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

李紅玲

【摘要】在高層建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑工程造成一定的影響，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵字】高層；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前 言：本文對(duì)高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)體系、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)厚度與配筋問題及高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問題三個(gè)方面進(jìn)行探討，希望能夠合理的解決高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題。

1 高層建筑剪力墻布置

1.1 高層建筑剪力墻布置原則

高層建筑剪力墻的布置是沿著兩個(gè)主軸方向或其他方向進(jìn)行雙向布置，在同一平面內(nèi)剪力墻的布置要保持均衡。高層建筑剪力墻的高與寬通常尺寸都比較大，厚度又較薄，在墻體受力方面受到水平剪力、彎矩、豎向壓力。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)實(shí)際上是把框架結(jié)構(gòu)的承重柱和柱間的填充墻合二為一，使其成為一個(gè)寬而薄的矩形截面墻。剪力墻承受樓板傳來的垂直荷重和彎矩，還承受風(fēng)力或地震作用產(chǎn)生的水平力。剪力墻在抗震結(jié)構(gòu)中也稱抗震墻，它的剛度和強(qiáng)度都比較高，有一定的延性，結(jié)構(gòu)傳力直接均勻，整體性好，抗震性能也較強(qiáng)，是一個(gè)多功能高強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系。因此，在15層以上的高層建筑中采用它是經(jīng)濟(jì)的，在非抗震區(qū)建筑物高度可達(dá)到150m左右。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系的平面布置可以分為三種基本類型：1）橫墻承重體系，由垂直于房屋長(zhǎng)度方向的剪力墻組成；2）縱墻承重體系，由平行于房屋長(zhǎng)度方向的剪力墻組成；3）縱橫墻承重體系，由兩個(gè)方向剪力墻組成；不管采用哪一種類型，設(shè)計(jì)時(shí)都是使剪力墻平面布置得盡可能簡(jiǎn)單、規(guī)整、對(duì)稱和質(zhì)量均勻，使得結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心盡量相重合，這對(duì)提高房屋的抗震性能是有利的，但往往一個(gè)建筑物是滿足多方面的使用要求，因此要做到對(duì)稱、均勻等是有一定難度的，因此房屋產(chǎn)生一點(diǎn)扭轉(zhuǎn)也是不可避免的。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系在豎向布置方面盡可能使各層樓面的剛度中心和各層水平荷重的合力的作用線基本上一致，以減小房屋沿豎向產(chǎn)生整體扭轉(zhuǎn)。其次，剪力墻沿高度方向的剛度可以變化，但盡可能不產(chǎn)生突變。因此剪力墻沿高度有剛度突變，在地震作用時(shí)往往會(huì)引起很大的震害，此外，在豎向布置時(shí)，還應(yīng)盡量可能使房屋的重心下移，這對(duì)高層建筑尤為重要。

1.3 剪力墻結(jié)構(gòu)類別

整體墻包括山墻、魚骨式結(jié)構(gòu)片墻、小開洞墻； 聯(lián)肢墻是由梁連接的剪力墻。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系如圖 1 所示。

圖 1 高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系

將建筑的墻體作為豎向承重和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的被叫做剪力墻結(jié)構(gòu)，在剪力墻上可以進(jìn)行開洞設(shè)計(jì)，當(dāng)洞口越大時(shí)，越接近剪力墻的框架。

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)分別是：

1） 剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：剪力墻的承載能力較強(qiáng)，側(cè)向的剛度大、變形小，剪力墻墻面平整適用于單層高度較小的建筑，例如：住宅、賓館等。

2） 剪力墻結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：剪力墻結(jié)構(gòu)自身重量較大，高層建筑平面布置的局限性有限，難以獲得更大的建筑空間。

1.4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算是對(duì)剪力墻的正截面承載力和剪力墻斜截面受剪力進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)需要對(duì)剪力墻的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)剪力墻水平受力與豎向受力求得剪力墻的內(nèi)力。剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算的原則是：

