建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析

丁 芳

（克孜勒蘇柯爾克孜自治州第一建筑安裝工程有限責(zé)任公司 845350）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析

丁 芳

（克孜勒蘇柯爾克孜自治州第一建筑安裝工程有限責(zé)任公司 845350）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑行業(yè)的發(fā)展迎來了新的高度，相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案也逐步滲透到了人們的日常生活之中。同時(shí)，人們對(duì)物質(zhì)文化的需求也更加多樣化，這對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的、更嚴(yán)格的要求。對(duì)于此本文首先介紹剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分類及特點(diǎn)，并分析了剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，最后提出了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施，希望對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供一定幫助。

建筑結(jié)構(gòu)；剪力墻設(shè)計(jì)；應(yīng)用

在城市化部分不斷加快的過程中，我國(guó)建設(shè)施工技術(shù)水平也有了很大的提升，在促進(jìn)建筑行業(yè)發(fā)展上發(fā)揮出了巨大的作用。但是在實(shí)際建筑施工過程中，仍然暴露出了一系列問題，這些都引起了社會(huì)的強(qiáng)烈關(guān)注。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其中主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法之一，在維持建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、降低施工難度、延長(zhǎng)建筑使用壽命等方面意義重大。所以，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過程中，要從實(shí)際建筑特點(diǎn)及其使用目的出發(fā)，采用最合適的剪力墻結(jié)構(gòu)，從而有效提升整個(gè)建筑工程質(zhì)量。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分類及特點(diǎn)

為讓建筑使用者多元化的需求得到滿足，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，整個(gè)墻體通常會(huì)開設(shè)一定數(shù)量的門窗洞口，而這些門窗洞口對(duì)剪力墻的受力分析與荷載變形等情況有著重要影響。所以剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中墻上洞口的數(shù)量與大小，以及墻體與開口間的排列方式等，主要分為以下四種不同的類型。

1.1 整體剪力墻

如果墻體沒有設(shè)置洞口，或者是整個(gè)門窗洞口的總面積低于剪力墻側(cè)面積的15%，則可以被稱為整體剪力墻。整體剪力墻的受力特點(diǎn)與整體懸臂墻相類似，也就是下端被固定，而上端自由的豎向懸臂構(gòu)件，在建筑水平荷載的作用下，整個(gè)截面的正應(yīng)力呈現(xiàn)出直線分布的態(tài)勢(shì)。而在整個(gè)墻肢高度上，彎矩圖通常不會(huì)有彎點(diǎn)出現(xiàn)，突發(fā)情況下也只有較少?gòu)濣c(diǎn)出現(xiàn)。

1.2 整體小開口剪力墻

整體小開口剪力墻是基于整體剪力墻概念而提出的，這類剪力墻雖然一般開口比較小，但是總體而言，整體門窗洞口的總面積是超過了剪力墻側(cè)面積的15%。所以，對(duì)變形和受力曲線圖而言，整體小開口剪力墻通常變?yōu)閺澢?。在建筑水平荷載的作用下，整個(gè)正應(yīng)力呈現(xiàn)出直線分布的態(tài)勢(shì)，其局部彎曲應(yīng)力與整體墻彎曲應(yīng)力的部分。同時(shí)，雖然整體小開口剪力墻的彎矩圖通常不會(huì)在整個(gè)墻肢的高度基礎(chǔ)上產(chǎn)生彎曲點(diǎn)，但是因?yàn)橛兄^大的開口面積，所以突變?nèi)菀自趶澗貓D的主要幾個(gè)位置上出現(xiàn)。

1.3 雙肢及多肢剪力墻

簡(jiǎn)單來說，雙肢及多肢剪力墻就是整個(gè)墻面開有一列或者是多個(gè)成列分布的洞口的剪力墻，雖然雙肢及多肢剪力墻所開洞口的尺寸很大，因?yàn)閴w受力狀況和整體小開口剪力墻相類似，所以相關(guān)概念以及彎矩圖差異并不大。但是從連梁對(duì)墻肢產(chǎn)生的約束作用上看，由于開設(shè)了過多的洞口，而導(dǎo)致整個(gè)墻體的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，所以墻肢局部會(huì)產(chǎn)生比較大的彎曲情況。如果開設(shè)了過多的洞口，容易導(dǎo)致正應(yīng)力分布的曲線圖與直線分布相偏離。

