普通高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)分析

錢君 張麗 張成成 吳小偉 張盼盼

【摘要】本文結(jié)合剪力墻的概念與基本布置原則，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；重難點(diǎn)分析

1 剪力墻的基本概念

剪力墻結(jié)構(gòu)是主要依靠鋼筋混凝土墻來承受、傳遞水平與豎向荷載或作用的結(jié)構(gòu)。近年來，在高層房屋中，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為普遍。剪力墻水平橫截面具有墻肢長(zhǎng)度較長(zhǎng)，厚度相對(duì)較薄的特點(diǎn)，平面內(nèi)的承載力以及剛度相對(duì)較大，平面內(nèi)則相反。墻肢是一種偏心受拉或受壓的構(gòu)件，是一種在復(fù)合狀態(tài)下受彎矩以及水平剪力的平面作用和豎向壓力共同影響的平面構(gòu)件。由于剪力墻會(huì)受到風(fēng)載的影響和地震的作用，所以要通過各種有效途徑提高其剛度以及強(qiáng)度，并控制樓層水平構(gòu)件的整體性、規(guī)則性，讓樓層水平力、豎向力以可靠、明確的途徑傳遞到豎向構(gòu)件—剪力墻上。

2 剪力墻基本布置原則

剪力墻在設(shè)計(jì)過程中，剪力墻結(jié)構(gòu)要達(dá)到水平位移限值的相關(guān)要求，剪力墻橫截面積（總量）要足以提供需要的抗側(cè)剛度；要充分發(fā)揮抗側(cè)力構(gòu)件的作用，墻肢數(shù)量要盡量少。剪力墻布置時(shí)，需對(duì)經(jīng)濟(jì)性、安全性進(jìn)行全面綜合的考慮。總之，在確定剪力墻的數(shù)量時(shí)，應(yīng)該遵循以下原則：在位移限值條件得到充分滿足的前提下，應(yīng)適當(dāng)?shù)臏p少其數(shù)量。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)

3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度和配筋問題

地震規(guī)范對(duì)不同抗震等級(jí)下的剪力墻的厚度做出了明確的規(guī)定，能夠在一定程度上有效地規(guī)避受偏心荷載的影響而導(dǎo)致的具有較小剛度和較差穩(wěn)定性的墻體發(fā)生屈壓失穩(wěn)的現(xiàn)象，然而對(duì)于八度地震區(qū)的低高層和多層剪力墻結(jié)構(gòu)而言，這些規(guī)定就不那么適用。以五至十五層剪力墻結(jié)構(gòu)為例，在正常情況下墻肢的軸壓應(yīng)該不超過0.2，而電算結(jié)果墻體通常只要進(jìn)行構(gòu)造的配筋，然而底部功能對(duì)墻體的高度具有明確的要求，要達(dá)到3.9米，那么相應(yīng)的墻體的厚度就要達(dá)到240毫米。而當(dāng)業(yè)主對(duì)室內(nèi)視野具有較高的要求，不設(shè)外縱墻、端柱以及帶翼墻時(shí)，將層高設(shè)置為3.5至4.2米時(shí)，那么墻體的厚度就要設(shè)計(jì)為320至350毫米，很明顯這種設(shè)計(jì)不具備合理性。因此對(duì)于情況相對(duì)特殊的建筑不應(yīng)嚴(yán)守規(guī)范，而應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況利用多種行之有效的措施對(duì)墻厚進(jìn)行合理的控制和處理。

目前，我國(guó)“砼規(guī)”對(duì)抗震等級(jí)為一至三級(jí)的剪力墻以及剪力墻需要加強(qiáng)的部位的配筋率有著明確的規(guī)定，雖然相比于我國(guó)八十年代以及國(guó)外，目前所采用的配筋率在較長(zhǎng)的以及高層剪力墻結(jié)構(gòu)中具備一定的合理性，然而在剪力墻短小或者低矮的情況下卻有待商榷。

墻的水平分布筋能夠有效的規(guī)避因墻體裂縫導(dǎo)致的脆性剪切危害，除此以外，還能對(duì)溫度應(yīng)力起到一定的抵抗作用，減少砼產(chǎn)生裂縫的情況。當(dāng)框剪結(jié)構(gòu)以及建筑物較長(zhǎng)或較高時(shí)，配筋應(yīng)該進(jìn)行合理的增加，尤其是一些極易受剛度以及溫度等影響的敏感部位和連梁部位更應(yīng)該合理的增加配筋。然而部分房屋短、矮，其水平分布筋率是否應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整應(yīng)該進(jìn)行更加深入的研究。

墻的豎向鋼筋能夠切實(shí)發(fā)揮抗彎的效果，近年來部分底高、多層剪力墻中的電算結(jié)果一般為構(gòu)造配筋，然而在計(jì)算配筋率時(shí)，常常會(huì)因人為因素的干擾導(dǎo)致部分構(gòu)件中的鋼筋被不合理地扣除，導(dǎo)致豎向配筋率計(jì)算不準(zhǔn)確、不科學(xué)。在進(jìn)行豎向配筋時(shí)，鋼筋應(yīng)該進(jìn)行合理的布置，并嚴(yán)格確保鋼筋間距不大于300毫米，除此以外，也應(yīng)對(duì)豎向鋼筋的數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，避免因其過多而導(dǎo)致墻的抗剪強(qiáng)度小于抗彎強(qiáng)度，不利于發(fā)揮墻體的抗震性能。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)問題

