装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计

2022-12-05 07:52尚天娇
佛山陶瓷 2022年10期
关键词:连梁剪力墙装配式

尚天娇

(安徽省医药设计院,合肥 230000)

1 前言

目前,我国的大中城市已有不少高层建筑,为节约大量的资源和能源,应采用装配式剪力墙的结构形式。与传统的现场施工方法相比,装配式建筑施工不仅可以极大地简化施工过程,而且还可以降低整体的造价。因此,许多住宅小区和安置房都使用了这种装配式剪力墙结构。但由于剪力墙结构的设计要求很高,既要保证室内空间的完整性,又要有很高的预制率,目前这种建筑设计在国内尚不完善。因此,要在较短的时间内施工完成,确保工程项目的质量,需要加强对装配式建筑剪力墙结构的设计。

2 剪力墙结构的概念

剪力墙又称为结构墙,其属于剪力墙体,其的厚度比普通的墙要薄,但其的施工规模要大得多,通常采用混凝土板材料作为框架结构中的梁、柱,来承担外部的压力,因此剪力墙的整体承载性能要比普通的墙大得多,并能对建筑物结构的水平力进行控制。剪力墙结构是建筑物的主要承重结构,其所承受的荷载主要是由外部因素如风力、地震等引起的水平方向荷载。剪力墙可以很好地抵抗外界的干扰,增强建筑结构的安全与稳定。按剪力墙的开洞分布情况,可将其划分为多肢剪力墙、双肢剪力墙、壁式框架剪力墙等[1]。

3 剪力墙结构设计的优势

3.1 经济性

与传统的框架式梁柱相比,剪力墙结构的造价要高,但是从安全性上来说,剪力墙结构具有钢筋与混凝土相结合的优势,不需要其他的辅助材料,既节省了时间和资金,又提高了工程项目的整体经济效益[2]。

3.2 稳定性

因为剪力墙是用钢筋和混凝土组合而成,从外观上来看,使用效果要优于传统的梁柱,而且承载性能也更强。

3.3 连续性

在剪力墙结构设计过程中,通过分区划分将各个构件区分开来,按照横向和纵向的方式进行维护,从而增强了剪力墙的连续性,即便现有的结构形式是独立的,但是也能使建筑物可以形成一个整体。

3.4 规则性

由于建筑内部空间的用途有差异,有关设计人员将其按用途进行分区,推动了整体的剪力墙结构设计规则化,方便日后的维护。

4 剪力墙结构在装配式建筑结构中的设计原则

4.1 最大位移与层高比调整

在剪力墙结构的设计中,要科学地处理剪力、变形等问题,以防止各楼层间产生大的位移。在此基础上,在进行高层建筑结构设计时,应充分考虑到各层层间的最大位移及各层层高的比例调整,以确保整体设计工作达到整体的要求,确保设计目的的科学化,并提高其应用效果,为今后的装配式建筑设计工作提供强有力的支撑[3]。

4.2 最小建立系数的调整

根据目前装配式建筑的设计现状,从整体上考虑剪力墙的设计和布局,同时在满足水平地震力的前提下,充分考虑大开间剪力墙结构的同时,适当减少其在工程中的应用,以增加其侧向刚度。在实际工程中,在设计时应严格按照最小层间剪力系数调整的原则,从而使结构抗震性能提高,使剪力墙结构的设计工作能够很好地完成,从而使其在装配式建筑施工中取得明显的成效。

4.3 连梁超限调整

为了使剪力墙结构设计工作能够实现预期的标准效果,使其能够满足实际施工的要求及可靠性要求,设计人员需要充分考虑连梁的超限调节原则,并强化剪力墙的连梁跨比控制,既保证剪力墙结构的最大弯矩,又能保证剪力墙结构的剪力在合理的范围内。同时,为了确保剪力墙结构的设计效果,必须充分考虑工程造价,同时调整连梁的跨比、高度,提高剪力墙结构设计在装配式建筑中的实际应用价值[4]。

