建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

陸峰

摘要：隨著人們生活質(zhì)量和水平的提高，人們對居住環(huán)境的要求也在不斷提高，這就給建筑行業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機。在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，剪力墻結(jié)構(gòu)是一項保證建筑物穩(wěn)定性的重要項目，也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應用最為廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。本文對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計展開論述，以期為現(xiàn)代建筑業(yè)中更好地應用剪力墻結(jié)構(gòu)提供有效借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

前言

作為我國經(jīng)濟發(fā)展中一項支柱產(chǎn)業(yè)的建筑行業(yè)，不僅關(guān)系到國民經(jīng)濟的發(fā)展，也關(guān)系到人們的生活質(zhì)量。剪力墻結(jié)構(gòu)因具有抗震性能好、荷載能力強等諸多優(yōu)點而被廣泛應用于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了提高剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用效果，建筑單位應加強對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究，從而促進建筑物質(zhì)量的提高。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的分類及特點概述

為了滿足建筑使用者的多元化需求，在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，整個墻體往往會開有一定數(shù)量的門窗洞口，相關(guān)的理論分析和實踐均證明，剪力墻上的洞口開設(shè)情況對于整個剪力墻的受力分析和荷載變形情況均有重要的影響。故基于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中墻上洞口的大小和數(shù)量，以及墻體和開口之間的排列方式，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中，整個剪力墻結(jié)構(gòu)一般被劃分為以下四種，不同類型的剪力墻也因其截面應力分布的不同被用于不同結(jié)構(gòu)特點的建筑類型。

1.1 整體剪力墻

沒有洞口或者是整個門窗洞口的總面積之和小于剪力墻側(cè)面積15%的墻體，被稱之為整體剪力墻，這類剪力墻的受力特點類似于整體的懸臂墻，相當于下端被固定但上端自由的豎向懸臂構(gòu)件，整個截面的正應力在建筑水平荷載的作用下多呈現(xiàn)出直線分布的態(tài)勢。彎矩圖在整個墻肢的高度上一般不會產(chǎn)生彎點，突變情況更是較少產(chǎn)生。

1.2 整體小開口剪力墻

整體小開口剪力墻，是基于整體剪力墻的概念所出現(xiàn)的，這類剪力墻往往雖然具有較小的開口，但總體上看來，整個門窗洞口的總面積之和往往大于剪力墻側(cè)面積15%。因此，在變形及受力曲線圖上，這類剪力墻往往變?yōu)閺澢?。整個正應力分布在建筑水平荷載的作用下近似呈直線分布，可認為是局部彎曲應力和整體墻彎曲應力的部分疊加。此外，雖然這類剪力墻的彎矩圖，一般不會在整個墻肢的高度基礎(chǔ)上出現(xiàn)彎曲點，但由于開口面積較大，故彎矩圖的幾點主要位置上可能產(chǎn)生突變。

1.3 雙肢及多肢剪力墻

雙肢及多肢剪力墻，指的是整個墻面開有一列或是多個成列分布的洞口的剪力墻，雖然這類墻體所開洞口的尺寸較大，由于其受力情況與整體小開口剪力墻類似，故相關(guān)的概念及彎矩圖也不存在較大差異。但從連梁對墻肢的約束作用來看，由于整個墻體的整體結(jié)構(gòu)會因為過多開設(shè)的洞口而產(chǎn)生破壞，故墻肢局部會出現(xiàn)較大的彎曲現(xiàn)象，如果洞口開設(shè)過多，很有可能正應力分布的曲線圖完全偏離直線分布。

1.4 壁式框架剪力墻

壁式框架多用于高層建筑中，其開設(shè)的洞口數(shù)量較多且尺寸較大，整個墻肢寬度相對于洞口而言顯得較小，就線剛度而言，墻肢和連梁的差異性并不大。顧名思義，這類剪力墻的受力分析與框架結(jié)構(gòu)極其相似，在正應力分布中，墻肢截面往往會出現(xiàn)局部彎矩，在很多樓層的內(nèi)墻肢中也會出現(xiàn)反彎點。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

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，因此對剪力墻的布置必須同時滿足建筑方案的設(shè)計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)計的過程中和實踐項目的總結(jié)中，提出以下幾點原則。

