論剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)推動(dòng)了我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展，由于其剛度大、用鋼量小、且其有著抗側(cè)剛度大而側(cè)移小以及抗震性能好等多種優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在不同類(lèi)型的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤為突出。本文對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)的分類(lèi)和設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的原則進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，探討如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：剪力墻；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

1.剪力墻結(jié)構(gòu)的概述

剪力墻（shear wall）又稱(chēng)抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻，是建筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向重力荷載的墻體，不僅滿(mǎn)足整體承重要求，也要防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。通常情況下剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻。針對(duì)剪力墻的布置首先要能夠滿(mǎn)足建筑本身的平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。相較于框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)不僅具有更好的抗側(cè)力能力，同時(shí)具有更為優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)指數(shù)，因而這樣的結(jié)構(gòu)更適用于高層建筑物中。

2.剪力墻的特點(diǎn)分類(lèi)

抗側(cè)剛度大，側(cè)移??；結(jié)構(gòu)自重大，吸收地震能量大；室內(nèi)墻面平整；施工程序較為復(fù)雜。然后根據(jù)剪力墻的開(kāi)洞與否和開(kāi)洞尺寸大小，還可以分之為以下幾類(lèi)：

（1）整體小開(kāi)口剪力墻：開(kāi)洞面積>15%但仍然較小的墻。受力特點(diǎn)是：彎矩圖在連梁處突變，在整個(gè)墻胺高度上沒(méi)有發(fā)生反彎點(diǎn)。

（2）實(shí)體墻：沒(méi)有開(kāi)洞或者開(kāi)洞面積<15%的墻。受力特點(diǎn)是：就像一個(gè)整體的懸臂墻，彎矩圖既不發(fā)生突變也不產(chǎn)生反彎點(diǎn)（變形以彎曲型為主）。

（3）壁式框架：洞口尺寸大，連梁線剛度與墻肢線剛度相互較為接近的墻。受力特點(diǎn)是：彎矩圖在樓層處發(fā)生突變，并且在大多數(shù)樓層中會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

（4）雙肢或多肢剪力墻：開(kāi)洞比較大或者洞口成列形狀布置的墻。受力特點(diǎn)與整體小開(kāi)口墻有點(diǎn)相似。

3.剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)的過(guò)程，這一過(guò)程包含著多個(gè)步驟。因而在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前必須要了解剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟。針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，首先我們需要確定墻肢的長(zhǎng)度和厚度；其次是科學(xué)設(shè)計(jì)連梁；再就是合理設(shè)置邊緣構(gòu)件；最后就是地震荷載以及各種內(nèi)力、位移的計(jì)算。接下來(lái)就來(lái)詳細(xì)分析這一過(guò)程。

（1）墻肢長(zhǎng)度和厚度的選擇。在剪力墻設(shè)計(jì)過(guò)程中剪力墻的長(zhǎng)度是不宜過(guò)大的。因而我們需要高度重視墻肢長(zhǎng)度的選擇。通常情況下針對(duì)墻肢長(zhǎng)度的選擇不能超過(guò)8m。這一點(diǎn)是我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程需要引起格外重視的。一般情況下跨高比是要大于6的。

針對(duì)墻體厚度的選取，一個(gè)重要目標(biāo)就是要能夠保證剪力墻剛度和穩(wěn)定性。普通的住宅建筑的填充墻厚度一般保持在200mm，此時(shí)剪力墻也應(yīng)該設(shè)置為200mm。對(duì)于那些沒(méi)有地下室高層住宅的設(shè)計(jì)一般基礎(chǔ)埋深選擇在2.5m以上，墻體高度是5.0m以上，此時(shí)再按照1/16的比例來(lái)確定墻厚就很有可能大于填充墻的厚度，這顯然是不利于高層建筑的設(shè)計(jì)的。因而我們必須要采用專(zhuān)業(yè)的方法結(jié)合建筑實(shí)際情況，嚴(yán)格按照高層建筑設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程來(lái)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。

（2）科學(xué)設(shè)計(jì)連梁。所謂連梁主要指的是連接墻肢與墻肢的梁。連梁本身不僅能夠起到連接墻肢的作用，同時(shí)又由于在水平荷載作用下墻肢發(fā)生變形導(dǎo)致連梁產(chǎn)生內(nèi)力，最終會(huì)使得連梁本身對(duì)墻肢產(chǎn)生約束作用。連梁對(duì)墻肢結(jié)構(gòu)本身具有重要作用。我們必須要高度重視連梁的設(shè)計(jì)。

