淺析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

趙旭

遼寧德龍工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 遼寧 123000

摘要：隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展以及為了提高土地的利用率，各種建筑越建越多、越來越高，而剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)中的重要結(jié)構(gòu)部分，應(yīng)當(dāng)對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，本文主要闡述了剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概念及其分類，并介紹了剪力墻的布置原則，分析了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，最后分析了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算的優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用

一、前言

近些年來，伴隨著國家經(jīng)濟的急速發(fā)展，人們的生活水平得到了較大的提高。人們對于建筑的功能需求也越加的多，這都為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供了足夠的動，尤其是在建筑施工技術(shù)發(fā)展的技術(shù)支持的前提下。因此，人們對于建筑工程的施工質(zhì)量提出了更高的要求，設(shè)計人員設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)也更加的復(fù)雜。而剪力墻結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)中最重要的部位，其在建筑結(jié)構(gòu)中的使用可以最大程度的提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，并使得建筑結(jié)構(gòu)更加安全、經(jīng)濟。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概念及其分類

1.剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概念

剪力墻是房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載的墻體。防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。按結(jié)構(gòu)可分為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、普通剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣芤患袅Y(jié)構(gòu)。是由框架與剪力墻組合而成的結(jié)構(gòu)體系，適用于需要有局部大空間的建筑，這時在局部大空間部分采用框架結(jié)構(gòu)，同時又可用剪力墻來提高建筑物的抗震能力，從而滿足高層建筑的要求。普通剪力墻結(jié)構(gòu)。全部由剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。

當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的底部需要有大空間，剪力墻無法全部落地時，就需要采用底部框支剪力墻的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔(dān)時，這種墻體既承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向荷載，同時承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平地震作用。剪力墻即由此而得名（抗震規(guī)范定名為抗震墻）。剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護墻，因此墻體的布置必須同時滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。剪力墻結(jié)構(gòu)體系，有很好的承載能力，而且有很好的整體性和空間作用，比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力，因此，可建造較高的建筑物。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是側(cè)向剛度大，在水平荷載作用下側(cè)移小，其缺點是剪力墻的間距有一定限制，建筑平面布置不靈活，不適合要求大空間的公共建筑，另外結(jié)構(gòu)自重也較大，靈活性就差。一般適用住宅、公寓和旅館。

2.剪力墻的分類

剪力墻因為孔洞的問題受力狀況和特點都會不同，其變形狀態(tài)和內(nèi)力分布都會發(fā)生變化。根據(jù)其開洞的情況可以分為實體墻、整體小開口剪力墻、雙肢或多肢剪力墻、壁式框架等。

（一）實體墻

實體墻就不開洞或者開洞不超過墻的15%。其受力特點和整體懸臂梁比較類似，墻肢法向應(yīng)力呈線性分布，破壞形態(tài)和偏心受壓柱相似。整體高度上變形主要是彎曲型，無反彎點和突變。

（二）整體剪力墻

整體小開口剪力墻是開洞仍然比較小但是洞口面積大于15%。其受力性能可以按整體懸臂梁考慮，并且還要考慮墻肢的局部彎矩。其彎矩圖在整個墻肢高度上沒有反彎點，而在連梁處發(fā)生突變。

（三）雙肢或多肢剪力墻

雙肢或多肢剪力墻是墻體開洞很大或者洞口成列布置。其受力特點和整體小開口剪力墻比較類似。受力特點與整體小開口墻相似。

（四）壁式框架。

壁式框架是洞口尺寸很大，墻體肢線和連梁線這兩的剛度差不多的墻。其受力特點 的彎矩圖的突變發(fā)生在樓層處，并且基本上所有的樓層都會有反彎點。

三、剪力墻的布置原則

1、均勻、分散和對稱布置

剪力墻宜雙向布置，均勻布置在建筑物的周邊、平面形狀變化和豎向荷載較大等部位，剪力墻宜貫通建筑物的全高，以便形成空間結(jié)構(gòu)，避免剛度突變。

2、簡單、規(guī)則布置

剪力墻墻肢的截面宜簡單、規(guī)則，平面形狀凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。剪力墻在縱橫兩個主軸方向組合部署成 L 形、T 形、槽形、封閉筒等形式。避免剪力墻沿高度發(fā)生剛度突變，剪力墻結(jié)構(gòu)具有適宜的抗側(cè)剛度即可。

3.增大結(jié)構(gòu)空間

為了充分增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，剪力墻不宜布置得太密。不宜在伸縮縫和防震縫兩側(cè)同時布置剪力墻，縱向剪力墻不宜布置在端部，而應(yīng)布置在中部，間距也不宜過大，使各主軸方向的側(cè)向剛度接近。

4.抗震設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性。

當(dāng)剪力墻長度很大時，可以通過開設(shè)洞口將長墻分成長度較小、較均勻的獨立墻段。每片剪力墻連續(xù)尺寸不要太長，每片剪力墻的彎曲剛度要適中，保證剛度中心與平面中心相吻合。

四、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

1.剪力墻截面厚度

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中之所以會規(guī)定剪力墻的最小厚度，是為了保障剪力墻平面之外的剛度以及作為豎向構(gòu)件的穩(wěn)定性。當(dāng)墻肢平面外出現(xiàn)與之相交的剪力墻的時候，可以將其視為剪力墻的支承，這樣一來就有利于保證剪力墻平面外的剛度和穩(wěn)定了。因此在確定墻肢的最小厚度的時候，應(yīng)該按層高以及無支長度兩者的較小值來計算。有關(guān)規(guī)范規(guī)定：在非抗震設(shè)計時，剪力墻的最小厚度不應(yīng)該小于層高或者無支長度的 1/25，并且還要大于 160mm。而在抗震設(shè)計時，底部加強區(qū)在一、二級抗震等級時不宜小于 1/20，并且大于等于 160mm；三、四級抗震等級時不小于 1/20，且大于等于 160mm。其他各層在一、二級抗震等級時，不能小于層高或者無支長度的 1/20，且大于等于 160mm；在三、四級抗震等級時不小于 1/25，且大于等于 160mm。分隔電梯井或管道井的墻應(yīng)大于等于 160mm。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中混凝土的強度等級

剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土強度等級不應(yīng)低于 C20；而筒體的剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不宜低于 C30。

3.設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件和約束邊緣構(gòu)件

剪力墻一般在一、二級抗震的一般部位以及三、四級抗震設(shè)計和非抗震設(shè)計的時候，剪力墻的墻肢端部應(yīng)該設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件；在一、二級抗震的底部加強部位以及其上一層的墻肢端部應(yīng)該設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。且規(guī)定了最小配筋率，以防止剪力墻受拉邊緣處的裂縫寬度過大和剪力墻受彎時少筋的脆性破壞。

4.最小配筋率

規(guī)定了剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的最小配筋率，以避免墻肢的剪拉和斜壓脆性破壞。一般剪力墻的豎向和水平分布筋的配筋率為：一、二、三級抗震等級時不宜小于0.25%，四級抗震等級及非抗震等級時為0.2%，間距不應(yīng)大于 300mm，直徑不應(yīng)小于8mm，也不宜大于墻肢厚度的1/10。

五、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算的優(yōu)化策略

1.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化原則

在剪力墻機構(gòu)中，其剪力墻通常沿著主軸的方向或者其它的方向?qū)嵤╇p向布置，這樣才能形成有一定的空間結(jié)構(gòu)，在設(shè)計抗震型剪力墻結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該避開布置較為單一的剪力墻，且要使得兩個受力方向中的抗側(cè)剛度最大接近，使其有著合適的空間工作性能。我們知道，剪力墻的承載力度與