剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

【摘要】剪力墻結(jié)構(gòu)可以有效抵抗風(fēng)和地震等水平力作用，防止結(jié)構(gòu)剪切破壞，因此在現(xiàn)代高層建筑中被大量應(yīng)用。但剪力墻結(jié)構(gòu)自重大，并且墻與墻之間的間距較小，平面布置不靈活，因此在要求大空間的建筑工程中的應(yīng)用受到局限，因此，如何減輕墻體自重，并在保證墻體側(cè)向剛度滿足設(shè)計要求的情況下最大限度地增大剪力墻之間的間距成為當(dāng)前設(shè)計人員研究的重點問題。本文首先介紹了剪力墻結(jié)構(gòu)的自身特點，闡述了剪力墻結(jié)構(gòu)的常見類型，并探討了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的注意事項。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計

前言

隨著社會的進步以及地震、颶風(fēng)等災(zāi)害性天氣的增多，人們對住宅的要求越來越高，除了要實現(xiàn)住宅所應(yīng)具有的傳統(tǒng)功能外，更要求能有效抵御自然災(zāi)害等，因此越來越多的高層公寓式住宅采用了剪力墻結(jié)構(gòu)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土澆筑而成的墻體來替代傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中的柱和梁，可以有效抵抗風(fēng)荷載、地震等水平力的作用。然而剪力墻結(jié)構(gòu)也有其自身的不足之處，如剪力墻與剪力墻之間的間距非常有限，自重較大等，因此無論是基于現(xiàn)實還是發(fā)展的考量，設(shè)計一種功能性更強的剪力墻結(jié)構(gòu)都具有重大意義。

1、剪力墻結(jié)構(gòu)的特點

在建筑設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)充分認識剪力墻結(jié)構(gòu)的特點，以利用其優(yōu)點，并有效規(guī)避缺點，使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理。

1.1剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

首先，剪力墻的整體性較好。由于剪力墻結(jié)構(gòu)要在豎向上貫穿整個建筑物，因此其整體性能較好，側(cè)向剛度大，除了要承載水平構(gòu)件傳遞過來的豎向荷載以外，還能有效抵抗風(fēng)荷載和地震等水平力的作用，在高層建筑遇到地震等水平荷載作用時其變形能力較好，因此剪力墻也可稱為抗震墻，抗風(fēng)墻等等。

其次，剪力墻結(jié)構(gòu)施工工期短。剪力墻充當(dāng)了傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的梁和柱的作用，并且剪力墻本身既可作為建筑物的承重墻又可作為建筑物的隔墻，因此省去了傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的梁、柱等構(gòu)件，使建筑工程施工更為方便，而且如果施工過程中采用高大模板其施工速度則會非?？欤行p少施工工期。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點

首先，剪力墻結(jié)構(gòu)由于采用純鋼筋混凝土澆筑而成，因此自重較大，這就要求建筑的基礎(chǔ)和剪力墻下端要額外承受較大的豎向荷載，鑒于此，一般要采用較大截面的地基基礎(chǔ)和更為先進的基礎(chǔ)形式，而且一般剪力墻的厚度較厚，而且對鋼筋、水泥等建筑材料的強度要求較高，這些都導(dǎo)致了剪力墻的建設(shè)成本較高。

其次，剪力墻結(jié)構(gòu)中的配筋一般都是構(gòu)造配筋，其配筋率較低，因此結(jié)構(gòu)的延展性能較差。并且剪力墻結(jié)構(gòu)的各墻肢軸壓比較低，導(dǎo)致各墻肢的承載能力無法充分發(fā)揮。

再次，剪力墻結(jié)構(gòu)受到樓板構(gòu)件跨度的限制，因此墻與墻的間距較小，一般只有3～8m，使建筑物的平面布置不夠靈活，一般形式較為單一，所以剪力墻結(jié)構(gòu)一般只用于高層公寓式住宅等，不適用于較大空間建筑。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)常見類型

剪力墻結(jié)構(gòu)根據(jù)形式的不同可以分為純剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)等。其中純剪力墻結(jié)構(gòu)是全部由剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系；框支剪力墻結(jié)構(gòu)是在建筑物底部需要大空間時，在底部一層采用框架柱的結(jié)構(gòu)來代替剪力墻，從而為底層用作商業(yè)用途提供了便利。但是這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)底層抵御水平荷載的能力較差，在地震災(zāi)區(qū)不宜采用。而框架剪力墻結(jié)構(gòu)是在局部需要大空間時，部分采用框架結(jié)構(gòu)來代替剪力墻，一方面可以增大建筑物局部空間，使建筑物用途多樣化，另一方面也具有剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛力大的優(yōu)點。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1剪力墻的布置

