引言
装配式建筑以其高效、优质的建造方式在当今建筑业得到了越来越多的应用,然而,如果其结构设计不当,将对装配式建筑整体工作性能产生很大的影响。随着我国建筑业的迅速发展,高层建筑日益增加,而剪力墙是承载结构横向与竖向的主要受力构件,其构造不当将严重影响其整体工作性能,为保证剪力墙在实际建筑中的性能效果,应全面分析装配式建筑结构设计中的剪力墙设计方法,为建筑行业的可持续发展奠定基础。
1.装配式建筑结构的体系特点
装配式建筑剪力墙的结构体系特点主要包括以下4点:
1.1.建筑整体结构质量较好
装配建筑的结构件均在工厂中生产完毕,工厂中的流水线生产较现场施工生产对结构件的质量控制更加全面,因此,装配式建筑的结构件质量较高,尤其建设施工而成的装配式建筑整体质量也较传统浇筑式建筑的质量更好。
1.2.结构完整性较高
在传统建筑的施工过程中,会因施工现场条件、施工人员技术能力、施工设备等因素导致装配式建筑结构的整体性下降,进而造成建筑整体性能的下降。在装配式建筑结构中,所有结构件都由工厂统一生产,在施工现场进行装配施工即可,因此,装配式建筑的完整性极高。
1.3.施工工作量较小
在装配式建筑的施工现场,模板的周转频率低,能够有效降低施工现场工作人员的工作负荷,保证整体施工质量。
1.4.环保
装配式建筑的现场湿作业较少,废水、废物、噪声等对周边环境产生影响的因素有限,相较于传统浇筑式建筑更加环保。
2.装配式建筑结构设计中的剪力墙结构设计方法
2.1.连接节点的设计
连接节点设计是剪力墙与其他结构件连接是否稳固的重要影响因素。连接节点的设计重点主要包括以下5个方面:一是山墙墙体竖向连接节点。山墙墙体的竖向的连接节点是否稳固是保证剪力墙性能表现的重要因素,为保证山墙墙体的竖向连接节点稳固,在设计山墙时,设计人员应采用HRB400钢筋作为墙体内筋,使用连接螺栓将上层墙体与下层墙体进行连接,而后在上下剪力墙间预留200mm高的灌浆缝,灌注C35混凝土,才能够使上层墙体与下层墙体进行稳固连接;二是墙板连接节点。SP大板是当前装配式建筑施工中的常用结构件之一,相较于一般装配式建筑的结构件,SP大板的承载性能十分突出,同时SP大板在工程施工中的可塑灵活性,能够使装配式建筑的施工过程更加简单,降低施工难度。为保证剪力墙的设计符合上文所述的剪力墙安装原则,设计人员应标准SP大板的使用尺寸,避免因SP大板的规格不同,造成剪力墙布置不均匀、不对齐的问题出现。SP大板的安装采用螺栓连接即可;三是SP大板与剪力墙的连接节点。因SP大板的特性影响,SP大板与剪力墙的连接处较为薄弱,在进行连接前应进行适当的处理,才能够保证SP大板与剪力墙的连接稳固。首先需要在SP大板的空心位置开槽,沿布板方向加钢筋以增强SP大板的延性。其次为保证SP大板与剪力墙连接的密封效果,在SP大板安装完毕后也应采用混凝土浇筑的方式对接缝处进行封堵,形成密封状态,避免室内环境受到室外环境的影响;四是预制剪力墙水平连接节点。预制剪力墙水平连接节点按剪力墙自身形态而变化,如剪力墙呈一字形、L字形、T字形分布,连接节点则根据剪力墙形态变化为一字形连接、L字形连接、T字形连接,为保证剪力墙体的连接稳固,在墙体连接时应预留浇筑点,通过附加钢筋提升连接接缝处的可靠性,而后在预留浇筑点浇灌混凝土,形成刚性连接节点,最大化提高连接节点的稳固效果;五是现浇梁与预制剪力墙的连接节点。在进行连接前,应在预制剪力墙的墙体上开设梁槽,梁槽的宽度应用现浇梁的设计宽度相等;在现浇梁浇筑过程中,以钢筋锚入剪力墙顶部,使剪力墙与现浇梁之间形成锚固连接,而后再辅以现浇混凝土的方式提升连接稳固效果。
2.2.剪力墙厚度的科学选择
剪力墙的厚度是剪力墙承载性能、抗震性能的保障因素,若剪力墙的厚度未达到装配式建筑的整体施工要求,会严重影响剪力墙的实际功能表现。一般剪力墙的厚度为≥0.16m,但实际的剪力墙厚度需要按照建筑限高作为依据,进行分析计算后得出科学合理的截面厚度。一、二级抗震等级底部剪力墙厚度不应小于楼层高度的5%或200mm,才能够有效保证剪力墙的抗震效果。
2.3.合理控制剪力墙弯矩
剪力墙常见的设计问题是设计人员在设计过程中未能考虑除平面内承载之外的外在刚度及承载力问题,导致剪力墙的连接部位因平面外弯矩而致使剪力墙实际承载性能未达到设计标准的问题。设计人员在进行剪力墙设计工作时应充分考虑对弯矩的有效控制,通过优先设计暗梁位置,而后根据轴线和剪力墙方向计算弯矩,避免错误计算导致弯矩计算不合理的问题。为提升剪力墙的强度与刚度,在进行剪力墙设计时,设计人员应合理利用扶壁柱的扶壁作用,通过扶壁保证剪力墙的整体性能,避免剪力墙因缺少外部平衡推力而导致稳定性下降的问题。
2.4.采取有效措施提升剪力墙性能
剪力墙性能是装配式建筑整体功能的重要保障因素,因此,在剪力墙结构的设计工作中,设计人员应采用多种有效措施,保证并提升剪力墙的性能。一是在设计工作中,对剪力墙性能的主要因素便是配筋率,设计人员应通过科学的计算为依据,确定剪力墙的配筋率,保证剪力墙的后续施工效果;二是剪力墙边缘部分的设计是与其他墙体连接的重要部位,在设计过程中设计人员应分析装配式建筑的结构需要,按照剪力墙相关设计要求优化剪力墙的边缘设计,保证剪力墙在装配式建筑的长久使用寿命中始终保持高性能标准;三是在剪力墙的结构设计工作完毕后,为保证设计工作无误,设计人员应对设计图纸进行复查,检查剪力墙的设计数据及结构整体合理性,及时发现设计中可能存在的不足,并进行处理,能够有效避免设计错误问题对后续施工的影响。为最大化提高设计后检查工作的开展效果,设计单位可借助三级审核制度及第三方优化公司,对设计图纸进行再次检查,全面杜绝设计中错误问题出现的可能。
3.结束语
综上所述,在装配式建筑中,剪力墙的构造是一个非常重要的环节,其是否能够充分发挥其抗震性能和稳定承载能力,是确保其整体性能的关键。在进行剪力墙设计时,需要综合考虑墙体节点、墙体自身强度、弯矩、墙体长度等因素对剪力墙受力的影响,掌握好设计要点,才能使装配式建筑剪力墙更好地发挥其作用。
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