1.4 壁式框架剪力墻

壁式框架一般在高層建筑中運(yùn)用的比較普遍，并且開設(shè)了大量的洞口，洞口的尺寸也比較大，所以與洞口相比，整個(gè)墻肢寬度就顯得很小。從線剛度來說，墻體與連梁并沒有較大的差異，所以壁式框架剪力墻的受力分析和框架結(jié)構(gòu)比較類似，從正應(yīng)力分布來看，墻肢截面通常會(huì)出現(xiàn)局部彎矩，并且反彎點(diǎn)也會(huì)出現(xiàn)在大多數(shù)樓層的內(nèi)墻肢中。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用原則分析

2.1 規(guī)則性

設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，首先要全面考慮到建筑物內(nèi)部不同區(qū)域的不同作用，通過對(duì)簡(jiǎn)單規(guī)則的剪力墻的運(yùn)用，根據(jù)建筑區(qū)域的不同，將整個(gè)建筑劃分為擁有不同功能的區(qū)域，這樣所設(shè)計(jì)出的建筑結(jié)構(gòu)方案，能夠在滿足現(xiàn)階段建筑多樣化需求的同時(shí)，還能夠與時(shí)代發(fā)展緊密的結(jié)合在一起，這樣有利于發(fā)揮出最佳的效果，并有利于后期的維護(hù)與拓展。所以在設(shè)計(jì)與使用剪力墻的過程中，規(guī)則性是最主要的原則。

例如：在現(xiàn)代高層建筑中，剪力墻的平面布置應(yīng)該沿著建筑的兩個(gè)主軸方向雙向布置，同時(shí)這兩個(gè)主軸方向的剪力墻的側(cè)向剛度的差異不能太大，否則建筑容易出現(xiàn)側(cè)向位移[1]。而在設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)的建筑時(shí)，簡(jiǎn)單規(guī)則的剪力墻設(shè)計(jì)十分重要，建筑設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，必須綜合考慮多方面的因素，防治出現(xiàn)單向有墻的情況，這樣能夠確保在發(fā)生地震之后，建筑體不會(huì)受到剪力墻倒塌的影響，而出現(xiàn)嚴(yán)重的變形問題。若整個(gè)建筑平面是對(duì)變形、三角形或者圓形，為防止出現(xiàn)單向有墻的情況，可以根據(jù)環(huán)向和徑向布置整個(gè)剪力墻的結(jié)構(gòu)，若存在轉(zhuǎn)折或稍有錯(cuò)開的情況，在設(shè)計(jì)過程中可以考慮按照一道剪力墻的模式進(jìn)行。

2.2 連續(xù)性

因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)主要是作為建筑結(jié)構(gòu)的維護(hù)和分隔構(gòu)建，在建筑結(jié)構(gòu)中起到一種水平抗側(cè)以及豎向承重的關(guān)鍵作用。所以為了防止剪力墻因?yàn)閯偠茸兓霈F(xiàn)的建筑偏移情況，我們?cè)谶M(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的設(shè)計(jì)必須要從上到下進(jìn)行連續(xù)布置，最大程度的防止剛度突然變化。建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在墻肢或者墻體高度方向上，選擇更加高標(biāo)號(hào)的混凝土或者提高墻體的厚度，進(jìn)而讓其能夠在一定程度上分擔(dān)剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度[2]。對(duì)住宅或者客房這類開間小、墻體多、房間小且抗震性能需求較高的結(jié)構(gòu)來說，若無(wú)法確保剪力墻的連續(xù)性，則考慮對(duì)其加強(qiáng)延伸，可以選擇上下洞口對(duì)齊的方式，在洞口設(shè)置不明顯重疊的連梁來提升其結(jié)構(gòu)抗震性。

