建筑工程設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

周 超

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長沙 410128)

建筑工程設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

周 超

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長沙 410128)

介紹了建筑工程設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的類型，根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算原則，從結(jié)構(gòu)布置、約束邊緣構(gòu)件、連梁設(shè)計、延伸性處理等角度論述了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足科學(xué)合理的要求。

剪力墻，結(jié)構(gòu)，設(shè)計，建筑

建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)在整個建筑工程中占據(jù)關(guān)鍵地位，因為剪力墻結(jié)構(gòu)不僅能提高建筑物剛度，抗震能力，而且能減少對建材的使用，控制建筑設(shè)計、施工成本。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的技術(shù)性和專業(yè)性，必須明確不同環(huán)節(jié)、不同部位的設(shè)計重點，掌握科學(xué)的設(shè)計理念，從而打造出科學(xué)合理的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高剪力墻整體的質(zhì)量水平。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

1)開洞或非開洞剪力墻。其面積在15%以下，類似于懸壁墻，彎曲型變形，彎矩圖不僅無彎點，而且?guī)缀醪荒艹霈F(xiàn)突變現(xiàn)象。2)開口較小的剪力墻。開口大小一般占整個剪力墻面積的15%，同樣為彎曲型變形，墻肢整體上無反彎點，但是彎矩圖的定位會突變。3)雙、多肢剪力墻。通常開洞很大，而且洞口按照一定順序排列，具有同小開口剪力墻相似的受力模式。4)壁式剪力墻。此類剪力墻有著較大的開口，剪切型變形，受力方式同框架構(gòu)造類似。一般用于高層樓房時，其容易有反彎點及突變現(xiàn)象。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算原則

1)調(diào)整樓層間的最小剪力系數(shù)。通常來說，為了提高建筑物的抗震能力，應(yīng)該盡量減少剪力墻的數(shù)量，然而，必須確保短肢剪力墻能夠承受40%以上的建筑物底端地震傾覆力矩，為了達(dá)到這一目標(biāo)，應(yīng)該選擇大開間剪力墻，這樣才能確保建筑物結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使得建筑物各個樓層的最小剪力系數(shù)走向規(guī)定的科學(xué)范圍，從而提高建筑物的牢固度，也控制工程成本。2)調(diào)整樓層間最大位移和層高比例。一般來說，建筑物設(shè)計的關(guān)鍵與核心體現(xiàn)在樓層與樓層之間的設(shè)計，這其中主要包括：扭轉(zhuǎn)變形與剪切變形。對于剪切變形一般通過合理掌控豎向構(gòu)件的數(shù)量達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，因為，如果豎向構(gòu)件太多，則可能引發(fā)剪重比過大，影響設(shè)計質(zhì)量，甚至?xí)古まD(zhuǎn)變形也超出合理范圍，這樣樓層間的位移就不合理。因此，實際設(shè)計中必須控制扭轉(zhuǎn)變形。3)調(diào)整剪力墻連梁超限。為了保證連梁的剪力、彎矩都處于合格范圍，就要盡量使剪力墻連梁的跨高比在2.5以上。當(dāng)跨高比大于5時，應(yīng)該依照框架梁的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計連梁；當(dāng)跨高比趨向于6時，如果連梁剛度保持不變，則可能使剪力、彎矩都大于規(guī)定范圍。因此，必須積極對連梁超限做出科學(xué)調(diào)整，從而提高設(shè)計水平，減少工程建設(shè)投資。