5 剪力墙结构在装配式建筑结构中的设计要点

5.1 严格把控各项参数标准

首先,需要对振型数进行合理的计算。在进行剪力墙结构的设计时,为了更好地掌握各个系数和工程质量,确保结构的设计方案是合理的,应保证振型数大于起初设定的数值。其次,需要计算墙体竖向分布筋的配筋率。通常情况下,配筋率的大小是以实际的配筋率为标准,这样可以减少总体的计算误差。最后,最小地震剪力系数的确定。根据工程实际操作条件,采用最小剪力系数作为结构的抗震性能指标,对结构计算参数进行明确,从而确保建筑的稳定性[5]。

5.2 竖向结构布置的合理性

由于竖向受力构件的转换过程会对建筑物的竖向刚度产生一定的影响,因此,应在建筑物的竖向上增加剪力墙转换层的垂直结构,从而保证剪力墙结构稳定。为了对结构的刚度进行有效的控制,必须采取控制剪力墙的转换层的传力方式,保证由上至下所有传力路径的一致性,避免在水平方向上进行多级转换。在转换梁上层墙体和中支柱的位置的选取时,必须要有相应的孔洞,这样才能起到加强竖向承载力的作用。若要在施工过程中进行多级转换,在转换层的基础上,要采用相同的传力方法,同时在转换层的主体结构上加竖向的抗侧力构件,以确保整体的稳定。

5.3 完善平面结构布置

在剪力墙结构的设计中,需要有一个合理的平面结构布局为基础,才能保证其正常工作。在实际设计过程中,要遵循整体的原则,并且要对平面结构进行整体控制,以保证结构的均匀对称。此外,在平面结构布局环节中,当建筑物的长、宽都比较大且结构不规则的时候,需要保证其适用性和结构的合理性。在进行剪力墙布置时,应遵循“沿周布设”的原则,增强整体的抗扭转能力,保证结构的刚性中心与质量中心的有效一致,从而在发生地震时,通过减小扭转力来确保建筑整体的质量[6]。

5.4 连梁的设计

连梁是剪力墙结构设计中的重要组成部分,它的主要作用是对剪力墙的水平方向受力进行有效的控制,避免发生强迫变形,从而确保结构的整体安全。因此,在进行剪力墙结构设计时,应充分认识到连梁控制工作的重要性,确保其合理、科学。在剪力墙结构的设计中,常发生超筋问题,可采取对剪力墙结构进行调整的方法,如:对连梁弯矩、剪力塑性等进行调节,并可以对连梁截面整体高度进行适当的控制。在连梁受破坏后,只要剪力墙结构竖向承载力不发生明显的改变,可以对墙肢构件进行优化整体布置,从而提高剪力墙结构性能[7]。

6 剪力墙结构在装配式建筑结构中保证设计效果的有效方法

6.1 对剪力墙结构设计流程进行严格地把控

要提高剪力墙结构的整体设计水准,应对整个设计过程进行严格的控制,合理地运用创新性与精细化设计理念,通过加强对剪力墙结构设计过程的控制,以保证对其进行有效的控制。在此过程中,为进一步提高剪力墙结构的设计水平,必须重视细节问题的处理。同时,需要认识到信息化和精细化管理的重要性,进一步完善剪力墙结构的设计过程控制,提高其整体应用和技术操作水平。

6.2 确保参数数据的合理性

在进行剪力墙结构的设计时,需要先计算出整体的振型数,然后才能决定结构的系数质量,从而保证剪力墙的设计是合理的。振型数一般取决于建筑的类型,而高层建筑的振型数一般都在15以上。在设定各参数时,需要对各构件的配筋率和纵向分布情况进行全面的计算与分析,并依据配筋率来决定构件尺寸,以减小整体计算误差。此外,由配筋率计算得到受弯钢筋的最终数值[8]。

