民用建筑结构设计中短肢剪力墙技术的应用分析

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  摘要:我国经济水平的不断提高加速了城市化建设的步伐,越来越多的高层建筑在城市中随处可见,人们对建筑物的要求也在不断提高,不仅要满足建筑物的基本使用性能及安全系数,还要提升建筑布局的灵活应用。在高层建筑中,传统的剪力墙结构已经不能满足人们的需求了,于是企业在民用建筑结构设计中采用了短肢剪力墙和传统剪力墙的共同作用,在安全条件下灵活布置建筑功能,推动建筑行业的不断发展。
  关键词:建筑结构;短肢剪力墙技术;应用分析
  引言:短肢剪力墙和传统的墙体结构相比,优势还是比较明显的,例如它和框架结构相比,更加符合建筑功能的需求,能够更好的将梁位隐藏起来,适合高层住宅的设计;它和剪力墙结构相比,布置更加灵活,设计人员可以根据实际的需求设定墙的数量和墙肢的尺寸,并且能够减少混凝土的使用,在一定程度上还可以节约建筑成本,为企业带来更多的经济效益。
  1.短肢剪力墙的设计要点
  1.1保证建筑结构的合理性
  空间结构对于整个建筑物的质量有着重要的影响,不仅体现了空间使用的合理性,还是建筑物刚度和荷载力的体现。短肢剪力墙设计的基本原则是保证建筑结构的合理性,设计人员要根据建筑物的要求确定短肢剪力墙的数量和形状,确保短肢墙的分布更加均匀。在确定短肢剪力墙的数量时,首先要考虑其满足建筑物的承载需求,地震底部剪力和层间位移等数据信息均符合施工要求。当建筑结构对抗震性的要求比较高时,可以在平面比较突出的位置设立短肢墙,提高平面刚度,保证建筑物的整体性。为了增加建筑物的抗侧刚度,短肢剪力墙的结构墙体使用双向布置,减轻建筑物的质量。建筑物的结构设计不能全部都是短肢剪力墙,数量过多会影响整体质量,设计人员将短肢剪力墙和一般剪力墙结合使用,共同起到抗震的作用。设计人员要严格遵守短肢剪力墙的设计原则,尽量使其对齐和拉直,控制墙肢的厚度,一般控制在200毫米左右,满足建筑物的抗扭要求。
  1.2短肢剪力墙结构参数的确定
  短肢剪力墙结构的主要参数有适用高度、轴压比限制和肢厚比限制,在设计方案时,设计人员要根据需求进行选择,保证结构参数符合相关施工要求。短肢剪力墙的适用高度和抗震要求有着密切的联系,短肢墙结构的最大高度有三个标准,分别是60米、80米和100米,对应的抗震要求是0.3g的Ⅷ度、0.2g的Ⅷ度和Ⅶ度,如果超出范围则不适合适用短肢剪力墙结构。轴压比是墙的轴压力设计值和全截面面积与轴心抗压强度设计之积的比值,主要是反应墙的受压情况,当剪力墙的承重力过大时,设计人员则需要限制轴压比。肢厚比决定了短肢剪力墙的安全性,肢厚比越大,安全性越高,但是会影响材料的使用性能,降低经济效益。根据专业知识与工作经验的结合研究发现,肢厚比的最佳比例为6.0到7.0之间最为合适。既能满足材料的性能,还能保证建筑物的刚度。
  1.3利用计算机设计短肢剪力墙结构
  随着现代化技术的不断发展,计算机的应用越来越普遍,不仅能减少施工人员的工作量,提高工作效率,还能保证建筑计算结果的准确性。短肢剪力墙的设计需要以精准的测量数据为基础,因此施工人员要保证测绘结果的准确性。传统的测量方式需要有先进的测量仪器和设备,对测量人员的专业技术也有很高的要求,设计人员将数据信息进行整理分析,应用于图纸测绘中,保证设计方案的可行性。传统的测量方式容易出现人工误差,造成实际施工和设计方案不符,重新变更图纸会延误工期,增加建筑成本。计算机的应用主要是提高了测量水平和计算的准确性,利用计算机建模软件,将短肢剪力墙的结构直接以三维的效果展现出来,使施工人员能够更直观的了解尺寸信息。计算机在设计方案中的应用,减轻了设计人员的工作压力,如果出现图纸变更能够更加省力,变更位置更加一目了然,保证建筑物的施工质量。
  2.短肢剪力墙在设计过程中的注意事项
  2.1采取合适的计算方法
  短肢剪力墻主要是针对建筑物的抗震性能,在设计过程中会涉及到很多数据的计算,例如截面墙的内力和位移计算、双肢墙的内力和位移计算以及多肢墙的内力和位移计算等等,需要设计人员根据实际的建筑要求,选择合适的计算方法,并对计算结果进行分析,保证其符合实际要求。当遇到特殊的位置或需要增加抗震措施时,一定要满足相关的施工规范。短肢剪力墙的常用结构有“T”型、“L”型、“十”型、“一”型和“Z”型,在设计计算时,要充分考虑剪力墙的大开口而成,设计人员可以采用空间杆-墙组元的分新方法,保证计算方案的合理性。
  2.2短肢剪力墙与其他结构相互配合
