高層住宅結(jié)構(gòu)中剪力墻的應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

田海澤 李建國 張建偉 楊悅輝

【摘要】在對剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，探討了當(dāng)前常見剪力墻結(jié)構(gòu)的主要形式。同時(shí)，結(jié)合高層大空間住宅建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)需求，分析了剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)措施，對保證大空間住宅建筑的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有一定的意義。

【關(guān)鍵詞】剪力墻；大空間住宅；高層建筑

隨著人們對住宅建筑外部環(huán)境要求提高的同時(shí)，對住宅內(nèi)部空間的要求以及分割的合理性要求也在提升。為了滿足各個家庭人口結(jié)構(gòu)、生活需求、文化需要等的差別，需要保證建筑內(nèi)部空間較大，且可改。而這與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式存在一定的沖突，如何在滿足大空間使用需求的同時(shí)保證建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和抗震性能是一個重要的問題。這時(shí)，采用剪力墻結(jié)構(gòu)是一個良好的解決方案。當(dāng)前，剪力墻結(jié)構(gòu)在大開間住宅建筑中得到了一定的應(yīng)用，且技術(shù)逐漸成熟。因此，探討剪力墻結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，并分析其在大空間住宅建筑中的應(yīng)用，對推廣剪力墻結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用具有積極意義。

1、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

建立墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢主要存在這樣兩個方面：① 整體性較好，由于剪力墻結(jié)構(gòu)是整體向上的結(jié)構(gòu)形式，其具有整體性好、側(cè)向剛度大的特點(diǎn)，不但能夠傳遞水平結(jié)構(gòu)件傳遞過來的垂向載荷，而且能夠有效的抵御風(fēng)載荷以及地震水平力的作用，而且在高層住宅建筑遇到地震等作用時(shí)能夠產(chǎn)生較好的變形能力；② 施工工期較短，剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中能夠充當(dāng)傳統(tǒng)框架式結(jié)構(gòu)的梁柱作用，而且其自身也能夠作為建筑物的承重墻、隔墻等，在增加建筑內(nèi)部空間的同時(shí)，還能夠省卻大量的傳統(tǒng)梁、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使得建筑工程施工更加簡便，能夠有效的減少模板施工工作量，從而降低施工周期。

2、常見的剪力墻結(jié)構(gòu)類型

根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)的形式可以將剪力墻結(jié)構(gòu)分為純剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架剪力墻結(jié)構(gòu)三種基本類型。其中，純剪力墻結(jié)構(gòu)就是指剪力墻構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系；而框支剪力墻結(jié)構(gòu)則是在建筑底部位置需要大空間時(shí)，在底層通過設(shè)置框架柱結(jié)構(gòu)來替代剪力墻結(jié)構(gòu)，便于底層商業(yè)用途。但是，這種結(jié)構(gòu)所能夠承受水平載荷的能力受限，在地震頻發(fā)的區(qū)域應(yīng)該避免使用；框架剪力墻結(jié)構(gòu)則主要應(yīng)用于局部大空間結(jié)構(gòu)中，通過在局部使用框架結(jié)構(gòu)的方式來替代剪力墻，不但能夠保證建筑結(jié)構(gòu)的整體側(cè)向剛度，而且能夠滿足高層建筑局部大空間的使用需要，使得建筑物空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣化趨勢，當(dāng)前高層大空間住宅多采用該種剪力墻結(jié)構(gòu)形式。

3、基于大空間需求的住宅剪力墻構(gòu)造技術(shù)措施

3.1 合理設(shè)置底層框架柱網(wǎng)

在設(shè)計(jì)地層剪力墻的過程中，必須對底層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分選擇。在設(shè)計(jì)過程中，為了保證地層剪力墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，最好選擇全框架式作為基本結(jié)構(gòu)，若不能滿足使用需要，則可以適當(dāng)選擇框架形式的結(jié)構(gòu)予以替代，這時(shí)通常在處于內(nèi)部橫縱軸線的內(nèi)外墻體當(dāng)中建造對應(yīng)的柱體，使得其在縱向和橫向兩個方向上保持整體均勻性，形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，底部框架結(jié)構(gòu)設(shè)置的柱網(wǎng)不能過大，通常保持在7.5m左右，且框架梁的懸墻數(shù)不得超過一道。

