論剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

葛宏亮

（重慶市設(shè)計(jì)院　重慶渝中　400015）

論剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

葛宏亮

（重慶市設(shè)計(jì)院重慶渝中400015）

在科技和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)得到了巨大的發(fā)展，而人們對(duì)建筑的要求也越來越高。建筑項(xiàng)目對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的利用則很好的滿足了人們對(duì)建筑安全性能的需求，這種結(jié)構(gòu)墻是能極大的提升建筑的穩(wěn)定性、牢固性以及抗震性，但是，此結(jié)構(gòu)墻的應(yīng)用存在諸多的規(guī)范要求。

剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑；應(yīng)用

引言

就目前而言，在我國(guó)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，不但要求其要滿足基本要求，而且還要有經(jīng)濟(jì)適用性。剪力墻是一種良好的建筑結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)比較多，比如：側(cè)移小、抗側(cè)剛度比較大、抗震性比較好，因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分利用這種結(jié)構(gòu)。鑒于此，筆者將在本文中對(duì)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行分析和探究，希望對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用推廣有所幫助。

1　剪力墻的概念及特征

剪力墻是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的常見類型，尤其在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較常見，它有著自身顯著特征，對(duì)建筑工程建設(shè)具有重要作用和現(xiàn)實(shí)意義。

1.1概念

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，所謂剪力墻結(jié)構(gòu)，通常指的是建筑墻肢截面高度與厚度比值在5～8范圍內(nèi)的剪力墻體，常用鋼筋混凝土板代替?zhèn)鹘y(tǒng)框架中的梁柱結(jié)構(gòu)。通過剪力墻對(duì)荷載進(jìn)行有效承擔(dān)，能控制水平作用和位移，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)固與可靠。隨著建筑工程的層數(shù)越來越多，剪力墻結(jié)構(gòu)在整個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用越來越廣泛（具體如圖1）。

圖1　剪力墻結(jié)構(gòu)示意圖

1.2特征

在建筑工程設(shè)計(jì)的過程中，剪力墻屬于一項(xiàng)十分重要的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其有著明顯的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。常見剪力墻結(jié)構(gòu)類型包括實(shí)體墻、整體小開口剪力墻、雙肢或多肢剪力墻、壁式框架剪力墻等（具體剪力墻類型如圖2），其顯著特點(diǎn)是側(cè)移小，抗側(cè)剛度大，抗震性能強(qiáng)，吸收地震能力大，結(jié)構(gòu)自重大，室內(nèi)墻面平整，能有效保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固與可靠，尤其適應(yīng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，其應(yīng)用變得更加廣泛。但不能否定的是，剪力墻結(jié)構(gòu)也存在一些不足，例如，其中最為明顯的缺陷與不足表現(xiàn)為造價(jià)相對(duì)較高，施工工藝流程復(fù)雜，對(duì)施工人員的素質(zhì)要求高。盡管剪力墻結(jié)構(gòu)存在一些不足與缺陷，但仍然得到施工單位普遍關(guān)注和重視，其應(yīng)用也比較普遍。

圖2　剪力墻類型示意圖

2　剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則分析

在對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，不能盲目施工，需要結(jié)合相關(guān)規(guī)范以及工程實(shí)際情況，做好勘察工作，確保合理應(yīng)用，充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，施工技術(shù)受到一定限制，因此，需要重視其中的各種制約條件，確保剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合理，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2.1對(duì)最小剪力系數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整

在對(duì)建筑進(jìn)行施工的時(shí)候，應(yīng)該減少剪力墻的使用，這樣能夠使得建筑結(jié)構(gòu)減輕重量，提升其承載地震的作用。因此，在第一振型，需要利用短肢類，其位于低端位置的地震傾覆力矩需要小于剪力墻底端位置總力矩的60%，在墻體上，要設(shè)置大開間，使得自結(jié)構(gòu)傾向剛度得以提高。在樓層之間，對(duì)最小剪力系數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，確保其大于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，盡可能減少施工成本。

2.2對(duì)最大位移進(jìn)行合理調(diào)整

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來說，必須要對(duì)樓層之間的扭轉(zhuǎn)彎曲和剪切彎曲進(jìn)行有效處理。對(duì)于剪切彎曲來說，對(duì)其進(jìn)行處理，需要結(jié)合豎向結(jié)構(gòu)配件具體多少加以控制，若是配件數(shù)量太多，沒有對(duì)其進(jìn)行有效控制，這樣剪力墻的剪重比例就會(huì)提升，使得設(shè)計(jì)存在不標(biāo)準(zhǔn)以及不合理的情況，扭轉(zhuǎn)彎曲也就會(huì)提升，導(dǎo)致位移現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要降低扭轉(zhuǎn)彎曲。

2.3對(duì)連梁超限問題進(jìn)行調(diào)整

在對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用的時(shí)候，將其跨高和2.5連梁進(jìn)行比較，對(duì)于剪力墻跨高來說，其剪力以及彎矩會(huì)不再規(guī)定限度范圍之內(nèi)，所以，在相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之中，一般都會(huì)要求連梁跨度比在2.5以上，如果跨度比在5以上，在對(duì)連梁進(jìn)行施工的時(shí)候需要采用的方式為框架梁。如果跨度比位于5～6之間，為了確保連梁剛度不改變，那么剪力或彎矩便會(huì)發(fā)生異常，與相關(guān)規(guī)定要求的范圍不符。

3　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

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要分步驟、分環(huán)節(jié)的進(jìn)行，不能為追求速度而一蹴而就，這樣根本無法保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，具體的設(shè)計(jì)步驟和環(huán)節(jié)有以下幾點(diǎn)：