2.1 剪力墻位置選取原則

剪力墻的位置選取，要遵循對稱、均勻、分散的原則沿著建筑縱向及橫向布置，還應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減少剪力墻的布置；剪力墻在平面布置中盡可能對稱，若無法滿足，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，其位置應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周期比、位移比和最大層間位移等各項指標確定剪力墻厚度原則；不同抗震等級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滿足《高層建筑規(guī)范》中的相應要求。

2.3 剪力墻的墻肢長度確定原則

剪力墻的墻肢長度應按具體項目而定，但大多不宜超過8m，避免配筋拉斷的可能性，且也不宜過短。剪力墻墻肢長度的確定一般是厚度的8倍多一點，且剪力墻整體長度應在4m以內(nèi)。當需要將墻體設(shè)計為較長的長度時，可以通過在墻體上開洞的方法將墻體的高寬比值控制在2以上，且確保開洞均勻、尺寸不宜過大，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，反而有時布置的數(shù)量的增多會使結(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)計為簡單清晰的傳力途徑，避免次梁過多、傳力途徑過于復雜的情況。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

加強剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計對于保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有很重要的意義。一般來說，設(shè)計人員在進行設(shè)計時都會采取一系列有效措施來保證建筑結(jié)構(gòu)的受力平衡。因剪力墻結(jié)構(gòu)本身就具有很強的穩(wěn)定性，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應用剪力墻結(jié)構(gòu)使設(shè)計更具經(jīng)濟性。為了進一步提高剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的質(zhì)量，設(shè)計人員在進行設(shè)計時應綜合考慮建筑工程的安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性，使這些因素的結(jié)合中優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的使用效果。

由于剪力墻結(jié)構(gòu)在保證建筑物整體結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性上的重要作用，建筑設(shè)計單位應提高對剪力墻結(jié)構(gòu)問題方面的重視程度。根據(jù)實際經(jīng)驗不斷提高剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平，優(yōu)化剪力墻設(shè)計方案，使之達到最佳效果。在進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計前，相關(guān)人員應首先對現(xiàn)場施工環(huán)境和條件進行勘察和分析，并以實際施工情況為依據(jù)，制定科學合理的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。在剪力墻結(jié)構(gòu)實施過程中，建筑單位需對剪力墻的施工進行嚴格的監(jiān)理和把控，建立健全施工管理體制，使現(xiàn)場一切施工作業(yè)按照規(guī)范標準進行，嚴格保證剪力墻的施工質(zhì)量。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施

4.1 剪力墻連梁設(shè)計的優(yōu)化措施

隨著人們對建筑要求越來越高，剪力墻連梁設(shè)計也由于其能夠保證結(jié)構(gòu)的剛度和減小建筑側(cè)移的優(yōu)點，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中彰顯出重要價值。結(jié)構(gòu)設(shè)計中，連梁的設(shè)計常受多因素制約，一方面，梁的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度需要考慮相連的剪力墻的墻肢剛度，如果在設(shè)計過程中，連梁跨高比過小，其往往會在反復荷載作用下產(chǎn)生斜裂縫，進而發(fā)生剪切破壞。因此，相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師需要對剪力墻連梁問題進行詳盡處理。可考慮采用跨高比偏大的連梁（見表1），使其不過早地發(fā)生剪切破壞，保障連梁的可延性。同時，在設(shè)計過程中，應當進行內(nèi)力分析，并對連梁剛力進行折減計算，從而降低連梁發(fā)生剪切破壞的概率。 4.2 墻肢平面外彎矩的優(yōu)化措施

當剪力墻平面內(nèi)剛度及承載力相較于平面外剛度及承載力極大時，整個剪力墻方向的梁連接處可能會因為剛度突變造成墻肢平面外彎矩，這也是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中較常出現(xiàn)的問題。故對于此，建筑設(shè)計人員可在沿梁軸線的方向設(shè)置一定長度的剪力墻與梁相連，或是在整個梁與墻的連接處設(shè)置一定數(shù)量的扶壁柱和暗柱等相關(guān)設(shè)施，從而對墻肢平面外彎矩這一現(xiàn)象加以優(yōu)化。

5 結(jié)語

剪力墻結(jié)構(gòu)是時代建筑物崛起的關(guān)鍵技術(shù)，擁有關(guān)鍵性技術(shù)可以促進建筑業(yè)的發(fā)展，進而加快和諧社會的發(fā)展步伐應用過程中必須保證剪力端結(jié)構(gòu)的可行性、持續(xù)性、經(jīng)濟性、科學性與藝術(shù)性，保持剪力墻在建筑中的有利地位。