建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用初探

王丹　盧林濤　牛新朋

摘要：如今，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、技術(shù)水平不斷提高，建筑事業(yè)的發(fā)展也在突飛猛進(jìn)。作為我國重要的支柱性產(chǎn)業(yè)，建筑行業(yè)在近年的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，普遍采用剪力墻結(jié)構(gòu)，這和剪力墻結(jié)構(gòu)較好的抗震性和抗側(cè)剛度大的特點(diǎn)是密不可分的。文章對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，保障了建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻的正確使用。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

剪力墻在建筑中具有結(jié)構(gòu)剛度大、整體好、抗震性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。剪力墻在應(yīng)用中具有眾多優(yōu)點(diǎn)，得到了開發(fā)商和業(yè)主的普遍青睞。在應(yīng)用中，要仔細(xì)分析剪力墻的優(yōu)缺點(diǎn)，以提高剪力墻結(jié)構(gòu)的綜合利用率，更好的促進(jìn)建筑事業(yè)的發(fā)展。

1.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本概念及其分類

1.1剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概念。剪力墻高和寬尺寸都比較大，但其厚度卻非常小，這就決定了剪力墻的幾何特征和受力形態(tài)。其幾何特征類似于板，但受力形態(tài)卻和柱子驚人的相似，在比值上與柱子有一定的區(qū)別。在剪力墻的結(jié)構(gòu)中，墻是一個(gè)平面結(jié)構(gòu)，承受著豎向壓力和其平面作用下的水平剪力的雙重力量。在地震作用和風(fēng)載下剪力墻僅滿足剛度強(qiáng)度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須滿足非彈性形變反復(fù)循環(huán)下的延性、能量消耗和控制結(jié)構(gòu)斷裂而不倒的要求。所以，在剪力墻的設(shè)計(jì)中要求將其設(shè)計(jì)成延性彎曲型。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)的分類。剪力墻結(jié)構(gòu)主要可以分為四類，而分類的依據(jù)則是剪力墻是否開洞和其開洞的大小。（1）實(shí)體墻或者截面剪力墻不開洞或者開洞的面積小于15%，這種剪力墻就會變成曲型，其就像一個(gè)整體的懸壁墻，在整個(gè)墻肢的高度上，彎矩圖既沒有彎點(diǎn)，也不會發(fā)生突變；（2）整體小開口剪力墻。雖然這種剪力墻的開口比較小，但是開洞面積已經(jīng)大于15%。整個(gè)剪力墻的變形主要為彎曲型，但是整個(gè)墻肢的高度基本上沒有反彎點(diǎn)，彎矩圖的主要位置發(fā)生了突變；（3）雙肢或多肢剪力墻。這種剪力墻一般開口較大，或者其洞口成列分布。雖然在開口上與整體小開口剪力墻不同，但是受力特點(diǎn)卻十分類似；（4）壁式框架。這種剪力墻洞口尺寸很大，連梁線剛度和墻肢線的剛度比較接近，整個(gè)受力墻的變形為剪切型，受力特點(diǎn)與框架結(jié)構(gòu)類似。壁式框架在大多數(shù)高層建筑的樓層中會出現(xiàn)反彎點(diǎn)，彎矩圖在樓層的地方也會產(chǎn)生突變。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法

剪力墻長度和寬的尺寸比較大，但是其厚度比較小。根據(jù)其設(shè)計(jì)的長度和厚度的比值可以將其按照柱形和雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2.1剪力墻結(jié)構(gòu)厚度的選取?？拐鹨?guī)范6.4.1條有明確規(guī)定，剪力墻底部加強(qiáng)墻厚一、二級抗震等級最好大于200mm，而且不得低于樓層高度的1/16，其它地方則不得小于160mm。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，遇到特殊情況的建筑物應(yīng)該采取概念設(shè)計(jì)分析，有效控制墻肢軸壓的比值，確保整體的連結(jié)從而達(dá)到減少墻厚度的效果。

2.2墻肢長度的選取。剪力墻墻肢截面的高度就是剪力墻墻肢的長度，這個(gè)長度一般不應(yīng)超過8m。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)確保剪力墻結(jié)構(gòu)的延性，為了避免脆性的剪切破壞，可以將高寬比大于2的細(xì)高剪力墻設(shè)計(jì)成彎曲破壞的延性剪力墻。但有的墻體長度很長，為了確保墻體的高寬比值大于2，就要開設(shè)洞口，將長墻分成均勻、長度較小的連肢墻，而其洞口則最好采用約束彎矩比較小的弱連梁。

