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

王 俊 飛

(山西宏廈建筑工程有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

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

王 俊 飛

(山西宏廈建筑工程有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

闡述了剪力墻結(jié)構(gòu)的定義、特點(diǎn)、種類及其布置方式，從剪力墻位置選取、墻肢長(zhǎng)度確定、梁板布置等方面，總結(jié)出剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并分析了剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，有助于提高我國(guó)的建筑工程設(shè)計(jì)水平。

剪力墻，設(shè)計(jì)原則，建筑結(jié)構(gòu)

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的定義和特點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)是應(yīng)用范圍較廣的承重體系，是縱向與橫向的鋼筋混凝土墻的結(jié)合，因能承受水平方向與豎直方向的力而得名，同時(shí)還能制約建筑在水平方向上產(chǎn)生的力。剪力墻由鋼筋混凝土墻體構(gòu)成，它的產(chǎn)生是建筑結(jié)構(gòu)的一種革新，用鋼筋混凝土墻體代替最初起承重作用的梁柱來(lái)承擔(dān)荷載以及荷載自身產(chǎn)生的力。剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用的十分廣泛，發(fā)展至今已經(jīng)成為一種十分常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系。

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性和整體性，能夠提高建筑物的承載能力；側(cè)向剛度較大，對(duì)建筑物水平方向的荷載有較好的限制作用，適合高層建筑；無(wú)外露梁柱和構(gòu)件，不會(huì)影響建筑內(nèi)部空間美觀和功能的分布。

剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：剪力墻雖然穩(wěn)定性好，承載力佳，但對(duì)建筑的類別限制較大，因其承重原理是靠墻體和樓板形成的受力系統(tǒng)，且一旦建成就不易拆除，在空間上更是宜小不宜大，所以對(duì)于住宅和賓館等空間間隔不大的居住類建筑，比較適用剪力墻結(jié)構(gòu)；除此之外，剪力墻對(duì)鋼材的消耗也較大，在經(jīng)濟(jì)性上不具備優(yōu)勢(shì)。

總的來(lái)說(shuō)，剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，水平荷載作用下側(cè)向變形小，剛度好，但空間布局不夠靈活。

1.2 剪力墻種類

許多剪力墻為滿足功能和使用要求，要在墻體上設(shè)置洞口，這就會(huì)影響到剪力墻的承載力，因此，剪力墻結(jié)構(gòu)以此為分類依據(jù)，主要有：

1)實(shí)體墻。

當(dāng)剪力墻上沒(méi)有洞口或所開(kāi)的洞口在墻體面積15%的范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)該墻體的荷載承受能力影響較小，仍具有較好的穩(wěn)定性，不會(huì)有異常情況發(fā)生，屬于實(shí)體墻。

2)小開(kāi)口整體剪力墻。

當(dāng)剪力墻上所開(kāi)的洞口面積超過(guò)整面墻體面積的15%時(shí)，從受力圖中能看出本應(yīng)在洞口處呈直線狀的正應(yīng)力已經(jīng)變成在洞口兩側(cè)，此種情形雖然不會(huì)使剪力墻產(chǎn)生異常情況，但是在連梁處有反彎現(xiàn)象。

3)聯(lián)肢剪力墻。

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，大部分老師習(xí)慣于將理論知識(shí)采取灌輸?shù)摹疤铠喪健苯虒W(xué)方法傳授與學(xué)生，而并不關(guān)注學(xué)生是否真正理解了理論內(nèi)涵以及能否將所學(xué)理論運(yùn)用于實(shí)踐中。而”會(huì)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)”其課程性質(zhì)較為特殊，一方面要求學(xué)生掌握基本的理論原理，而另一方面則更加看重學(xué)生對(duì)經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)的處理能力。因此，傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法無(wú)法滿足本課程的教學(xué)要求。采用案例教學(xué)法的關(guān)鍵之一就是打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，將“填鴨式”教育轉(zhuǎn)為“分析型”、“互動(dòng)型”教育。利用大量豐富精彩的案例，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的深度思考，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)理論知識(shí)的掌握與應(yīng)用。

