對(duì)建筑結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計(jì)的探討分析

顧楨垚 金弘

摘要：剪力墻（shear wall）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和豎向荷載{重力}的墻體。本文詳細(xì)分析了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震性；彎矩圖

建筑結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)一直都是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)化工程，隨著我們國(guó)家建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，對(duì)居住環(huán)境及工作環(huán)境提出了更高的要求，這樣，建筑企業(yè)能否保證建筑物的安全性和可靠性就成為競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)所在。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性，而且抗側(cè)剛度很大，因此剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，特別是在一些高層建筑物中，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用的更為廣泛。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所遵循的基本原則

（1）調(diào)整連梁超限相關(guān)原則。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般來(lái)說(shuō)，連梁的跨高比應(yīng)該高于或等于2.5，而采用跨高比低于2.5的連梁，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就容易造成剪力墻的彎矩現(xiàn)象，嚴(yán)重超出限值。在《高規(guī)》中對(duì)剪力墻的跨高比就有明確規(guī)定，對(duì)于跨高比高于或等于5的連梁，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要以框架梁為依據(jù)，不能隨意折減其連梁的剛度。當(dāng)跨高比處于5—6之間時(shí)，必須對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減，從而避免出現(xiàn)剪力超出限制或者連梁出現(xiàn)彎矩等現(xiàn)象。因此，在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑企業(yè)必須合理利用該明文規(guī)定，不僅能夠有效增強(qiáng)建筑物的安全性和可靠性，還能節(jié)約建筑成本，為建筑企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)有一個(gè)突出的特點(diǎn)就是其平面內(nèi)剛度和承載力比較大，而平面外剛度和承載力相對(duì)較小。這樣，如果剪力墻和平面外的梁相互連接，墻肢平面外就容易出現(xiàn)彎矩現(xiàn)象，而且，在平常的設(shè)計(jì)中，并不會(huì)對(duì)平面外承載力和剛度進(jìn)行驗(yàn)算，因此，為了避免彎矩現(xiàn)象的發(fā)生，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免剪力墻與平面外的梁進(jìn)行搭接，在無(wú)法避免的情況下也要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定采取相應(yīng)的防范措施，保證剪力墻與平面外能夠搭接安全。

（3）在對(duì)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要以主軸方向作為中心，雙向甚至多向的向四周延伸，盡可能的將各個(gè)方向的剪力墻相互連接在一起，在連接過(guò)程中還要避免這些剪力墻出現(xiàn)拉通對(duì)直現(xiàn)象；在對(duì)剪力墻的抗震性進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該使兩個(gè)方向的側(cè)向剛度盡可能接近，而對(duì)墻肢進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在符合規(guī)定的基礎(chǔ)上，操作要盡可能簡(jiǎn)單易行。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要以主軸方向作為中心，雙向甚至多向的向四周延伸，尤其是在對(duì)墻肢的抗震性進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量避免設(shè)計(jì)單方向有墻的模式，從而保證設(shè)計(jì)出的剪力墻能夠具有安全、可靠的工作性能。當(dāng)然，剪力墻的分布不是隨意的，應(yīng)保證數(shù)量相當(dāng)、均勻。如果配置的剪力墻過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致墻體得不到充分合理的利用，增大其抗側(cè)力剛度，進(jìn)而增大震力及自身的重力，影響剪力墻的正常工作；如果配置的剪力墻過(guò)少，由于數(shù)量不足會(huì)導(dǎo)致墻體的抗側(cè)力剛度過(guò)小，同樣會(huì)增加剪力墻的正常性能。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的種類及分類依據(jù)

目前，剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，種類主要有四類：

（1）有壁式框架的剪力墻。這種剪力墻的特點(diǎn)是洞口的尺寸比較大，墻肢線剛度與連梁線剛度非常接近，受力墻在受力后呈現(xiàn)剪切型，這種受力特點(diǎn)和框架結(jié)構(gòu)非常相似。在高層建筑中采用這種剪力墻容易出現(xiàn)反彎點(diǎn)，在樓層處反彎圖也有可能發(fā)生突變。

（2）截面剪力墻或者實(shí)體墻。這里所說(shuō)的截面剪力墻是指墻體不開洞或者所開洞的面積不超過(guò)15%。這種類型的剪力墻在受力后變形主要呈現(xiàn)為曲型，整體上看這種剪力墻像是一個(gè)懸壁墻，彎矩圖上不存在彎點(diǎn)，在樓層處的反彎圖中也不可能發(fā)生突變。