針對(duì)連梁的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是要關(guān)注連梁的跨高比以及截面尺寸這兩個(gè)指標(biāo)。連梁剛度如果過(guò)大時(shí)就需要折減。針對(duì)剪力墻的設(shè)計(jì)我們根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是很難實(shí)現(xiàn)折減配置的，因而此時(shí)就需要通過(guò)允許其適當(dāng)開(kāi)裂從而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體上，從而來(lái)達(dá)到折減目的。在折減過(guò)程中有一個(gè)重要指標(biāo)需要我們高度重視，這就是折減系數(shù)。一般情況下當(dāng)防裂度較低時(shí)就需要少折減一些，防裂度高時(shí)就需要多折減一些。但是無(wú)論怎樣折減，折減系數(shù)一般是不能小于0.5的，只有不小于0.5才能保證連梁承受豎向荷載的能力，在今后設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要高度重視這一問(wèn)題。此外為了減小連梁剛度可以通過(guò)增加剪力墻洞口寬度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)整體剛度的減小，地震的作用也將會(huì)減小，因而連梁承載力也就有可能不超限。同時(shí)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中提高混凝土等級(jí)也有可能使得連梁的抗剪承載力不超限?？偟膩?lái)說(shuō)設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)建筑實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整。

（3）合理設(shè)置邊緣構(gòu)件。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中邊緣構(gòu)件的設(shè)置是一個(gè)重要內(nèi)容。從以往的經(jīng)驗(yàn)我們可以看出有約束邊緣構(gòu)件的矩形截面剪力墻和無(wú)約束邊緣構(gòu)件剪力墻相比有著明顯優(yōu)勢(shì)，極限承載力有了顯著提升，比無(wú)約束的提升了40%。邊緣構(gòu)件通常分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩種類(lèi)型，這兩種類(lèi)型的邊緣構(gòu)件的應(yīng)用需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行設(shè)置。一般情況下當(dāng)墻體平均軸壓比不小于規(guī)定值的多層房屋一般設(shè)置的是約束邊緣構(gòu)件。一、二級(jí)剪力墻底部加強(qiáng)部位以上的一般部位，三、四級(jí)和非抗震設(shè)計(jì)的高層建筑，底部加強(qiáng)部位，相鄰上一層軸壓比小于規(guī)定值的多層房屋剪力墻，均應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件?？偟膩?lái)說(shuō)就是要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)合理的進(jìn)行設(shè)置。

（4）地震荷載以及各種內(nèi)力、位移計(jì)算。在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中如果主體結(jié)構(gòu)本身布置簡(jiǎn)單，那么就可以運(yùn)用空間協(xié)同平面框架來(lái)進(jìn)行計(jì)算分析。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)平面布置復(fù)雜的情況下就是采用空間分析程序來(lái)進(jìn)行內(nèi)力、位移分析。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)堅(jiān)持簡(jiǎn)化計(jì)算原則。在計(jì)算底盤(pán)的長(zhǎng)寬的時(shí)候需要結(jié)合主體結(jié)構(gòu)本身的長(zhǎng)度和寬度來(lái)進(jìn)行分析。一般情況下這兩者是要成比例地來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

4.剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化措施

（1）樓層的最大層間位移與層高之比的調(diào)整原則。規(guī)范規(guī)定在計(jì)算多地震作用的樓層最大層間位移時(shí)，要以樓間彎曲變形為主，計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形，可以不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形。因此，對(duì)于高層建筑應(yīng)當(dāng)盡可能地減小扭轉(zhuǎn)變形，但是又不能夠僅僅是根據(jù)層間位移不夠而盲目地增加豎向構(gòu)件的剛度。然而，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有的設(shè)計(jì)師一看某一方向的層間位移不足以滿(mǎn)足規(guī)范要求，就不斷地增加該向的側(cè)向剛度，這樣的調(diào)整方法不恰當(dāng)?shù)?。另外，因?yàn)榈卣鸺袅Φ卣饡r(shí)是按照剛度分配的，所以剪重比和剛度是息息相關(guān)的，為了保證這種能力實(shí)現(xiàn)就必須保證結(jié)構(gòu)有相應(yīng)的剛度，通常剪重比不滿(mǎn)足時(shí)候最多調(diào)整方法也是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度。

（2）剪力墻連梁的調(diào)整原則。剪力墻連梁的跨高比一般不宜小于2.5，跨高之比小于2.5的連梁很容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過(guò)規(guī)范限值的情況，有關(guān)規(guī)范規(guī)定了跨高比不小于5的連梁宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。即跨高比不小于5的連梁剛度不應(yīng)折減。然而跨高比在5～6之間時(shí)，如果連梁剛度不折減就很容易出現(xiàn)剪力或彎矩超限。本文認(rèn)為該條文在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中如果能充分利用，則對(duì)節(jié)省工程造價(jià)會(huì)具有一定的影響，即將跨高比不大于5的連梁高度減小或減小剪力墻墻肢長(zhǎng)度使連梁跨高比變?yōu)榇笥?的框架梁，而后者的鋼筋以及混凝土用量一般都是小于前者的，可以節(jié)省一部分工程資金。

剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和安排對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)而言相當(dāng)重要，它的穩(wěn)定性關(guān)系到整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)安全。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一定要嚴(yán)格遵循其設(shè)計(jì)原則，結(jié)合其建筑結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分析和計(jì)算，使得剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮其應(yīng)有的效果和作用，進(jìn)而確保整個(gè)建筑物的安全性和可靠性，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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