1） 要與施工圖一致； 2） 剪力墻荷載取值準(zhǔn)確； 3） 地下室作為指定層數(shù)； 4） 整體計(jì)算參數(shù)與內(nèi)力配筋調(diào)整參數(shù)應(yīng)與整體分析程序相對(duì)應(yīng)； 5） 地下室人防、樓梯、地下室側(cè)壁、頂板、水池壁板、擋土墻、車道板、雨篷等抗扭構(gòu)件，異型板、立面小構(gòu)件等的補(bǔ)充計(jì)算，盡可能采用其他結(jié)構(gòu)軟件的計(jì)算工具計(jì)算，無相關(guān)工具的采用手算。

1.5 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

高層建筑剪力墻的墻體厚度規(guī)定大于160 mm，底部加強(qiáng)厚度大于200 mm。采用豎向鋼筋進(jìn)行墻體邊緣配筋，確定剪力墻的穩(wěn)定性，橫向配筋提高剪力墻的抗震能力。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定

1） 現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的最大高度及抗震等級(jí)如表 1所示。

a. 墻肢截面高度與厚度之比為 5 ～ 8的剪力墻稱為短肢剪力墻，括號(hào)內(nèi)數(shù)字用于短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)；

表 1 現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的最大高度及抗震等級(jí)

b. 建筑場(chǎng)地為Ⅰ類時(shí)，除 6 度外可按表內(nèi)降低 1 度所對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)采取抗震構(gòu)造措施，但相應(yīng)的計(jì)算要求不應(yīng)降低；

c. 接近或等于高度分界時(shí)，應(yīng)允許結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場(chǎng)地，地基條件適當(dāng)確定抗震等級(jí)。

2） 剪力墻軸壓比限值。

一級(jí) ～ 三級(jí)抗震等級(jí)剪力墻底部加強(qiáng)部位墻肢最大軸壓比限值：軸壓比=。

其中，N 為墻肢重力荷載代表值作用下的軸壓力設(shè)計(jì)值（ 不與地震作用組合） ； A 為墻肢的全截面面積； fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； hw為墻肢截面的高度； bw為墻肢截面的寬度。

3 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)厚度確定與配筋處理

1） 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)厚度，剪力墻抗震等級(jí)為1、2 級(jí)時(shí)，要求剪力墻底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于200 mm ，并且要求墻底加強(qiáng)部分厚度大于樓層高度的 1 /16。剪力墻厚度確定：根據(jù)軸壓比限值估算剪力墻厚度，設(shè)軸壓比 r，墻肢承載樓面荷載面積 Aq，估算厚度為：。

其中，Q 為單位面積層荷載重量標(biāo)準(zhǔn)值，Q = 13.0 + 7（ n -15） /20，n 為樓層層數(shù)。

剪力墻墻肢穩(wěn)定要求滿足下面的方程式：

其中，q 為墻頂組合的等效豎向均布荷載值；Ec為剪力墻混凝土彈性模量；t 為剪力墻墻肢截面厚度； t0為剪力墻墻肢計(jì)算長(zhǎng)度。

2） 高層建筑剪力墻墻體配筋率規(guī)定應(yīng)在 0. 25% 以上，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻底部加強(qiáng)部分的配筋率規(guī)定在 0. 3%以上。

4 高層建筑大面超長(zhǎng)剪力墻結(jié)構(gòu)處理

這是因?yàn)椋?） 剪力墻結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)，當(dāng)剪力墻受溫度變化較大時(shí)，混凝土剪力墻收縮、剪力墻容易發(fā)生變形，當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮變形時(shí)容易造成墻體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。2） 高層建筑的剪力墻體型龐大，受到結(jié)構(gòu)變形和裂縫的因素也很多，如果遇到剪力墻結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)情況時(shí)，需要設(shè)置溫度伸縮縫才能夠降低墻體大面積變形和開裂的現(xiàn)象發(fā)生。3） 隨著高層建筑使用的混凝土收縮量不斷加大（ 由原有的 300 με 增加到 400 με 以上） ，剪力墻結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的因素也增多。4） 高層建筑泵送混凝土?xí)r，增加了水泥的用量，從而導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)的收縮量加大，這也加劇了產(chǎn)生裂縫的必然性。

5 結(jié)語

目前在高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈多樣化的趨勢(shì)，掌握合理的、安全的設(shè)計(jì)方法是需要我們靈活運(yùn)用概念設(shè)計(jì)再結(jié)合實(shí)際需要把握剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)效果，做到既體現(xiàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性又保證了設(shè)計(jì)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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