談建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

譚 紅 衛(wèi)

(山西筑城建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006)

談建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

譚 紅 衛(wèi)

(山西筑城建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006)

為了更好地適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，介紹了剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算方法，同時(shí)分析了剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于工程中需注意的事項(xiàng)，促使建筑結(jié)構(gòu)得到完善和優(yōu)化。

建筑結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

剪力墻，其結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大、側(cè)移小，且抗震性能超好的特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的很多方面都得到了廣泛的運(yùn)用，尤其是在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。同時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因建筑形式及要求的迥異，對(duì)剪力墻的使用類型、布置位置和尺寸大小的要求也不盡相同，并且，目前在許多施工方面還沒有明確規(guī)定出如何進(jìn)行正確的施工，因此，在設(shè)計(jì)和構(gòu)造的過程中，設(shè)計(jì)人員除了要根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)做參考以外，還要遵循一定的構(gòu)造建筑原則。本文現(xiàn)就根據(jù)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)和類型的概述，對(duì)其在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用加以分析，以便建筑結(jié)構(gòu)得到完善和優(yōu)化，使建筑行業(yè)更好的發(fā)展，提高建筑施工的質(zhì)量，保證居民的人身安全。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻結(jié)構(gòu)，是一種剪力墻體，即其建筑墻肢的截面高度與其厚度的比值在5～8范圍內(nèi)；亦是用鋼筋混凝土板代替昔日建筑物中承受水平和豎向方向荷載作用的墻體。剪力墻雖有側(cè)移小、防震能力大、抗側(cè)剛度大、承重力強(qiáng)、使室內(nèi)墻面平整等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑中得到廣泛的使用，但是，高層建筑的墻體也不能完全只是用剪力墻，一方面是因?yàn)榧袅υ靸r(jià)高、施工程序復(fù)雜，另一方面則是過多的使用剪力墻會(huì)使建筑物的質(zhì)量遭到損壞，從而影響建筑物的壽命。另外，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中還要充分考慮其抗震能力，要準(zhǔn)確把握好剪力墻墻體所承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)承受的地震力矩之間的比例關(guān)系。在剪力墻使用數(shù)量較少時(shí)，更要把這兩者之間的比例控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，通常會(huì)適當(dāng)?shù)臏p輕剪力墻墻體承受的傾覆力矩，同時(shí)把減輕的力矩控制在15～40范圍內(nèi)。

剪力墻一般分為四類，其依據(jù)：剪力墻墻體是否開洞或者是開洞尺寸的大小。

1)實(shí)體墻。

實(shí)體墻是一種有開洞或者沒開洞的墻體結(jié)構(gòu)，但若開洞則是開洞面積小于15%。此剪力墻主要為曲型變形，形象地說像一個(gè)整體的懸壁墻，在墻肢高度彎矩圖上，既不存在彎點(diǎn)也不會(huì)發(fā)生突變。

2)整體小開口的剪力墻。

這是指開洞面積在15%以內(nèi)的墻體，其受力特點(diǎn)：雖會(huì)在連梁處發(fā)生突變，但墻體彎矩圖則不會(huì)產(chǎn)生彎點(diǎn)。

3)雙肢或多肢剪力墻。

即開洞面積過大或者墻體上的洞口呈列狀分布。與整體小開口墻的受力特點(diǎn)相似。

4)壁式框架剪力墻。

這是指墻體開洞尺寸較大，且其墻肢線上與墻體連梁線上的剛度接近。它的受力特點(diǎn)與其他剪力墻不一樣，它不僅彎矩圖會(huì)在樓層處發(fā)生突變，而且在建筑的大多數(shù)樓層內(nèi)產(chǎn)生彎點(diǎn)。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1)優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

剪力墻長度和寬度尺寸與其厚度相比比較大，根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)的要求不同，使用的設(shè)計(jì)長度與厚度則不同。一方面，剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度。相關(guān)規(guī)定指出，剪力墻底部加強(qiáng)厚度為一、二級(jí)抗震時(shí)最好大于200 mm，且樓層高度不得小于其1/16，別的地方則不小于160 mm。為了確保整體的連接并且達(dá)到減少墻體厚度的效果，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要具體分析設(shè)計(jì)概念及要求，有效的控制墻肢軸壓比例，如表1所示。另一方面，墻體長度。剪力墻墻體高度即為墻體截面高度，其長度不應(yīng)超過8 m。確保剪力墻結(jié)構(gòu)的延性是設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。若要是避免脆性的剪切破壞，可將剪力墻設(shè)計(jì)成高寬比大于2的細(xì)高剪力墻結(jié)構(gòu)。但有時(shí)由于墻體本身長度很大，要想保證比值大于2，就可以采用開洞的方法將其變?yōu)榫鶆虻倪B肢體墻，而其洞口采用約束彎矩比較小的弱連梁的效果較好。