剪力墻上的洞口開(kāi)的過(guò)大，或者過(guò)多以至于墻體的整體性已經(jīng)被破壞，此時(shí)墻體截面的正應(yīng)力分布不再是規(guī)律的直線，連梁將比它自身承受荷載能力大得多的墻肢聯(lián)系起來(lái)，形成墻肢剪力墻，其中僅一列連梁連接兩個(gè)墻肢的稱為雙肢剪力墻，一列連梁連接墻肢的稱為多肢剪力墻。

4)壁式框架。

剪力墻上洞口開(kāi)得過(guò)大，剪力墻截面整體性將受到破壞，除梁柱的交接處不產(chǎn)生變形外，剪力墻此時(shí)已接近于框架的內(nèi)力分布，成為剪力墻與框架之間的一種過(guò)渡，即壁式框架。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

剪力墻既是建筑分隔墻的一部分，又是結(jié)構(gòu)墻體的一部分，因此對(duì)剪力墻的布置必須同時(shí)滿足建筑方案的設(shè)計(jì)要求起到分隔空間的作用，又要滿足適合結(jié)構(gòu)布置的合理位置與結(jié)構(gòu)布置的要求。

為了更好的使剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑中發(fā)揮受力性能，最大化利用剪力墻的剛度和抗震性能，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中和實(shí)踐項(xiàng)目的總結(jié)中，提出以下幾點(diǎn)原則。

2.1 剪力墻位置選取原則

剪力墻的位置選取，要遵循對(duì)稱、均勻、分散的原則沿著建筑縱向及橫向布置，還應(yīng)布置在房屋的端部以及形狀變化多的地方，恒荷載大、處于端部樓電梯處應(yīng)減少剪力墻的布置；剪力墻在平面布置中盡可能對(duì)稱，若無(wú)法滿足，則盡量讓質(zhì)量中心與剛度中心接近；剪力墻上設(shè)置洞口時(shí)，其位置應(yīng)盡量位于截面的中部，避免位于柱子處和墻端。

2.2 剪力墻間距和厚度確定原則

剪力墻的間距和厚度布置原則：剪力墻的最大間距應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，在確保屋蓋側(cè)向剛度的情況下，使水平荷載作用下樓蓋平面內(nèi)的彎矩變形得以避免；剪力墻的厚度取值原則包括通過(guò)周期比、位移比和最大層間位移等各項(xiàng)指標(biāo)確定剪力墻厚度原則；不同抗震等級(jí)下的軸壓比控制混凝土厚度原則；滿足穩(wěn)定性和構(gòu)造性要求的原則；剪力墻厚度選取還應(yīng)滿足《高層建筑規(guī)范》中的相應(yīng)要求。

2.3 剪力墻的墻肢長(zhǎng)度確定原則

剪力墻的墻肢長(zhǎng)度應(yīng)按具體項(xiàng)目而定，但大多不宜超過(guò)8 m，避免配筋拉斷的可能性，且也不宜過(guò)短。剪力墻墻肢長(zhǎng)度的確定一般是厚度的8倍多一點(diǎn)，且剪力墻整體長(zhǎng)度應(yīng)在4 m以內(nèi)。當(dāng)需要將墻體設(shè)計(jì)為較長(zhǎng)的長(zhǎng)度時(shí)，可以通過(guò)在墻體上開(kāi)洞的方法將墻體的高寬比值控制在2以上，且確保開(kāi)洞均勻、尺寸不宜過(guò)大，采用弱連梁，避免剪力墻的剪切破壞。

2.4 剪力墻的數(shù)量設(shè)置原則

剪力墻數(shù)量的設(shè)置需要適度，并不是數(shù)量越多，性能越好，反而有時(shí)布置的數(shù)量的增多會(huì)使結(jié)構(gòu)自身所承受的地震力加大，消耗建筑材料等。因此剪力墻的數(shù)量布置原則是在滿足建筑側(cè)向變形的限值情況下，盡量少的布置剪力墻，以此減輕結(jié)構(gòu)自身的重量，避免剪力墻數(shù)量過(guò)多反而承載力不好的現(xiàn)象。

2.5 梁板布置原則

通常情況下，高層住宅的荷載較小，因此用鋼量主要由樓板的厚度決定，為了使用鋼量盡量降低，樓板的厚度在滿足必須的板內(nèi)設(shè)備穿管所需厚度、滿足撓度和裂縫的情況下，盡量取低值。梁的布置，盡量設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單清晰的傳力途徑，避免次梁過(guò)多、傳力途徑過(guò)于復(fù)雜的情況。