（3）雙肢或者多肢剪力墻。這一類型的剪力墻的特點(diǎn)是開口比較大，而且洞口一般成列分布。

（4）整體小開口剪力墻。這一類型的剪力墻開口普遍較小，但是開洞的面積比較大，一般不低于15%。整個(gè)剪力墻在受力后主要的變形方式是彎曲型，在整個(gè)墻肢上幾乎沒有反彎點(diǎn)，但在彎矩圖的中心位置容易發(fā)生突變。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

1、對(duì)大墻肢的處理

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻的結(jié)構(gòu)首先要具有延展性，一些寬高比小于2的剪力墻在設(shè)計(jì)過(guò)程中就會(huì)變成具有延性、易于彎曲破壞的剪力墻，從而避免剪力墻受到脆性剪切毀壞。當(dāng)剪力墻的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，為了保證每個(gè)墻段的寬高比都能不小于2，可以對(duì)長(zhǎng)墻進(jìn)行開洞分割，使長(zhǎng)墻被均勻的分為符合條件的獨(dú)立墻段，這樣形成的墻段比較小，受彎所能產(chǎn)生的裂縫的寬度也會(huì)比較小，這樣就能保證墻體配筋發(fā)揮其良好的支撐作用。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)出現(xiàn)一些長(zhǎng)度超過(guò)8米的大墻肢時(shí)，在計(jì)算整個(gè)樓層的剪力時(shí)一般都是由這些大墻肢來(lái)承載這些力量，這樣當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng)例如地震時(shí)，這些大墻肢最先受到破壞，那些較小的墻肢由于沒有充足的配筋來(lái)支撐墻面，從而導(dǎo)致墻面受到全面的破壞。針對(duì)這種問題，在對(duì)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)哪些長(zhǎng)度大于8米的墻肢，根據(jù)實(shí)際情況開施工洞（即在具體的施工過(guò)程中，在剪力墻上留下洞，當(dāng)施工結(jié)束后再將這些洞填充好，這樣就能將大墻肢分成比較小的墻肢）和開計(jì)算洞（即在對(duì)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)設(shè)置計(jì)算洞，施工時(shí)仍然設(shè)置為混凝土墻，這樣就能強(qiáng)化那些較小墻肢的配筋性能）。

2、合理的平面布置

①在對(duì)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使沿著主軸方向或者其他方向展開雙向或多向布置；②在對(duì)剪力墻的平面進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照均勻、對(duì)稱的原則，盡可能的將墻面結(jié)構(gòu)中的剛度中心和質(zhì)量中心重合在一起，不管是內(nèi)剪力墻還是外剪力墻都應(yīng)該盡量的對(duì)直拉通，從而有效減少剪力墻的扭矩現(xiàn)象；③在設(shè)計(jì)過(guò)程中抗側(cè)力剛度不應(yīng)該設(shè)計(jì)的太大。在對(duì)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了使剪力墻的抗側(cè)力剛度和承載能力得到充分發(fā)揮，增強(qiáng)剪力墻的空間利用率，剪力墻之間的距離不應(yīng)太密，要保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度合適，在設(shè)計(jì)時(shí)可以以經(jīng)驗(yàn)公式（T=（0.05-0.06）n）來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)建筑行業(yè)的建筑安全性和可靠性提出了更高的要求，剪力墻結(jié)構(gòu)因其自身的優(yōu)越性被廣泛的應(yīng)用于建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，由于缺少相應(yīng)的明文規(guī)定，對(duì)剪力墻的應(yīng)用還不是很規(guī)范，為了更好的在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的工作性能，在應(yīng)用過(guò)程中，必須掌握剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中所要遵循的原則，并在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理的布置剪力墻的平面，堅(jiān)持均勻、對(duì)稱的原則，對(duì)內(nèi)外剪力墻之間不同的抗震性和抗側(cè)力剛度考慮全面，同時(shí)，還要正確處理大墻肢，盡量增強(qiáng)較小墻肢的配筋，使剪力墻的受力均勻，減小大墻肢的承載壓力，全面提高剪力墻的承載能力和抗震性能，通過(guò)采取這些合理的措施，有效的將剪力墻合理的應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，增強(qiáng)建筑物的安全性和可靠性，不僅能夠?yàn)槿嗣竦纳?cái)產(chǎn)安全提供基本保障，還能為建筑企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展。

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