7 剪力墙结构在装配式建筑结构设计中的应用

7.1 基础方案及承重构件的设计

根据建筑周围的地质条件和水文条件,制订剪力墙结构的设计方案,确定其周围的建筑布局和施工技术,并对其进行合理的规划和设计,以进一步改善地基基础方案的设计效果。

设计人员需要对原有的地基基础方案进行修改,根据施工现场的施工条件,在相关规范的框架内对承重构件进行规划,从而确保结构的安全与稳定。在剪力墙结构设计时,应重点关注墙体的配筋比例,其水平方向和竖向分布筋的最小配筋比例不得超过0.25%,部分框架支剪力墙的下部加强区域,其配筋比例必须高于0.3%[9]。在进行剪力墙结构设计时,必须先确定其地基基础方案的重要性,对承重构件的设计和优化进行控制,选用合理的施工规范和工艺参数,以防止因设计偏差而造成的安全隐患,从而提高设计方案的实施效果。

7.2 基于受力的科学计算,优化剪力墙结构设计

剪力墙结构在设计时,需要考虑竖向荷载与水平荷载两方面的影响,在合理确定受力的基础上,确保剪力墙在适当的载荷和压力作用下,进行合理的剪力墙结构设计,以达到施工安全的要求。在进行剪力墙结构时,需要对其宽度和最小剪力系数进行合理的分析。根据我国有关建筑剪力墙的设计规范,提出了在减小结构自身重量的前提下,保证其抗震、抗风性能。由于普通剪力墙的抗侧刚度偏低,因此,在剪力墙结构设计时,应设置大跨度的剪力墙,或采用大刚性的内筒,以弥补此类结构的抗侧刚度不足。科学合理的剪力墙不仅能保证整个结构的稳定性,而且还能提高其抗震性能。总之,剪力墙的结构设计要根据实际情况,在合理的承载力计算基础上,对其进行合理的优化设计[10]。

7.3 剪力墙结构的设计

在进行剪力墙结构双向设计时,应尽可能保证两个方向的刚度相同,从而形成空间结构。尤其是抗震设防区域,需要保证剪力墙平面均匀分布,使结构的刚性中心尽可能接近建筑物的中心,以减小结构的扭转作用。剪力墙的侧刚度较高,自振周期短,水平地震作用较大,因此对结构的抗震性能有较大的影响,因此,可以通过在结构设计中减小纵向的厚度,或者通过主、副结构的形式来增大墙间距,减小墙的数目,从而实现结构侧移刚度控制,减轻结构质量,减小水平剪切。剪力墙最大的特征是其平面刚度和承载力高,而平面外刚度和承载力相对较弱,若将剪力墙与平面外向梁联接,则会增大墙体的外弯矩;如果梁高比墙体厚度高出2倍以上,那么梁端的弯矩将会对结构的安全产生一定的影响,所以需要采用合理的设计手段来确保其安全。当楼面截面较小时,可以采用半刚连接的形式,对墙肢平面的外弯矩进行控制。

7.4 剪力墙约束边缘构件设计

在建筑结构剪力墙的设计中,往往忽视了边缘构件的设计,但事实上,边缘构件在整体剪力墙中起着重要的作用。通常,剪力墙的边缘构件可以分成两类:一是约束性边缘构件;另外一种是无约束性边缘构件,通过对比,发现当无约束性边缘构件的承载力小于40%时,其在全区域内的地震耗能就会减少,甚至会对整体墙体的稳定产生不利的影响。此外,有关设计人员要根据目前的建筑现状进行分析,既要保证剪力墙的设计质量,又要满足当今社会对建筑结构的要求。

8 结论

在装配式建筑中进行剪力墙结构的设计,不仅可以有效降低建筑能耗,还可以为今后的建筑设计工作指明一个清晰的方向。在装配式剪力墙结构的设计中,设计人员应明确其设计流程与设计原则,保证各个节点之间的科学和合理的联系,从而提高其整体设计水平。在此过程中,应不断改进剪力墙结构的设计方法,建立高品质的设计方案,以保证其整体的质量,保证其安全可靠,并能适应建筑工程发展的要求。

猜你喜欢
连梁剪力墙装配式
竖向荷载作用下连梁桩结构基础梁承载力试验分析
关于装配式建筑的几点思考
探讨挂篮悬臂灌注连梁的施工
对连梁设计计算及超限处理的探讨
长沙最大装配式保障房更加节能低碳
剪力墙结构连梁刚度对抗震性能影响分析
刍议剪力墙结构设计在高层建筑中的应用