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

伍道杰

摘要：隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，建筑產(chǎn)業(yè)逐步成為我國(guó)重要支柱性產(chǎn)業(yè)，建筑設(shè)計(jì)能力得到顯著提升，由于建筑工程逐步向超高度、大跨度方向發(fā)展，近幾年剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范提出的抗側(cè)移剛度以及抗震性要求，本文結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，全面闡述剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與技術(shù)要點(diǎn)。

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

前言

剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有良好的優(yōu)越性能，主要包括抗震性能理想、整體性能優(yōu)良、剛度大等特點(diǎn)，從而受到建設(shè)單位與設(shè)計(jì)單位的大力推廣，結(jié)構(gòu)工程師在從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)熟練掌握剪力墻設(shè)計(jì)原則，充分發(fā)揮剪力墻特點(diǎn)，從而能夠積極推動(dòng)建筑行業(yè)的科學(xué)發(fā)展。

1.剪力墻的原則設(shè)計(jì)分析

1.1剪力墻的厚度較小，但寬度與高度較大，其受力的整體狀態(tài)與柱接近，然而剪力墻的肢長(zhǎng)與厚度比值與柱存在差異，當(dāng)肢厚比低于3時(shí)則根據(jù)柱的布置方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)肢厚比3 ～5之間時(shí)可將剪力墻作為異形柱，根據(jù)雙向受壓的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行布置。

1.2 剪力墻的平面實(shí)際承載力與內(nèi)剛度較大，因此平面的外梁與剪力墻在接連中，形成外墻肢的彎矩，同時(shí)不易驗(yàn)算平面的承載力與外剛度，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中剪力墻盡量不要搭接，選擇搭接時(shí)應(yīng)當(dāng)制定合理措施，以保證剪力墻設(shè)計(jì)的安全與質(zhì)量。

1.3 在計(jì)算剪力墻的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮豎向與水平作用，并進(jìn)行全面的整體結(jié)構(gòu)分析，在完成內(nèi)力計(jì)算后，根據(jù)偏拉或偏壓情況，進(jìn)行斜截面以及正截面承載力驗(yàn)算，在荷載作用下對(duì)剪力墻進(jìn)行極限承載的驗(yàn)算，在完成剪力墻的極限承載力驗(yàn)算后，在計(jì)算剪力墻寬度時(shí)，要結(jié)合剪力墻實(shí)際的間距、翼緣寬度、墻肢高度。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)置內(nèi)容

2.1墻肢結(jié)構(gòu)分類

按照剪力墻肢高度與厚度的差異，可以將其分為普通以及短肢剪力墻，當(dāng)墻肢高厚比大于8時(shí)則為普通剪力墻，當(dāng)墻肢高厚比為5～8時(shí)則為短肢剪力墻，當(dāng)墻肢高厚比低于5時(shí)為小墻肢剪力墻，其中高厚比低于3 時(shí)，應(yīng)結(jié)合框架柱的實(shí)際布置情況進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)具體布置內(nèi)容

高層建筑項(xiàng)目在空間使用方面有著較高要求，結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)業(yè)主的使用功能要求，把剪力墻合理布置形成立體結(jié)構(gòu)，在抗震設(shè)防要求較高的區(qū)域，嚴(yán)禁將剪力墻結(jié)構(gòu)沿單向布置，保持雙向剛度保持穩(wěn)定，剪力墻剛度根據(jù)建筑立面情況，要求建筑結(jié)構(gòu)的重心要與剛度中心實(shí)現(xiàn)雙雙重合，減少因主體結(jié)構(gòu)受扭而產(chǎn)生不利影響，設(shè)計(jì)人員主要通過(guò)對(duì)剛度中心、連梁高度、墻肢尺寸的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)重心的重合。剪力墻自身抗側(cè)力大、自振周期短等特點(diǎn)，對(duì)此建筑項(xiàng)目在受到地震作用，必然對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)造成不利作用。結(jié)構(gòu)工程師在布置剪力墻過(guò)程中應(yīng)緊密結(jié)合剪力墻的抗側(cè)剛度與承載力情況，適當(dāng)減少縱、橫墻厚度，同時(shí)擴(kuò)大剪力墻間的距離，來(lái)控制剪力墻體布置總數(shù)。在建筑平面內(nèi)剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力與剛度遠(yuǎn)大于平面外承載力與剛度，對(duì)此剪力墻與外平面梁搭接過(guò)程中，導(dǎo)致墻肢外平面產(chǎn)生彎矩，如果墻厚<一半梁高時(shí)，外平面剪力墻因梁端部彎矩造成不利影響，所以設(shè)計(jì)人員通過(guò)控制墻面截面，選擇半剛接、鉸接方式來(lái)降低外平面彎矩，從而更好保證主體結(jié)構(gòu)安全。

3 剪力墻的配筋與厚度設(shè)計(jì)

3.1 剪力墻的配筋設(shè)計(jì)

