部空间，不但增加了使用功能，而且美观舒适。2 剪力墙结构设计原则根据设计规X更改地板位移与地板高度之比的原则。因此，在剪力墙结构设计中，应根据楼层数量、楼层高度和楼层最大位移比调整楼板高度，以减少建筑物的变形；根据设计规X更改剪力墙跨度和高度比例原则。根据不同的建筑性能进行合理的调整，并根据不同的跨高比进行合理的设计，以确保剪力墙结构的良好性能。楼板间最小剪切系数原则;在建筑结构设计中，采用数字化方法计算建筑物受力，提高建筑物的抗震、抗侧力和承载能力，控制剪力墙与楼板之间的剪切系数，有效地减轻建筑物本身的重量，从而降低施工难度，降低施工成本。3 剪力墙结构的受力特点剪力墙的结构本身是由一系列的纵向剪力墙、横向剪力墙和楼盖所共同组成的一类空间结构，这样一类剪力墙结构本身也是广大建筑中最常见的结构形式。由于纵向和横向的剪力墙在使用的平面内部都会表现出较强的刚度，所以在水平的方向也会承受较小的移动。从实际使用的情况来看，剪力墙本身的抗震和抗风的性能都较强，对承载力的要求也较高。所以，这种技术一般应用于高层建筑的建造中，下图具体显示了高层建筑内部剪力墙结构的样式可以看出，整个剪力墙结构显得较为紧凑。4 结构形式特点4.1 整体特点虽然建筑物的总高度很高，但由于建筑物需要日照，建筑物的深度几乎与普通建筑物相同，因此，高层建筑具有较大的高宽比、较大的受力、较大的变形和较大的次应力。另外，高层建筑中温度、收缩、X变等对一般建筑影响不大的因素也会产生一定的影响，在设计阶段应注意这些特点。4.2 排列特点剪切壁通常根据剪切壁上的开口的大小，数量和布置进行分类。它可以大致分为整体壁和接缝壁。整个墙体像垂直悬臂结构一样受力。当剪力墙的壁肢较长时，施加力后法向应力呈线性分布。墙肢的末端。为了防止剪切破坏，提高底部截面的内力，应适当增加配筋率。整体墙又可细分为小开口整体墙和山墙。剪力墙有一排或多排孔洞，孔洞尺寸较大，此时剪力墙的受力相当于孔洞之间连梁连接的一系列墙腿。一般情况下，耦合梁的刚度小于墙肢的刚度，墙肢作用明显，耦合梁中间存在一个反弯点。4.3 框架结构特点在拼合墙中，如果将孔的开口做大，则墙的刚度会变弱，而耦合梁的刚度会变强，剪力墙的应力特性会接近框架。因为剪力墙的厚度比框架结构的宽度梁柱要小，所以称为墙框架。在内力的作用下，许多墙肢出现反弯点，此时墙的受力类似于框架，在结构设计时，应按照框架结构予以考虑。5 剪力墙结构设计的原则5.1 尺寸设计原则剪力墙的厚度一般比较小，而高和宽的尺寸却比较大，受力形态接近于柱体1。但是，它与立柱之间存在一些差异，主要在于剪力墙肢的长度与厚度之比。当该比率小于或等于3时，可以根据该列进行设计。要被视为异形柱，需要将其设计为双向压缩构件。5.2剪力墙的主要特点在同一平面内，剪力墙的荷载力和刚度较大，而平面外的荷载力和刚度较小。因此，必须注意不要躺在飞机的外侧。如果无法避免，则必须根据相关规定采取相应措施，以确保平面外剪力墙的安全。5.3 结构设计原则在剪力墙的结构设计中，剪力墙属于平面构件。除了沿平面作用的水平剪切力和弯矩外，还需要承受垂直压力。因为它在多力组合状态下工作，所以除了满足刚度要求外，还需要满足非弹性变形下的延展性。5.4墙体设计墙体设计主要是计算整个结构在水平和竖向作用下的内力。计算内力后，根据偏心受拉或偏心受压计算剪力和法向截面荷载力。6 结构布置6.1 平面布置剪力墙的平面布置简单、规则，比较适合沿着两个主轴方向或者其他方向双向布置，两个方向上面的抗侧移刚度不应该相差过大。