首先，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要求剪力墻應(yīng)當(dāng)沿著主軸方向或其他方向進行雙向布置或多向布置，以保證結(jié)構(gòu)可以承受足夠的豎向和水平荷載，并且在有抗震要求的結(jié)構(gòu)中禁止采用單向墻的形式，剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不宜過大。剪力墻間距不宜太密，宜采用大開間布置。剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變。

其次，在全剪力墻高層建筑中，如采用短肢剪力墻為主的結(jié)構(gòu)，則在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)必須要有足夠的長肢剪力墻，以增加抗震能力。

3.2剪力墻長度和厚度的設(shè)計

3.2.1剪力墻墻體長度設(shè)計

較長的剪力墻可用跨高比不小于5的弱連梁分成較為均勻的若干個獨立墻段，每個獨立墻段可為整體墻或聯(lián)肢墻，每個獨立墻段的總高度和墻段長度之比不應(yīng)小于2，避免剪切破壞，提高變形能力。

剪力墻結(jié)構(gòu)屬于大體積混凝土構(gòu)件，因此如果結(jié)構(gòu)超長，在澆筑完畢后受到溫度的影響，外層混凝土收縮導(dǎo)致產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而容易產(chǎn)生裂縫，而且結(jié)構(gòu)越長產(chǎn)生裂縫的問題越嚴重。因此，在設(shè)計中要充分注意，應(yīng)通過在設(shè)計方案中設(shè)置溫度伸縮縫等措施，將剪力墻結(jié)構(gòu)長度控制在合理的范圍內(nèi)。

3.2.2剪力墻墻體厚度設(shè)計

一般來說，為了保證剪力墻的側(cè)向剛度以及穩(wěn)定性，在高層建筑中的剪力墻厚度一般在200mm以上，在對抗震要求較高的地區(qū)還要適當(dāng)增加厚度，除此之外，在剪力墻底層也要適當(dāng)增加厚度。但是，也不是厚度越大越好，因為剪力墻一般都是由鋼筋混凝土澆筑而成，自重較大，為了降低剪力墻的厚度并且保證構(gòu)件的強度常常要增加配筋，因此對剪力墻的厚度一定要科學(xué)設(shè)計。剪力墻的厚度一般沿墻的高度方向遞減，但是要控制減小的幅度不能過大，避免局部力學(xué)性能差容易受剪切破壞。在實際設(shè)計中一般剪力墻的厚度大于等于樓層高度的1/25，同時不低于160mm。

隨著科技的發(fā)展，各種新型建材逐漸得到實際應(yīng)用，使得墻體自重大大降低的同時，構(gòu)件的強度也相應(yīng)增大，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求來設(shè)計剪力墻的厚度，技術(shù)上有較大的自由度。

3.2.3剪力墻的連梁設(shè)計

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁是指兩端與剪力墻相連且高跨比小于5的混凝土構(gòu)件，在地震等水平力的作用下，其內(nèi)力往往較大，如果設(shè)計不當(dāng)就肯導(dǎo)致其產(chǎn)生脆性破壞，嚴重危害結(jié)構(gòu)的安全性。因此，在設(shè)計連梁時，可根據(jù)不同的實際情況采取相應(yīng)的措施，使連梁設(shè)計更為合理。例如可以通過增加剪力墻的洞口寬度或在連梁中部開設(shè)水平縫的方式，又如可在計算內(nèi)力和位移時對連梁的剛度進行一定的折減，并對局部內(nèi)力過大的連梁進行一定的調(diào)整等。

結(jié)語

在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮多方面的問題，以使剪力墻一方面可以充分發(fā)揮其抗震、抗風(fēng)的作用，另一方面也可使剪力墻與其他結(jié)構(gòu)組成復(fù)合的結(jié)構(gòu)體系，優(yōu)勢互補，既保證建筑的安全性，同時也提高了建筑的使用功能。因此，作為設(shè)計人員要充分發(fā)揮主觀能動性，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用多學(xué)科的知識，力求設(shè)計出既安全實用又經(jīng)濟的剪力墻結(jié)構(gòu)。

參考文獻

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