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

萬泉

摘要：在建筑工程的建設(shè)中，對剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，一方面能減少施工的成本，另一方面還能提高建筑的抗震能力。在實(shí)際應(yīng)用中要注意提高結(jié)構(gòu)的剛度，建筑的外形要簡潔美觀。同時(shí)針對具體的情況進(jìn)行具體的分析，結(jié)合實(shí)際的施工方法采取最合適的建筑技巧，保證剪力墻的抗震效果最大化的發(fā)揮出來，保證現(xiàn)代建筑的質(zhì)量與安全。

關(guān)鍵詞：建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1.剪力墻結(jié)構(gòu)的基本定義

剪力墻又稱抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。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，在高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。當(dāng)墻較少時(shí)，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個(gè)別小墻肢，不應(yīng)看成剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本樣式

2.1壁式框架，主要是指在聯(lián)肢墻中，洞口相對較大，使得墻肢的剛度明顯減弱，而連梁的剛度則相對較強(qiáng)，剪力墻的受力特性接近于框架。與框架結(jié)構(gòu)梁柱相比，剪力墻的厚度較小?？蚣艚Y(jié)構(gòu)建筑中，壁式框架剪力墻可以單獨(dú)設(shè)置，也可以利用樓梯間、電梯井及管道井等墻體，在各類房屋建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2整體剪力墻，主要是指沒有門窗洞口或者只有少量很小洞口的剪力墻，在此類剪力墻設(shè)計(jì)中可以忽略洞口的存在。如果各處門窗洞口的面積總和小于剪力墻側(cè)面積的15%，洞口間凈距、孔洞與墻邊之間的凈距大于洞口長邊尺寸，即屬于整體剪力墻，其主要用于支撐建筑的主體結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)工程的重要組成部分。

2.3聯(lián)肢墻，主要是指在剪力墻上開有一列或者多列洞口，洞口的尺寸相對較大，而剪力墻的總體受力相當(dāng)于通過洞口各連梁組成的一系列墻肢。聯(lián)肢墻是由多組連梁連接起來的特殊形式剪力墻，但是由于一般連梁的剛度小于墻肢的剛度，所以，墻肢單獨(dú)的作用也就顯得尤為重要。

3.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的原則

剪力墻的設(shè)計(jì)過程中，不能采取盲目的手段，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范具體考察結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否具有合理性。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在技術(shù)層面上應(yīng)遵循一些原則，這樣才能促進(jìn)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范化。

3.1樓層之間最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則

為了減輕結(jié)構(gòu)的自重，避免地震的發(fā)生，在建筑過程中可以考慮少布置剪力墻，但是這個(gè)前提是必須要求短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不能超過40%?？梢圆扇〈箝_間剪力墻，使其結(jié)構(gòu)具有更好的側(cè)向剛度，確保樓層最小剪力系數(shù)不小于規(guī)范限值，這樣可以大大減少工程的造價(jià)。

3.2樓層層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則

對于普通的建筑，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形。剪切變形的控制多以豎向構(gòu)件的多少來衡量，但是如果豎向構(gòu)件數(shù)量很多，就會(huì)造成剪重比偏大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理，造成扭轉(zhuǎn)變形過大，同樣不能有效滿足樓層間位移的需要。所以，在建筑物中應(yīng)盡量減少扭轉(zhuǎn)變形，而不能單靠增加豎向構(gòu)件的剛度來調(diào)整樓層之間的位移。

3.3剪力墻連梁超限的調(diào)整原則

剪力墻跨高比小于2.5的連梁比較容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)定的限度的情況，所以一般規(guī)定剪力墻連梁的跨高比最好大于2.5跨高比大于5的連梁則最好按照框架梁來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而跨高比在5～6之時(shí)，在連梁剛度不折減的情況下就會(huì)出現(xiàn)剪力或者彎矩超出規(guī)范限值。所以在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分利用連梁超限的調(diào)整原則，這將大大節(jié)省工程造價(jià)，能夠有效促進(jìn)工程投資的節(jié)約。

4.剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要應(yīng)用

剪力墻結(jié)構(gòu)由于具備了很多的優(yōu)點(diǎn)被廣泛的運(yùn)用到現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其是一些大型高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的尤為明顯。下面文章主要就剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行描述和分析。

4.1剪力墻肢種類和具體結(jié)構(gòu)設(shè)置

剪力墻墻肢的分類主要是根據(jù)墻肢厚度和高度比來劃分的，主要有兩類：短肢剪力墻和一般剪力墻。如果剪力墻高度超過其厚度的7倍時(shí)，就是一般剪力墻，如果剪力墻高厚比值在5-8之間時(shí)，就是短肢剪力墻。此外，剪力墻還可以根據(jù)其墻面開口大小的狀況來分為整面剪力墻、整體小開口剪力墻、連肢剪力墻以及壁式框架等這幾種。