2.3 延性

只有具備較好的延性，才能確保剪力墻的穩(wěn)定性與可靠性，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在連梁應(yīng)力的作用下，細(xì)高的剪力墻容易出現(xiàn)彎曲或嚴(yán)重拉伸的問題，從而出現(xiàn)無(wú)法恢復(fù)的脆性剪切破壞。所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，特別是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，所采用的細(xì)高剪力墻整個(gè)墻體長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)不能夠大于9m，高寬比不能大于2。如果實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)必須用到較長(zhǎng)的墻體時(shí)，要盡量設(shè)置好翼緣，最大限度防止整個(gè)剪力墻形成一字型，或者考慮將洞口開設(shè)在部分截面處，這樣能夠?qū)⒄麄€(gè)較長(zhǎng)長(zhǎng)度的墻體被分割為若干段均勻墻段，并且墻體長(zhǎng)度不超過9m，形成弱連梁連接的連肢墻[3]。這里必須引起重視的問題是，只要存在較多的短肢剪力墻，這樣是與高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)中的規(guī)定相違背的，所以通常要將部分短肢剪力墻布置成一般剪力墻或筒體，讓所形成的剪力墻能夠能夠共同抵抗水平應(yīng)力。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

3.1 剪力墻連梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

近年來，人們對(duì)建筑提出了更高的要求，在設(shè)計(jì)剪力墻連梁的過程中，因?yàn)槠淇梢源_保結(jié)構(gòu)有一定剛度，并能夠減少建筑側(cè)移等優(yōu)點(diǎn)，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著極其重要的價(jià)值。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，一般存在有大量因素制約連梁的設(shè)計(jì)，一方面，對(duì)梁的內(nèi)力與結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度而言，必須對(duì)與之相連的剪力墻墻肢剛度加以考慮，若在進(jìn)行設(shè)計(jì)師，連梁跨高比較小，經(jīng)常會(huì)受到反復(fù)荷載的作用，從而出現(xiàn)斜裂縫，并形成剪切破壞[4]。所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要認(rèn)真處理剪力墻連梁?jiǎn)栴}，盡量選擇使用跨高比較大的連梁，如表1所示，這樣能夠有效避免其過早的出現(xiàn)剪切破壞，確保連梁有一定的可延性。此外，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要分析其內(nèi)力，折減計(jì)算連梁的剛力，這樣能夠減少甚至避免連梁出現(xiàn)剪切破壞的問題。

表1 剪力墻連梁設(shè)計(jì)中的建議連梁高度

3.2 墻肢平面外彎矩的優(yōu)化措施

如果剪力墻平面內(nèi)剛度和承載力遠(yuǎn)大于其平面外剛度及承載力時(shí)，在剛度突變的影響下，整個(gè)剪力墻方向的梁連接處容易出現(xiàn)墻肢平面外彎矩，這是在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)過程中，最容易出現(xiàn)的問題。因此，建筑設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)過程中，可沿著梁軸線的方向，設(shè)置一定長(zhǎng)度的剪力墻與梁相連，或是將一定數(shù)量的扶壁柱和暗柱等相關(guān)設(shè)施設(shè)置在整個(gè)梁與墻的連接處，這樣能夠有效解決墻肢平面外彎矩的問題。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性提出了更高的要求，為確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，既需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師運(yùn)用一系列科學(xué)有效的方法，實(shí)現(xiàn)施工設(shè)計(jì)水平的提升，同時(shí)還要以嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，不斷進(jìn)行創(chuàng)新，從而進(jìn)一步提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升，只有這樣才能真正推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的穩(wěn)定長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

[1]宋士忠.解析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用[J].四川建材，2014（02）：76～77.

[2]孫士臣.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[J].黑龍江科技信息，2014（16）：194.

[3]陳民樂.試析剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用資料[J].門窗，2014（08）：192.

[4]胡金焱.淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（31）：220.

TU973+.16

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1673-0038（2015）37-0046-02

2015-8-26