  短肢剪力墙结构的使用有一定的局限性,更适合抗侧力比较小的位置,因此在设计过程中需要有一定的长墙做基础,防止在地震中出现严重的变形情况。设计人员不能只考虑单纯的使用短肢剪力墙,还要保证墙体的分布均匀,并与其他结构配合使用,保证建筑物的刚度。剪力墙还有截面墙、联肢墙和壁式框架等等,设计人员根据客户的实际需求,将各种剪力墙结构配合使用,提升建筑物的质量。
  2.3做好短支剪力墙的防护工作
  短肢剪力墙在长期的使用过程中,底部容易出现裂缝,裂缝的主要原因是由于墙体承载的竖向荷载力过大,设计人员在设计方案时应该做好预防裂缝的措施,以免影响建筑物的使用效果。通过技术人员对裂缝形状与特点的研究表明,裂缝的原因主要是由振动所引起的,设计人员要将该情况备注清楚,提醒施工人员在该位置的操作时需要更加谨慎,选择的材料也要更加细致。技术人员可以在施工过程中,将该位置的混凝土中加入聚合物,在保证墙体的强度后再进行填充,并与主体结构之间留出一定的缝隙。该方法是通过提高接触面的大小和粗糙程度,起到有效的防护作用。
  2.4合理设置短肢剪力墙的数量和布局
  短肢剪力墙数量的设置要符合相关规定,通过对建筑物承载力和抗震性的计算,只要保证其符合竖向荷载和抗侧力要求即可。同时,设计人员要注意结构的柔性程度,避免建筑物的柔性程度过大,影响抗侧力的要求。短肢剪力墙的布局一定要均匀,避免出现偏心现象,设计人员可以使用SATWE软件,对短肢剪力墙进行真实的模拟分析,保证剪力墙数量和布局的合理性。   3.短肢剪力墙技术在民用建筑中的实际应用
  3.1工程情况
  湖南某城市要建一座住宅小区,建筑物主要以多层和9--15层的小高层住宅为主,整个建筑面积为12万平方米,本文主要以第9层小高层为实例进行介绍,该楼层的高度为3米,顶上有一个跃层为第10层,突出的部分是电梯。建筑总面积为4337平方米,总高度为27.6米,要求是该建筑的结构安全等级为二级,抗震类别为丙类,以6度设防为准,地面粗糙的程度是C类,场地土类别为Ⅱ类。
  3.2结构布置设计
  设计人员在进行结构设计时,原本的方案是采用普通的剪力墙结构,但是通过计算发现,在该结构中使用普通的剪力墙会影响建筑使用功能,不利于墙梁隐蔽性及经济性,限制了建筑师理想的建筑空间。为了建筑空间灵活布局及提高经济效益,设计人员决定局部采取短肢剪力墙。在该建筑物中,短肢剪力墙能够完美的发挥出它的作用,满足平面设计要求,减轻建筑物的重量,有利于提高建筑物的经济性。
  在该结构布置的设计中,设计人员尽量保持平面的刚度和形状是对称的,采取双向短肢剪力墙的布置方式,避免外挑过大,造成抗侧中心偏移,造成房屋扭转。设计人员还注意到同周期关系的问题,避免共振的情况影响结构的变形控制,保证建筑物有更加合理的自振周期,降低由于振动而造成裂缝问题的概率。设计人员根据要求进行了试验,最终确定短肢剪力墙的厚度为200毫米,剪力墙和梁板的建造需要使用等级为C30的混凝土,短肢剪力墙的肢长和肢厚比大于4。
  3.3短肢剪力墙的计算分析
  设计人员针对自振周期、结构位移、剪重比和轴压比进行了计算分析,检验其是否符合相关要求。在进行自振周期的计算时,第一自振周期的结果为1.1656秒,符合要求;最大水平位移和层平均位移的比值符合要求,满足地震情况下的位移在相关范围内;减震比能够反映出建筑物结构的承载力,在该工程中,X方向的剪重比最小为4.50%,Y方向的剪重比最小为4.62%,符合相关要求;轴压比能够体现出结构的抗荷载能力,计算结果表明,该剪力墙的轴压比在0.20和0.45之间,符合施工要求。设计人员在完成构件的力学计算后,使用了SATWE程序,更好的模拟了剪力墙的受力情况,提高计算结果的准确性,而且SATWE程序还能充分的考虑建筑物的弹性变形。设计人员在进行方案设计时,从短肢剪力墙的薄弱部分入手,严格控制轴压比,避免出现剪力墙之间应力差别过大的问题。
  3.4該工程的经济收益
  设计人员在完成设计方案后,为了保证方案的可实施性,设计人员进行了成本比较。在整体造价方面,按照混凝土的平均价位为430元每立方米,钢筋是4200元每吨,根据工程量的需求进行计算,并与一般剪力墙进行比较,发现短肢剪力墙的方案能够节约17%的成本,并且能够充分的发挥材料的使用性能。
  结束语:短肢剪力墙在高层建筑中的应用优势是十分明显的,例如它能够减小质量,设计人员通过控制配筋的方式和数量,设计出符合实际要求的结构方案。而且短肢剪力墙的使用还能明确计算出建筑物的受力情况,设计人员通过分析计算结果,达到控制建筑物质量的作用,使建筑布局更加灵活,为我国的建筑行业的发展作出一定的贡献。
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