由于當(dāng)前高層住宅建筑首層通常為商用或者架空層，因此其跨度一般較大，通常跨度對應(yīng)的上層開間為4.2m+3.3m或者4.5m+3.3m，該種設(shè)置形式基本能夠滿足上部建筑結(jié)構(gòu)的開間需要，且能夠保證砌體結(jié)構(gòu)的基本強(qiáng)度設(shè)計(jì)。在設(shè)置底部框架梁的橫斷面高度時(shí)，其取值要保證在梁跨的1/5～1/8范圍內(nèi)，在設(shè)計(jì)的過程中必須結(jié)合實(shí)際工程情況對柱網(wǎng)具體尺寸進(jìn)行有效控制。若尺寸過大，會使得后續(xù)施工過程中框架結(jié)構(gòu)的梁斷面和鋼筋等超過載荷；若設(shè)置的懸墻數(shù)量過多，則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)問題加劇，在設(shè)計(jì)過程中要引起注意。

3.2 對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行對應(yīng)的優(yōu)化

3.2.1空間結(jié)構(gòu)合理

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻宜沿主軸方向布置，形成空間結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免僅單向布置剪力墻，并宜使兩個受力方向的抗側(cè)剛度接近，以使其具有較好的空間工作性能。剪力墻的抗側(cè)剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結(jié)構(gòu)重量，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，墻不宜布置太密，使其結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。

3.2.2 建立墻垂向剛度必須均勻

為了確保剪力墻垂向剛度均勻，必須保證剪力墻的墻肢截面簡單且規(guī)整，并使得剪力墻門窗洞口上下均勻?qū)ζ?，并成列進(jìn)行布置，最后形成清晰的墻肢、連梁分割，使得載荷應(yīng)力整體分布更加均勻，保證設(shè)計(jì)結(jié)果的安全可靠。在設(shè)置洞口的過程中，應(yīng)該盡量避免墻肢的剛度相差過大，或者在洞口的布置過程中出現(xiàn)錯洞、疊合錯洞等問題，并確保墻體內(nèi)部的配筋以框架式結(jié)構(gòu)形式設(shè)置。

3.2.3 針對長剪力墻采取對應(yīng)的結(jié)構(gòu)布局措施

對于長度相對較長的剪力墻，可以采取開設(shè)洞口，或者將之分為若干長度段的墻段，并且在沒兩端墻體之間使用弱連梁進(jìn)行連接，并保證每一個獨(dú)立墻段的整體高度與截面高度比要小于2，從而避免剪力墻因?yàn)榇嘈詥栴}而導(dǎo)致剪力破壞。尤其是在住宅抗震設(shè)計(jì)過程中，要避免在洞口和墻邊，兩個洞口之間所構(gòu)成的墻肢截面高度與厚度之間的比要小于。若小墻肢的截面高度小于墻體厚度4倍時(shí)，則應(yīng)該適當(dāng)?shù)膶拷钸M(jìn)行加密處理。

3.2 合理調(diào)整樓層的最小剪力系數(shù)

在保證住宅建筑的抗震能力極差上，應(yīng)該盡量減少剪力墻的數(shù)量，從而使得剪力墻有足夠的空間，并保證墻體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度足夠的前提下，最大程度的減少樓層的最小剪力系數(shù)，使得其接近對應(yīng)規(guī)則的限制，從而達(dá)到降低結(jié)構(gòu)重量，減小地震力作用以及降低工程造價(jià)的目的。

3.3 優(yōu)化建筑層高與樓層的最大位移比

基于當(dāng)前高層住宅建筑的相關(guān)規(guī)定，在設(shè)計(jì)高層住宅建筑的過程中，為了能夠盡量減少高層建筑的扭曲變形，在合理增加垂向構(gòu)件的剛度的同時(shí)，不但要考慮到層間的位移，還應(yīng)該結(jié)合實(shí)際的工程設(shè)計(jì)情況進(jìn)行對應(yīng)的設(shè)計(jì)。但是，部分設(shè)計(jì)人員在發(fā)現(xiàn)住宅建筑的層間位移比與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不相符時(shí)，會采取增加構(gòu)件側(cè)向剛度的方式，而沒有考慮到建筑結(jié)構(gòu)的剪重比。當(dāng)剪重比較大時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)降低對應(yīng)側(cè)的結(jié)構(gòu)剛度，從而達(dá)到減小地震作用的目的，取得較好的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果。

3.4 調(diào)整建筑側(cè)向剛度和抗扭剛度

為了保證結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到控制，在計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)作用的過程中，必須考慮偏心力對建筑結(jié)構(gòu)的影響，因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該考慮結(jié)構(gòu)平面的整體規(guī)則性。同時(shí)，在調(diào)整建筑側(cè)向剛度和抗扭剛度時(shí)，要保證建筑具有較強(qiáng)的抗扭能力，使得建筑結(jié)構(gòu)的平面具有對應(yīng)的規(guī)則性。

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