混凝土規(guī)范對(duì)不同環(huán)境下的現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、框架核心筒結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)澆框架剪力墻的伸縮縫間距做出了明確的規(guī)定，然而很多時(shí)候與目前建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求具有較大的沖突，在工程的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，采用的伸縮縫間距都打破了這一規(guī)定，也間接的導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員面臨超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)范意識(shí)更加薄弱。在面臨剪力墻結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)問題時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該心態(tài)謹(jǐn)慎，對(duì)問題進(jìn)行科學(xué)合理的處理，一旦發(fā)生過長(zhǎng)的情況應(yīng)通過溫度伸縮縫的設(shè)置進(jìn)行解決，對(duì)規(guī)定的伸縮縫間距進(jìn)行嚴(yán)格的管理，具體原因如下：

由于剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)常應(yīng)用于居民住房以及商品住房，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)其使用狀況的有效控制，如果發(fā)生墻體裂縫的情況，即使不會(huì)威脅人的生命財(cái)產(chǎn)安全，然而要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚磉€是相對(duì)困難，而且涉及的因素較為復(fù)雜，會(huì)造成嚴(yán)重的不良影響。

剪力墻結(jié)構(gòu)一般具有較大的剛性，對(duì)溫度變化情況較為敏感，混凝土產(chǎn)生的相應(yīng)的變化較大，屋面以及樓面受墻體的制約較嚴(yán)重。一旦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形以及收縮等狀況時(shí)裂縫更容易出現(xiàn)。

4 優(yōu)化高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

4.1 注意轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于高層建筑形式以及功能逐漸豐富，當(dāng)建筑物的功能要求產(chǎn)生變化時(shí)，其結(jié)構(gòu)布局也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，努力的增強(qiáng)構(gòu)件的銜接力，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)力的有效傳遞。所以對(duì)于一些相對(duì)復(fù)雜的剪力墻結(jié)構(gòu)尤其是底部空間大、高位轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過程中更應(yīng)該謹(jǐn)慎。當(dāng)高位轉(zhuǎn)換時(shí)，具有較大質(zhì)量以及剛度的轉(zhuǎn)換層開始升高，有必要對(duì)轉(zhuǎn)換層及其上下層的剛度比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整并更加接近，應(yīng)該嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換層的質(zhì)量以及剛度，轉(zhuǎn)換層周圍的層間位移角的狀態(tài)可以通過精準(zhǔn)的空間分析進(jìn)行確定。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該偏向于輕重量以及小剛度，在進(jìn)行計(jì)算的過程中，振型數(shù)應(yīng)盡量選用參與組合類型的。應(yīng)該通過科學(xué)合理并且具有一定精準(zhǔn)度的計(jì)算及時(shí)的發(fā)現(xiàn)薄弱部位，對(duì)內(nèi)力分配特點(diǎn)進(jìn)行深入仔細(xì)的研究，盡量通過有效的措施強(qiáng)化薄弱部位，增強(qiáng)其抗震性能。

4.2 優(yōu)化連梁設(shè)計(jì)

連梁設(shè)計(jì)根據(jù)抗震及非抗震情況存在兩種不同的高跨比，在配筋以及截面受剪承載力方面也有明確規(guī)定。所以應(yīng)通過適宜的方法進(jìn)行連梁的塑型調(diào)幅，盡量促進(jìn)剪力設(shè)計(jì)值的降低，規(guī)避裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。另外，也要加強(qiáng)對(duì)連梁的鉸接管理。

4.3 底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)

對(duì)于高層剪力墻結(jié)構(gòu)以及底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)而言，其底部加強(qiáng)部位高度應(yīng)該合理設(shè)置。在發(fā)生地震時(shí)，地下室的地下樓層通常為屈服部位，另外，地下一層也會(huì)受到地震作用的一定干擾影響，所以，其抗震等級(jí)應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)，換言之，加強(qiáng)部位應(yīng)將地下一層也囊括在內(nèi)。同時(shí)應(yīng)該在地下一層進(jìn)行約束邊緣構(gòu)件的有效設(shè)置，以滿足相關(guān)規(guī)范的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 剪力墻結(jié)構(gòu)抗震薄弱環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

對(duì)于抗震薄弱環(huán)節(jié)而言，應(yīng)該通過行之有效的具體的抗震構(gòu)造措施以及概念設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)化，尤其是一些底部外圍、角點(diǎn)處、外邊緣的連梁以及小墻肢極易受地震作用的影響發(fā)生開裂、變形、破壞等現(xiàn)象，更應(yīng)該通過科學(xué)合理的措施進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

5 總結(jié)

總而言之，在普通高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該全面地考慮實(shí)際工程的特點(diǎn)和具體的情況，以謹(jǐn)慎認(rèn)真的心態(tài)精準(zhǔn)的計(jì)算剪力墻的受力狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)正確認(rèn)識(shí)并重視其破壞形態(tài)，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。除此以外，還應(yīng)透徹的掌握并有效地運(yùn)用相關(guān)的規(guī)范規(guī)定，提高自身對(duì)結(jié)構(gòu)概念的認(rèn)識(shí)，以不斷地增強(qiáng)普通高層建筑的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

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