3.1結(jié)構(gòu)的設(shè)置

建筑在應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮建筑的空間能力，要雙向設(shè)計(jì)剪力墻，利用墻體的鏈接來完善高層建筑的空間結(jié)構(gòu)。特別是地震高發(fā)區(qū)，更要注重剪力墻結(jié)構(gòu)的雙向設(shè)計(jì)，而且要注意控制兩個(gè)方向剪力墻的剛度中心位置和墻體的具體數(shù)值保持一致，這樣能夠保證雙向墻體之間的受力均衡，同時(shí)能夠降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)帶來的影響。另外，為了提高剪力墻的結(jié)構(gòu)安全性，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)樓層面積的大小來采取鉸接或半剛接式的結(jié)構(gòu)，這種墻面結(jié)構(gòu)能夠增加墻體的安全性能。

3.2在長(zhǎng)度和厚度方面的配筋要求

建筑墻體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和厚度的配筋率是關(guān)乎墻體質(zhì)量以及整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的關(guān)鍵所在。因此，在進(jìn)行墻體設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須明確配筋率取值范圍，為了解決抗震問題，建筑結(jié)構(gòu)必須具備一定的延性，而這也要求了建筑墻體配筋率要達(dá)到最低要求標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行建筑剪力墻結(jié)構(gòu)配筋率設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定以及工程結(jié)構(gòu)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且要保證配筋率的設(shè)計(jì)滿足建筑結(jié)構(gòu)其他部分的設(shè)計(jì)需求，必須慎重的進(jìn)行配筋率數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。

3.3邊緣結(jié)構(gòu)

剪力墻的邊緣結(jié)構(gòu)包括約束性邊緣結(jié)構(gòu)和非約束性邊緣結(jié)構(gòu)，在對(duì)以往的建筑分析中我們不難發(fā)現(xiàn)，約束性的截面剪力墻要比非約束性的承載能力好40%還要多，在抗震時(shí)消耗的能量也要比非約束性的要多20%。所以，在我們對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)建筑的要求和效果來選擇用哪種邊緣表結(jié)構(gòu)，這樣才能更好的對(duì)質(zhì)量有所保證。

3.4連梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

連接墻肢和墻肢之間的梁，我們稱之為連梁。在剪力墻受到水平的作用力而出現(xiàn)彎曲時(shí)，剪力墻就會(huì)改變墻體的受力的狀態(tài)使墻肢達(dá)到穩(wěn)定，并且它也會(huì)對(duì)墻肢起到約束的作用。從這就可以看出，在剪力墻的設(shè)計(jì)過程中，連梁的設(shè)計(jì)是必不可少的，如果連梁的設(shè)計(jì)出現(xiàn)不合理或者設(shè)計(jì)失誤的狀況，那么就會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生不可估量的不良影響。因此在對(duì)連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師要嚴(yán)格的根據(jù)建筑的要求增加連梁的跨度，同時(shí)減小連梁的高度和剛度。除此之外，適當(dāng)?shù)脑黾蛹袅Φ暮穸饶軌蚴菇ㄖ锏目拐鹉芰统休d能力得到提高，而且也能夠使連梁的作用發(fā)揮到最大的限度，保證在使用的過程中不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量的問題。

4　剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用

某區(qū)建筑物為例，此建筑物為十七層住宅樓，安全等級(jí)是二級(jí)，場(chǎng)地為II類，抗震設(shè)計(jì)為乙級(jí)，建筑使用年限設(shè)置為50年，抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，主要此阿勇純剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并剪力墻結(jié)構(gòu)澆筑，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，在修正以后的風(fēng)壓為0.45kN/m2，整體建筑工程中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合考慮到了風(fēng)荷載和雪荷載乙級(jí)水平地震等作用。

對(duì)于剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的分析，剪力墻機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括數(shù)量控制要點(diǎn)，剪力墻的結(jié)構(gòu)，基本上在建筑工程的結(jié)構(gòu)中起到承受地震以及風(fēng)、雪等荷載，前面己經(jīng)提到過，剪力墻的數(shù)量并不算越多越好，只是為了降低建筑物自身的自重，而且是為了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能的增加而控制剪力墻的數(shù)量。對(duì)于剪力墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算主要是對(duì)在地震作用下的樓層中最大的空間相關(guān)位移進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算主要是對(duì)樓間的彎曲變形。對(duì)于剪力墻的平面布局主要防止采用單向的平面布局的方式。

5　結(jié)束語

隨著建筑行業(yè)發(fā)展和施工技術(shù)的不斷改進(jìn)與完善，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)和質(zhì)量要求越來越高。建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是施工前的重要內(nèi)容，對(duì)確保施工順利進(jìn)行，提高建筑工程質(zhì)量具有重要指導(dǎo)作用。作為設(shè)計(jì)工作人員，應(yīng)該根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體需要，科學(xué)合理設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，最大限度滿足建筑結(jié)構(gòu)的功能要求。同時(shí)還要善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)人員素質(zhì)，促進(jìn)設(shè)計(jì)水平提高，以降低成本，提高工程質(zhì)量，推動(dòng)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

[1]王小引.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)用分析[J].科技傳播，2015（3）：125.

[2]唐秀橋.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)用探討[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2014，12（2）：139～140.

[3]李顏開.探討剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊，2013（1）：173～174.

[4]黃妙武.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討[J].科技資訊，2014（2）：153.

TU318

A

1673-0038（2015）38-0015-02

2015-8-5

葛宏亮（1981-）男，工程師，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。