3 建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

1)剪力墻平面結(jié)構(gòu)布置。要本著整體化的理念來設(shè)計剪力墻平面結(jié)構(gòu)，確保結(jié)構(gòu)規(guī)則、對稱。當(dāng)剪力墻缺少規(guī)則、平整的平面結(jié)構(gòu)，且其長、寬都超出了規(guī)定范圍時，則需設(shè)計溫度伸縮縫，這樣才能從整體上維護(hù)剪力墻結(jié)構(gòu)安全，提升其抗扭轉(zhuǎn)能力。為了有效提升剪力墻的抗震性能，實際設(shè)計時就需要有效平衡剪力墻的重量重心與結(jié)構(gòu)剛度重心的關(guān)系，減少二者的偏差。還需要注意的是，設(shè)計者必須盡量控制單向形式的設(shè)計，以主軸為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行雙向或多向的平衡設(shè)計，維持剪力墻承載力的整體平衡，應(yīng)該合理地加大剪力墻之間的距離，以此來保證其側(cè)向剛度得到有效發(fā)揮。2)垂直結(jié)構(gòu)的布置。一般來說，垂直受力構(gòu)件的頻繁轉(zhuǎn)換，容易破壞樓房的垂直剛度，特別是地震來襲時，垂直受力構(gòu)件就將首當(dāng)其沖受到影響。所以，必須重點把握好剪力墻轉(zhuǎn)換層垂直結(jié)構(gòu)的剛度。這其中要重點控制轉(zhuǎn)換層的傳力模式，確保從上到下的傳力路徑一致、直接，防止出現(xiàn)水平方向的多級轉(zhuǎn)換，控制轉(zhuǎn)換次梁的出現(xiàn)。同時，不要在轉(zhuǎn)換梁上層墻體以及中間支柱中開孔設(shè)洞，以此來強(qiáng)化其豎向承重能力，而且要積極夯實轉(zhuǎn)換層下端剪力墻剛度，同時，應(yīng)該把垂直抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計在轉(zhuǎn)換層主體結(jié)構(gòu)中，這樣才能預(yù)防多級轉(zhuǎn)換，確保傳力方式的一致，進(jìn)而從整體上維護(hù)剪力墻垂直結(jié)構(gòu)的牢固度與穩(wěn)定性。3)約束邊緣構(gòu)件。剪力墻的邊緣構(gòu)件能否得到有效約束，會在很大程度上影響其承載力，通過約束邊緣構(gòu)件，能夠有效提升剪力墻的承載力，達(dá)到40%以上，增強(qiáng)剪力墻抗震能力，達(dá)到20%以上。所以，實際的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，必須參照各個等級的剪力墻軸壓比，選擇合適的邊緣構(gòu)件。如果是Ⅰ，Ⅱ級的剪力墻，在底部加強(qiáng)部位方面，其同Ⅲ，Ⅳ級非抗震設(shè)計的軸壓比低于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)時，則適合增設(shè)構(gòu)造邊緣構(gòu)件。相反，如果其底部加強(qiáng)部位同承受重力載荷的墻體的軸壓比超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，則適合增設(shè)約束邊緣構(gòu)件。4)剪力墻連梁的設(shè)計。連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)中非常關(guān)鍵的組織部分，具體體現(xiàn)在：當(dāng)剪力墻遭受水平荷載時，會導(dǎo)致墻肢變形，這樣連梁就會憑借自身的內(nèi)力來控制墻肢的變形，從整體上維護(hù)剪力墻的安全。因此，實際設(shè)計過程中，必須處理好連梁的設(shè)計。實際的連梁設(shè)計中，經(jīng)常出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，特別是長度較長的剪力墻，其中間區(qū)域最容易出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，或者墻肢截面高度參差不齊時，其連梁也可能有超筋問題。對于這一問題，應(yīng)該通過以下方式加以解決：第一，對剪力墻連梁彎矩、剪力塑性加以調(diào)整；第二，參照現(xiàn)實狀況，積極控制連梁截面高度；第三，如果連梁破壞，剪力墻豎向的載荷也不會有太大變化情況下，可以嘗試不用連梁，而是計算出在普通地震力作用下，獨立墻肢的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，再對應(yīng)的科學(xué)地進(jìn)行墻肢配筋。5)延伸性處理。為了提高剪力墻結(jié)構(gòu)的牢固度與穩(wěn)定性，必須確保其設(shè)計體現(xiàn)出一定的延伸性，針對延伸性的設(shè)計與處理也要提高剪力墻的承載力、承受能力，可以通過均衡布置、對稱設(shè)計、上下自然連通等形式來提高剪力墻的支撐能力，這樣才能切實確保剪力墻的設(shè)計質(zhì)量。6)強(qiáng)度與性能的優(yōu)化處理。建筑剪力墻結(jié)構(gòu)必須具有一定的強(qiáng)度和優(yōu)勢性能，參照我國在建筑領(lǐng)域的 相關(guān)規(guī)定,建筑工程剪力墻無論在水平方向，還是豎直方向，其配筋率必須達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。例如：非抗震或4級抗震，配筋率大于0.20%,相反，建筑物的抗震等級為1，2，3級時，設(shè)計的配筋率不小于0.25%，這樣才能全面提高建筑物性能與抗震能力。這其中設(shè)計者也需要嚴(yán)格依照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計以及抗震設(shè)計等的規(guī)定，來有效提升剪力墻截面承載力，使其大于40%，其突破口為有效控制剪力墻邊緣構(gòu)件的數(shù)量，從而提升建筑物的整體抗震性能。

4 結(jié)語

建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計需要不斷地探索與發(fā)現(xiàn)，既要立足于建筑物整體，把握好關(guān)鍵部位、關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計，又要注重細(xì)節(jié)的考慮，掌握科學(xué)的設(shè)計理念，從而打造出科學(xué)合理的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，維護(hù)剪力墻整體的質(zhì)量水平，進(jìn)而提升建筑物的整體設(shè)計質(zhì)量，維護(hù)居民安全。

[1] 李捍文.剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，4(中)：39-41.

[2] 秦 艷，焦 維.剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技向?qū)В?011(27)：77-78.

[3] 孫雪蘭.淺談高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].山西建筑，2010，36(24)：58-59.

[4] 梁潤柏.在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用分析[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2013(4):125-126.

On analysis of design for shearing wall structure in architectural engineering design

Zhou Chao

(CollegeofEngineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China)

The paper introduces the types of the shearing wall structures in architectural engineering design, and indicates the design methods for the shearing wall structure from the structural allocation, confined boundary elements, coupling beam design, extensibility treatment, so as to ensure the wall to meet the scientific and reasonable requirements in the shearing wall structural design.

shearing wall, structure, design, building

2015-05-27

周 超(1993- )，男，在讀本科生

1009-6825(2015)22-0046-02

TU318

A