在抗震设计时，不应该采纳仅仅是单方向上有墙体的结构布置形式。6.2 单片剪力墙的长度。单肢剪力墙长度不宜过大。如果剪力墙很长且刚度很高，则会使结构的周期过短，并且地震力过大且不经济。剪力墙应该是高而薄的，如果剪力墙过长，就会形成低宽剪力墙，它很容易发生剪切破坏，剪力墙是脆性的，不利于抗震。因此，当同一轴线上的连续剪力墙过长时，应采用地板或小耦合梁将其分成几个墙段，每个墙段的高宽比应不小于2。每个壁段可以是一个单壁、一个小开口壁或一个接合壁。每个墙肢的宽度不应大于8m，以确保墙肢受弯曲承载力的控制，并充分发挥竖向分布筋的作用。在计算内力时，不考虑墙段之间的板或弱耦联梁，每一墙段按独立剪力墙计算。6.3 剪力墙的门窗洞口剪力墙门窗洞口应对齐，形成明显的墙脚和连梁，成立柱布局。如果由于设计限制而不能列出，应在结构设计中使用有限元分析，并加固相应的孔洞。7 剪力墙结构件延展性设计当结构构件在与纤维屈服点相反的位置出现而不发生断裂时，将此点位置视为塑性铰。这样的构件成为两个构件加一个塑性铰，塑性铰两侧的构件可轻微转动。为了使悬臂剪力墙具有一定的延展性，需要控制塑料铰链在适当位置的外观。改善塑料铰链区域的剪力增强结构，控制斜向裂缝，并在弯曲下发挥拉伸增强的延展性。悬臂剪力墙的塑料铰链通常出现在底部。此处应对剪力墙进行加固，加固X围应不小于剪力墙总高度的1/8。当钢筋的总量保持不变时，适当地增加端部钢筋并减少钢筋的分布可以改善承载能力和延展性。8 结构设计和施工中常见问题8.1 增强连梁强度。在建筑设计过程在经常会遇到连梁抗剪承载力不足这个问题。如果设计不能够满足强剪弱弯的设计要求的时候，就会发生弯曲故障。为了解决这一问题，除了在施工中采取措施提高混凝土强度外，还可以积极调整结构布置，使水平荷载分布合理另外，为提高耦合梁的抗剪承载力，当耦合梁的破坏对竖向荷载无明显影响时，可认为地震作用下节理墙的耦合梁无效，应根据地震荷载进行二次力分析。独立的墙肢。墙肢应使用较大的内力进行两次加固。8.2 转角窗的结构设计。拐角窗在结构的拐角处具有拐角开口，这对主体结构的扭转阻力具有更大的影响。在设计过程中，可在楼房的板内设置暗梁，提高楼房整体的抵抗力;加强箍筋；钢板加固采用双向双面设计加强窗台上连接梁的加固。8.3 施工中采取措施减小约束力对剪力墙的影响。如果不对结构或构件进行约束，混凝土材料在施工过程中的温度应力和收缩应力会自由变形，不会产生裂缝。但是，实际工程中剪力墙的结构部件受到各种约束的影响，例如楼板，隐式柱（或直立柱）和剪力墙的端壁，而地下室侧壁受到以下约束地下室的天花板和地板。这些约束使得剪力墙结构构件不能自由变形或与受约束构件的变形不同步（或不协调），从而导致裂缝。为了解决上述问题，除了在施工过程中注意混凝土的养护和配比外，还可以在剪力墙中增加“结构孔”。这可能是最有效的方法，通过开放长墙进入短墙，减少混凝土收缩变形的约束，使混凝土收缩应力得到释放，从而达到控制墙体裂缝的目的，但有必要对结构进行重新计算，以确保结构的安全和正常功能。在剪力墙的中间设置一个黑光束（或在顶部设置一个黑圈光束）。这种穿透性裂缝只能裂到梁底，而不能裂到楼板底部，可以有效地缩短有害裂缝的长度。水平配筋调整方案。将剪力墙的水平钢筋放置在竖向钢筋之外可有效地减小混凝土保护层的厚度，并增强剪力墙表面混凝土的抗裂性。增加抗收缩钢筋。根据钢筋细密的原则，增加了水平配筋率，减小了钢筋直径，减小了钢筋间距。另外，在约束剪力墙的结构构件的节点处加入钢筋也可以抑制裂缝的产生。混凝土施工中的挡土后浇带。