表1 剪力墻允許高厚比

2)優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算。

首先，調(diào)整建筑物樓層之間的最小剪力系數(shù)的原則。在建筑施工過程中，為了達(dá)到降低建筑物自身重量和增加建筑承受地震的能力的效果，應(yīng)該在不超過規(guī)定系數(shù)范圍內(nèi)盡量地減少剪力墻的使用數(shù)量，以便于把樓層的最小剪力系數(shù)控制在設(shè)計(jì)要求所規(guī)范的限制內(nèi)。其次，剪力墻連梁超限的調(diào)整原則。此原則主要是要求在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其連梁的跨高比值一般情況下要大于2.5,若其比值在2.5以下的話，容易出現(xiàn)墻體的彎矩和剪力值超出有關(guān)技術(shù)所規(guī)定的限值的狀況。另外，絕大部分剪力墻的連梁跨度會(huì)超出比值到5，此時(shí)就需用框架梁的方式來完成其連梁的建設(shè)。而對(duì)于超出比值在5～6范圍內(nèi)時(shí)，要想確保其墻體不發(fā)生剛度變化，則剪力墻的剪力或彎矩就會(huì)出現(xiàn)異常，超出其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的要求。因此，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)剪力墻連梁的超限進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)有效的對(duì)建筑工程投入的資金成本進(jìn)行控制。最后，建筑物樓層層高與層間最大位移之間的比例調(diào)整原則。在對(duì)遭遇地震作用影響較多的建筑樓層進(jìn)行最大彈性層間位移值規(guī)定和規(guī)范時(shí)，把以變形為主要形式的高層建筑排除在外，且計(jì)算其他建筑時(shí)可不扣除其整體的變形彎曲，而轉(zhuǎn)換為扭轉(zhuǎn)變形的計(jì)算。其中，豎向構(gòu)件數(shù)量是控制剪切變形的決定性因素，但是，豎向構(gòu)件不能過多使用，否則會(huì)引起結(jié)構(gòu)的扭曲變形。因此，在對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡可能的縮小扭轉(zhuǎn)變形。

3)剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

首先，剪力墻的平面布置。在其平面布置中，應(yīng)盡可能的依據(jù)對(duì)稱、均勻的原則，盡力使墻面結(jié)構(gòu)本身的剛度和質(zhì)量中心完全重合進(jìn)行布局，從而達(dá)到較少扭矩的效果；而對(duì)內(nèi)外剪力墻來說，則應(yīng)盡量拉通、對(duì)直；在抗震設(shè)計(jì)要求情況下，剪力墻應(yīng)避免僅采用單向有墻的布置形式；另外，還應(yīng)控制剪力墻的抗側(cè)力剛度，來增加剪力墻的利用空間和承載能力；還應(yīng)注意剪力墻的間距不應(yīng)過密。其次，約束邊緣構(gòu)件處理。剪力墻的邊緣構(gòu)件大體上分為兩種，即無約束邊緣和有約束邊緣的構(gòu)件，兩者相比較，則無約束邊緣的矩形截面積的極限承載力約降低40%，極限樓層位移角將減少一倍，對(duì)地震能量的消耗也會(huì)有所減少，并且會(huì)對(duì)墻板的穩(wěn)定造成影響。由此可見，在構(gòu)件設(shè)計(jì)選擇時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)不同級(jí)別和類型的剪力墻的相關(guān)軸壓比進(jìn)行分析，從而選取相應(yīng)的邊緣構(gòu)件。最后，剪力墻墻身鋼筋分析。國家對(duì)剪力墻的水平和豎向分布筋的配筋率做出了相關(guān)的規(guī)定，比如，一二級(jí)抗震建筑物的設(shè)計(jì)應(yīng)保證小于0.25%，而對(duì)于非抗震和四級(jí)抗震的設(shè)計(jì)不應(yīng)低于0.2%。另外，這個(gè)配筋率在有關(guān)規(guī)范性文件中都有提到。

3 結(jié)語

為了滿足我國建筑行業(yè)及其施工科技技術(shù)完善的市場需求，雖然剪力墻構(gòu)件設(shè)計(jì)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但在實(shí)施建設(shè)施工過程中，我們還是應(yīng)該依據(jù)其基本概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且重視和認(rèn)真把握設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的應(yīng)用要求和調(diào)整原則，進(jìn)一步的選取合理的剪力墻長度、寬度及厚度，使設(shè)計(jì)得到最佳效果。另外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)行不斷的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有兩者結(jié)合，才能保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、安全，有效縮小工程成本，從而促使我國建筑行業(yè)健康、和諧、可持續(xù)發(fā)展。

[1] 胡佐舜,柳善泉.建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(22):225.

[2] 馬靜靜.高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)淺析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013(6)：55-56.

[3] 向 東,魏源遠(yuǎn).淺析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2014(3)：21-22.

[4] 王 華.建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013(24)：78-79.

Discussionontheoptimizationdesignofshearwallstructureinbuildingstructure

TANHong-wei

(ShanxiZhuchengArchitecturalDesignLimitedCompany,Taiyuan030006,China)

This paper discussed the optimization design of shear wall structure in building structure, introduced the design and calculation method of shear wall structure, and analyzed the matters needing attention of shear wall structure application of engineering, promoted the construction structure improvement and optimization.

building structure, shear wall structure, optimization design

1009-6825(2014)14-0060-02

2014-02-21

譚紅衛(wèi)(1977- )，男，助理工程師

TU398.2

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