在我國(guó)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出剪力墻根據(jù)抗震等級(jí)要求，水平與豎向布筋的最小配筋率應(yīng)當(dāng)大于0.25%，框架剪力墻的底部加強(qiáng)布筋的配筋率應(yīng)當(dāng)大于0.3%，這類符合尺寸較長(zhǎng)以及高層的剪力墻結(jié)構(gòu)的要求，而這種設(shè)計(jì)要求不滿足尺寸較小剪力墻的要求，一旦剪力墻尺寸過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加水平配筋與布筋數(shù)量，特別對(duì)梁以及剪力墻與外梁的連接部位應(yīng)當(dāng)增加配筋數(shù)量。

3.2剪力墻的厚度設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，要求剪力墻結(jié)合實(shí)際抗震等級(jí)要求，加強(qiáng)剪力墻底部的區(qū)域，剪力墻厚度不小于0.2m，且大于樓層標(biāo)高的1/16，剪力墻的無(wú)翼端頭以及暗柱應(yīng)當(dāng)大于樓層標(biāo)高的1/12，這設(shè)計(jì)要求不滿足8度地震區(qū)域低高層與多層的剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，如6～14層的剪力墻結(jié)構(gòu)，在重力荷載作用下，墻肢軸壓比應(yīng)低于0.2，因此剪力墻應(yīng)當(dāng)布置配筋，如底部剪力墻的層高為4m，墻厚通常設(shè)為0.24m，投資商要求視野開(kāi)闊，不應(yīng)設(shè)置外縱墻，在橫墻端部不應(yīng)當(dāng)設(shè)置端柱與翼墻時(shí)，一旦高層建筑的層高增加，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)一步調(diào)整剪力墻的軸壓比，結(jié)合墻體截面尺寸，來(lái)驗(yàn)算剪力墻的穩(wěn)定性與強(qiáng)度，在剪力墻的構(gòu)造上應(yīng)當(dāng)設(shè)置配筋與暗柱，保證剪力墻的自身連結(jié)力，從而能夠減小剪力墻厚度。

4.剪力墻的構(gòu)造邊緣設(shè)計(jì)

4.1通過(guò)建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)造實(shí)驗(yàn)，判斷剪力墻的槽形與工字形截面延性優(yōu)于矩形截面，因此設(shè)計(jì)人員可通過(guò)適當(dāng)擴(kuò)大墻肢截面的翼緣尺寸來(lái)提高剪力墻整體的延性，所以在剪力墻端部設(shè)置邊緣構(gòu)件，在提高剪力墻延性的同時(shí)，還能夠避免剪力墻出現(xiàn)水平滑移，提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗剪能力，在剪力墻過(guò)程中可布置端柱、轉(zhuǎn)角柱和暗柱以及翼柱等構(gòu)件，這也是目前剪力墻設(shè)計(jì)過(guò)程中最有效的抗震構(gòu)造措施。

4.2根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)人員結(jié)合受力狀況與結(jié)構(gòu)類型，對(duì)洞口兩端與剪力墻兩側(cè)來(lái)增強(qiáng)邊緣，在豎向荷載作用下結(jié)合墻肢軸壓比來(lái)加強(qiáng)界線對(duì)構(gòu)造邊緣約束。

5.連梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)

5.1連梁的設(shè)計(jì)意義

連梁作為連接墻肢之間的構(gòu)件，在水平荷載作用下對(duì)連梁產(chǎn)生彎曲應(yīng)力形成轉(zhuǎn)角，對(duì)剪力墻的墻肢產(chǎn)生一定的限制與約束作用，因此改善連梁的受力情況，對(duì)增強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有一定的意義。

5.2 連梁設(shè)計(jì)的內(nèi)容

對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，其連梁的截面與跨高影響的設(shè)計(jì)因素較多，如果連梁設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致連梁的實(shí)際承載力不滿足截面設(shè)計(jì)的需求，因此連梁在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)考慮在連梁剛度折減過(guò)程中，由墻肢剛度大、跨高小等因素，在水平荷載作用下的內(nèi)力增大，連梁受力達(dá)到屈服時(shí)在梁端纏身裂縫，在減小連梁剛度的同時(shí)，進(jìn)行內(nèi)力重分布，所以設(shè)計(jì)人員在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)整體分析時(shí)，對(duì)連梁剛度進(jìn)行適當(dāng)折減。在連梁設(shè)計(jì)過(guò)程中增加剪力墻的厚度，加大建筑整體剛度，增加了地震作用力，同時(shí)連梁的寬度與承載力呈正比關(guān)系，如果增加連梁的剪力墻厚度，地震作用力不能根據(jù)剪力墻的實(shí)際厚度分配給剪力墻，導(dǎo)致連梁抗剪承載力遠(yuǎn)大于限值，因此設(shè)計(jì)人員在連梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)要結(jié)合建筑工程的實(shí)際情況制定合理的解決措施，來(lái)充分發(fā)揮剪力墻的作用，確保建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量安全。

6.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在建筑工程的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，選擇有效合理的寬度與長(zhǎng)度，將剪力墻設(shè)計(jì)發(fā)揮最佳效果，才能確保建筑工程的安全性，控制建筑成本，推動(dòng)建筑行業(yè)能夠健康穩(wěn)定發(fā)展。

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