也就是说，先浇筑带材两侧的混凝土，两个月左右混凝土收缩变形趋于稳定时，再浇筑接缝，避免因收缩应力产生裂缝。9 高层建筑中剪力墙结构设计方案剪力墙结构具有很强的整体性，较大的侧向刚度以及对侧向力的良好抵抗力。在设计过程中，需要完成以下几个方面：9.1 合理的控制剪力墙结构参数在设计高层剪力墙结构时，有必要合理地控制各种参数，在有效X围内控制高层建筑的各种荷载，合理设计结构参数，确保位移比设计的合理性。，横向刚度比和周期比。确保高层建筑不会受到扭曲和偏心力的作用。9.2 剪力墙的截面厚度设计剪力墙截面中最小厚度一般是用于维持剪力墙平面的稳定，不会出现安全问题。如果剪力墙和墙体平面相交，处在平面外时交叉处可用作剪力墙支撑，能够很好地保持平面外的刚度与稳定性。抗震设计时，地震力会影响到底部加强区剪力墙截面，截面厚度至少在18cm以上，在非抗震设计时，截面厚度至少16cm。9.3剪力墙结构的开洞构造设计为维持剪力墙结构截面中承载力，需要补强钢筋切断集中位置的洞口，同时钢筋直径要在 12mm 以上。当剪力墙的截面高度较大，截面高度在 8m 以上时可开结构洞，再进行堵砌，划分一道剪力墙为几种较均匀的墙肢。各墙肢可以是整体墙、联肢墙，各墙肢高度和宽度比值至少大于 2。设置门窗洞口时，防止形成薄弱短肢墙，独立墙段总高度与其截面高度之比（高宽比）宽度不宜小于3，从研究情况看，该薄弱短肢墙受地震影响，会较早产生破坏，即便强化纵向配筋与箍筋也是会出现，错洞墙与叠合错洞墙更为不利。9.4 剪力墙结构的连梁设计连梁的共同特点是大截面、小跨径。高层建筑受水平力的影响。通常，耦合梁中的内力相对较大。关节壁受到水平力的影响，分为两种类型的损坏，一种是脆性破坏，另一种是延性破坏。脆性破坏也可以发生在两个方面。一方面，脆性破坏出现在墙肢部位，因为墙肢中抗剪能力不大，从而发生剪切破坏的情况，这就使得剪力墙承受更小的承载力，但结构发生突然坍塌，这是设计过程中不允许出现的问题。以防止剪力墙的剪切破坏。在第二种情况下，如果连梁发生剪切破坏，连梁的所有构件都不能约束构件。所有的耦合梁都受到剪切破坏，关节墙的四肢变成了一个独立的壁，这使得结构的横向刚度越来越小，从而导致四肢的弯矩更大。而第二种情况相较之下，如果连梁发生剪切损坏，结构还能够承载；但是，如果连梁不承受较大的竖向荷载，则在墙体破坏前不会发生倒塌。9.7 对墙身设计环节的优化在剪力墙结构的设计中，需要对墙体进行优化，以增强建筑结构的整体抗震性能。在优化过程中，有必要协调钢筋的间距和直径，以确保结构中的水平钢筋和垂直钢筋相应地匹配，以及斜截面和法向截面的抗剪承载力和抗弯承载力。有效地结合在一起。合理布置隐蔽柱和端柱，以进一步改善不同地震等级的结构设计，以确保整体提高建筑结构的稳定性。10 结语剪力墙布置的合理性对整个结构的受力特征都有影响，在结构的抗震性能及稳定性都有着非常重要的用处。所以我们应该对于剪力墙进行合理的布置，如果剪力墙的布置过少，结构的刚度不能使框架承受更多的水平方向的内力，从而使得建筑物的侧向位移增大，进而影响到了整个建筑的稳定性; 另一方面，如果剪力墙布置过多，结构的刚度过大以至于加剧了结构的地震效应，从经济角度上看也不符合常理。我们应该遵守国家的建筑规X，对建筑的剪力墙结构进行合理的布置以保证结构的安全。参考文献：1 程耿东工程结构优化设计基础MXX: XX理工大学，20122 JGJ 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