3.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的原則

在剪力墻的設(shè)計(jì)過程中，不能盲目地采取手段，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范具體考察結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在技術(shù)層面上應(yīng)遵循一些原則，這樣才能促進(jìn)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范化、合理化。

3.1樓層之間最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則。為了減輕結(jié)構(gòu)的自重，避免地震的發(fā)生，在建筑過程中可以減少布置剪力墻，但是要求短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的比值不超過40%，可以采取大開間剪力墻，使其結(jié)構(gòu)擁有更好的側(cè)向剛度，確保樓層最小剪力系數(shù)不小于規(guī)范限值，這樣可以大大減少工程造價(jià)。

3.2樓層層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則。對于普通的建筑，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形。剪切變形的控制大多以豎向構(gòu)件的多少來衡量，如果豎向構(gòu)件數(shù)量很多，就會造成剪重比偏大，造成設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)變形過大，同樣不能有效滿足樓層間位移的需要。所以，在建筑物中應(yīng)盡量避免扭轉(zhuǎn)變形，而不能僅靠增加豎向構(gòu)件的剛度來調(diào)整樓層之間的位移。

3.3剪力墻連梁超限的調(diào)整原則。剪力墻跨高比小于2.5的連梁比較容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)定限度的情況，因此一般規(guī)定剪力墻連梁的跨高比最好大于2.5.跨高比大于5的連梁最好按照框架梁來設(shè)計(jì)，而跨高比在5-6之間，連梁剛度不減的情況下，會出現(xiàn)剪力或彎矩超出規(guī)定限度。所以在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該充分利用連梁超限的調(diào)整原則，這樣回大大節(jié)省工程造價(jià)，能有效的節(jié)約工程的投資。

4.認(rèn)真分析剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)，采取有效措施優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)。剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)中不可或缺的構(gòu)件，逐漸被人們發(fā)現(xiàn)了不足之處，其具有承載力和平面內(nèi)剛度大的優(yōu)勢，但剪切變形相對來說較大，且平面外較薄弱，加上開動(dòng)后剪力墻形式復(fù)雜多變，受力非常繁瑣。剪力墻的抗剪、抗彎以及抗側(cè)剛度都比較大，在地震作用下，可以吸收地震的能量，減小地震力對建筑結(jié)構(gòu)的破壞性。所以，使用剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑質(zhì)量更高，出現(xiàn)安全的事故的概率也更低。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且施工成本較高；剪力墻的高度一般比普通墻面要高很多，墻體相比較為平整，外形更加美觀。剪力墻的類型很多，不同的施工要求以及施工場地對剪力墻的結(jié)構(gòu)有著不同的選擇，為了提高施工的質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員需要先實(shí)地考察，這樣也有助于設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的建筑。剪力墻在建筑中數(shù)量不宜過多，否則會影響建筑的整體結(jié)構(gòu)以及布置的合理性。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，要考慮到不同墻面的承重能力不同，這樣才能充分顯現(xiàn)剪力墻的作用與價(jià)值。

4.2剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效措施。在優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，為了使受力達(dá)到均衡，應(yīng)當(dāng)采取有效的措施。剪力墻結(jié)構(gòu)的安全可靠度非常高，每一個(gè)結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)發(fā)揮最大作用，這樣能夠使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理。所以在剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)中首先應(yīng)該考慮到工程的造價(jià)和安全性，結(jié)合這兩項(xiàng)因素對剪力墻的布置進(jìn)行合理的調(diào)整，這樣能夠促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。另外，為了節(jié)省工程造價(jià)，可以從技術(shù)手段和原材料的應(yīng)用這兩方面入手。

5.結(jié)語

剪力墻結(jié)構(gòu)在民用建筑中應(yīng)用廣泛，對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行有效分析的過程中，我們應(yīng)該重視剪力墻結(jié)構(gòu)基本概念的設(shè)計(jì)，認(rèn)真把握設(shè)計(jì)中遵守的各項(xiàng)原則，合理選用剪力墻結(jié)構(gòu)的長度和寬度，使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)效果。只有這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)安全，有效減少工程費(fèi)用，促進(jìn)整個(gè)工程建設(shè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。