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

3.1 約束邊緣構(gòu)件

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，約束剪力墻邊緣構(gòu)件對(duì)其進(jìn)行處理可以使剪力墻在相同條件下發(fā)揮更大的作用。由約束邊緣構(gòu)件和無(wú)約束邊緣構(gòu)件這兩種方式構(gòu)成了剪力墻的約束邊緣構(gòu)件處理，各有優(yōu)缺點(diǎn)，綜合比較看來(lái)無(wú)約束邊緣構(gòu)件在建筑承載力上有更好的表現(xiàn)，而有約束邊緣構(gòu)件則在抗震性和穩(wěn)定性上優(yōu)于無(wú)約束邊緣構(gòu)件，所以應(yīng)按具體項(xiàng)目具體需要進(jìn)行選擇。

3.2 控制墻體配筋中的應(yīng)用

剪力墻結(jié)構(gòu)有耗鋼量大的特性，而且在我國(guó)，這種建筑結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中應(yīng)用較廣，控制住配筋量可以在資源和經(jīng)濟(jì)上都有很好的節(jié)約作用。在具體控制方法上，比較常見(jiàn)的是滿足規(guī)范配筋最小值的前提下，將水平鋼筋外側(cè)、豎向鋼筋內(nèi)側(cè)布置。迎水面保護(hù)層在采用雙向鋼筋網(wǎng)片時(shí)，可以很大程度上減少配筋量，其厚度可降為30 mm。

3.3 短肢剪力墻的應(yīng)用

短肢剪力墻在《高規(guī)》中有明確規(guī)定：指截面厚度不大于300 mm、各肢橫截面的高度與厚度之比應(yīng)在4和8之間的剪力墻。短肢剪力墻的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，與長(zhǎng)肢剪力墻相比，它的肢厚比更小，這種改進(jìn)對(duì)于住宅建筑來(lái)說(shuō)，更有利于空間的排布，室內(nèi)的布局及二次設(shè)計(jì)中受到的結(jié)構(gòu)限制也大大減小。

雖然短肢剪力墻在靈活性和自由度上較長(zhǎng)肢剪力墻更具優(yōu)越性，但是同長(zhǎng)肢剪力墻相比，短肢剪力墻仍存在許多待解決和待提高的問(wèn)題，比如它會(huì)使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的受力能力和承載力降低。雖然有過(guò)關(guān)于短肢剪力墻對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能影響大小的測(cè)試，其結(jié)果表明短肢剪力墻對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響性較小，但在高層建筑的結(jié)構(gòu)中仍不應(yīng)選用全部為短肢剪力墻的布置形式。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)布置中，短肢剪力墻的數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)布置成筒體或者是一般剪力墻，通過(guò)這種方法使短肢剪力墻與筒體或一般剪力墻形成整體，一同抵抗水平力作用的剪力墻結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技和綜合國(guó)力的提高，高層建筑的發(fā)展也越來(lái)越快，這種情形下，剪力墻的應(yīng)用則更加具有普遍性，如何能提高剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，完善剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)下及將來(lái)研究與解決的問(wèn)題，具有重要性和必要性，我們不僅要在設(shè)計(jì)中不斷的思考和創(chuàng)新，更要吸取和借鑒國(guó)外關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念與項(xiàng)目實(shí)踐，使我國(guó)的建筑工程設(shè)計(jì)水平有所提高。

[1] 付艷強(qiáng).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[J].科技風(fēng),2014(1)：56-57.

[2] 呂瑞孝,姜?jiǎng)?高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需關(guān)注的要點(diǎn)[J].科技信息,2011(19)：98-99.

[3] 胡景云.論剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建材世界,2011,32(2)：7-8.

Discussion on the application of shear wall structure in building structure design

Wang Junfei

(ShanxiHongshaConstructionEngineeringLimitedCompany,Yangquan045000,China)

This paper elaborated the definition, characteristics, types and its arrangement ways of shear wall structure, from the shear wall location selection, wall limb length determination, beam slab layout and other aspects summarized the principles and design key points of shear wall design should follow, and analyzed the specific application of shear wall structure in building structure design, helpful to improve our construction engineering design level.

shear wall, design principle, building structure

1009-6825(2016)05-0066-02

2015-12-04

王俊飛(1987- )，男，助理工程師

TU398.2

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