一些高層建筑大多愛用剪力墻結(jié)構(gòu)，尤其是那些建筑都需要較大的空間工作能力，因此，其剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)置就需要設(shè)計(jì)成雙向的，從而形成新的開工建設(shè)結(jié)構(gòu)，在抗震區(qū)域的建筑物中的剪力墻結(jié)構(gòu)就更要如此設(shè)計(jì)了。此外，對于剪力墻雙向的墻體剛度最好要接近，其墻面受力要均勻，也要采取一定的措施來調(diào)整剪力墻的剛心，確保剪力墻的穩(wěn)定性以承載性。另外，如果剪力墻出現(xiàn)平面外彎的現(xiàn)象，就要改變其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者添加裝置來緩解這種現(xiàn)象，進(jìn)而確保梁端安全。

4.2剪力墻結(jié)構(gòu)長、厚度及配筋

根據(jù)上面所說的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度及配筋也有相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)建筑抗震相關(guān)資料的要求規(guī)定，剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度和長度也要根據(jù)抗震等級系數(shù)來調(diào)整。據(jù)相關(guān)規(guī)定，為了保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性以及鋼性，剪力墻結(jié)構(gòu)厚度的最小值為200mm，而且其高厚比要小于1/6。也就是說，居住建筑物的剪力墻結(jié)構(gòu)厚度一般要小于200mm，其高厚比也要符合要求。如果一些高層建筑物的剪力墻結(jié)構(gòu)厚度和長度出現(xiàn)比值不均，在不滿足條件的情況下，就要采取L、T形截面剪力墻代替一字形剪力墻，并增加其翼緣長度或者采取其他方式，使得剪力墻結(jié)構(gòu)滿足其設(shè)計(jì)構(gòu)造原則和要求。對于一般剪力墻結(jié)構(gòu)中的水平和垂直風(fēng)險(xiǎn)上的配筋比值而言都要大于1/400，部分剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋比值也要大于3/1000，其他特殊情況下的剪力墻結(jié)構(gòu)的配筋比也要根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整。

4.3剪力墻邊緣結(jié)構(gòu)

根據(jù)以往剪力墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果，剪力墻結(jié)構(gòu)的邊緣約束性截面剪力墻比無約束性的截面剪力墻的極限承載力要大2/5還要多，而其抗震消耗能量也多有1/5，且墻面的穩(wěn)定性也要好很多。因此，對于剪力墻的邊緣結(jié)構(gòu)而言，就要根據(jù)其設(shè)計(jì)使用效果和相關(guān)承載力的規(guī)定來決定其墻體邊緣是設(shè)置約束性邊緣結(jié)構(gòu)還是非約束性邊緣結(jié)構(gòu)。

4.4剪力墻連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻肢之間相連接的梁體就是剪力墻的連梁，而剪力墻的連梁裝置能夠均衡墻肢的水平負(fù)荷力，并能夠?qū)袅χ鸬揭欢ǖ募s束和穩(wěn)定的作用，因此，剪力墻之間的連梁裝置對剪力墻的整體結(jié)構(gòu)有著非常重要的作用。對于剪力墻的連梁結(jié)構(gòu)來說，其結(jié)構(gòu)的高度和截面大小受到很多因素的影響，一旦設(shè)計(jì)出現(xiàn)失誤，或者不合理的地方，就會(huì)影響整個(gè)剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)剪力墻連梁結(jié)構(gòu)時(shí)，其設(shè)計(jì)師要主要對剪力墻的連梁結(jié)構(gòu)的剛度按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行一定的折減，對于剪力墻連梁結(jié)構(gòu)的跨度要略加，對于高度要略減，從而減少結(jié)構(gòu)剛度，緩解地震作用力的影響。此外，設(shè)計(jì)師也要適當(dāng)增加剪力墻結(jié)構(gòu)厚度，進(jìn)而增加連梁截面的寬度，使得剪力墻連梁結(jié)構(gòu)裝置能夠發(fā)揮其最大的優(yōu)勢和特點(diǎn)，保證其承載力和抗震力度。

5.結(jié)語

為了保證高層建筑的質(zhì)量，減少施工的成本，剪力墻的應(yīng)用勢在必行。設(shè)計(jì)師要結(jié)合剪力墻的特點(diǎn)，為大型的高層建筑提供必要的技術(shù)支持。在建筑業(yè)的發(fā)展中，剪力墻的應(yīng)用的設(shè)計(jì)過程存在一些弊端，不利于它的發(fā)展。我們應(yīng)該采取先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，策劃合理的方案，設(shè)計(jì)好剪力墻布置中洞口的位置并發(fā)揮受力作用、考慮抗底豎向負(fù)荷、保證結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力。

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