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

周任

摘 要：社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促進(jìn)了建筑尤其是高層建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑業(yè)已成為城市建筑的發(fā)展趨勢。鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大、整體性好、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)佳，在現(xiàn)階段的高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的應(yīng)用較為廣泛。對剪力墻結(jié)構(gòu)及其設(shè)計過程中必須驗證遵循的基本原則進(jìn)行了分析，就剪力墻的布置及剪力墻結(jié)構(gòu)計算等方面進(jìn)行了簡要闡述。

關(guān)鍵詞：剪力墻；高層住宅；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)計算

中圖分類號：TU398.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.156

建筑工程項目施工建設(shè)過程中所應(yīng)用的剪力墻結(jié)構(gòu)，實際上就是將原建筑框架結(jié)構(gòu)利用性能良好的鋼筋混凝土墻板對其替代，并以此來承擔(dān)建筑物荷載，這有利于對建筑結(jié)構(gòu)水平力產(chǎn)生制約作用。簡單而言，即利用鋼筋混凝土材料制成的墻板替代原建筑水平、豎向荷載的墻體。從應(yīng)用效果來看，無論是技術(shù)性，還是經(jīng)濟(jì)性，剪力墻都有巨大的優(yōu)勢。在實踐中，為了能夠有效節(jié)省建筑成本投入，采用剪力墻結(jié)構(gòu)能夠有效應(yīng)用于高層建筑工程項目，如果某建筑項目中應(yīng)用的剪力墻過多，則剪力墻與筒體之間就會匯合在一起。值得一提的是，雖然我國建筑領(lǐng)域大量使用了剪力墻，但建筑墻體無法全部利用該種結(jié)構(gòu)，以免會對建筑質(zhì)量造成影響。

1 建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)

嚴(yán)格意義上來講，剪力墻又被稱為抗震墻或結(jié)構(gòu)墻，其中，主要部分是鋼筋混凝土。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，采用剪力墻結(jié)構(gòu)能夠抵抗自重、使用荷載以及風(fēng)荷載和地震力造成的水平及豎向力荷載。就高層剪力墻而言，其主要是以剪力墻結(jié)構(gòu)作為主承受結(jié)構(gòu)，支撐水平和豎向上的荷載和壓力。

2 設(shè)計原則分析

在建筑尤其是高層建筑住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，剪力墻是必不可少的部分，該種結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大、施工操作方便簡單等優(yōu)勢。從剪力墻本身結(jié)構(gòu)來看，其剛度相對較大，小震范圍內(nèi)可保持一定的彈性；如果震作用相對較大，則連梁耗能以后就會有效吸收地震剪力，然后屈服，在塑性鉸的作用下使其協(xié)調(diào)變形，從而降低剪力墻結(jié)構(gòu)剛度，地震作用也因此而減小。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中剛度較大時，地震抵抗能力就會越強(qiáng)。在實踐中可以看到，剪力墻無限增加，雖然可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，但是也會增加自身的質(zhì)量，進(jìn)而使地震作用擴(kuò)大化。在這種情況下，建筑工程項目施工建設(shè)費用和成本就會大幅度提升。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性與剛度關(guān)系的處理是提高設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

具體而言，在結(jié)構(gòu)墻建設(shè)以及布設(shè)過程中，平面上的各個方向應(yīng)當(dāng)保持均勻，而且豎向上的構(gòu)件切忌中斷；查看剪力墻結(jié)構(gòu)試算結(jié)果，使結(jié)構(gòu)的位移角接近規(guī)范限制，充分發(fā)揮剪力墻的抗側(cè)向剛度；核查計算結(jié)果，應(yīng)當(dāng)能夠有效滿足周期要求以及規(guī)范位移要求，其核查底部的剪力值應(yīng)當(dāng)處在合理范圍之內(nèi)。上述操作的主要目的在于達(dá)到結(jié)構(gòu)剛度合適、工程造價合理的目的。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，首先應(yīng)當(dāng)滿足基礎(chǔ)要求，盡可能地減少該種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用數(shù)量，對其長度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并盡可能地使其滿足平面以及豎向上的規(guī)則。同時，還要適量減少邊緣構(gòu)件的應(yīng)用量，然后通過優(yōu)化布設(shè)數(shù)量相對較少的建筑剪力墻，卻獲得了滿足規(guī)范要求的抗側(cè)以及抗扭剛度。在布設(shè)剪力墻結(jié)構(gòu)時，其基本步驟是：①中部弱，四周弱。在剪力墻結(jié)構(gòu)布設(shè)中，應(yīng)當(dāng)最大限度地在外圍護(hù)墻布設(shè)，其結(jié)構(gòu)位置盡量少用剪力墻布設(shè)，以此提高高層建筑主體抗扭剛度。②剛度沿高度均勻變化。墻厚應(yīng)當(dāng)按照建筑高度均勻變化，并且對其軸壓比進(jìn)行嚴(yán)格控制，最大限度地減少剛度突變（高度方向上的變化）。實踐中，為了能夠有效滿足建筑底部位置的剪力抵抗客觀要求，提升墻體的抗震性和穩(wěn)定性，在底部位置需適當(dāng)加大墻體的厚度。③多采用L、T以及十字形等類型的墻肢。在剪力墻布設(shè)的過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮其連續(xù)轉(zhuǎn)折，優(yōu)化布設(shè)小墻垛，以免對邊緣構(gòu)件造成不利影響。④各墻肢軸壓比宜相近。在計算豎向荷載以后，確保墻肢軸壓比值接近，規(guī)范規(guī)定的軸壓比限值相差不大，減小地震力和自重。⑤整體布設(shè)剪力墻結(jié)構(gòu)。在布設(shè)施工過程中，應(yīng)當(dāng)保持連續(xù)性，使剪力墻形成一個完整的體系，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度。⑥梁、板優(yōu)化布設(shè)。在布設(shè)樓層梁時，應(yīng)確保梁傳力路徑明確、簡潔，應(yīng)盡可能地避免出現(xiàn)多重傳遞等現(xiàn)象。

總而言之，合理、完整剪力墻布置應(yīng)當(dāng)多布置外圍墻，剪力墻間必須有梁貫通，結(jié)合平面圖，使建筑需求與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)合在一起。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)分析

4.1 試算分析

以典型建筑平面標(biāo)準(zhǔn)層為基準(zhǔn)，建立一個初步的模型，根據(jù)層高和層數(shù)進(jìn)行簡單組裝，不考慮地震作用先計算荷載，然后將墻肢軸壓比計算出來，使各墻肢軸壓比值達(dá)標(biāo)，然后將剪力墻的厚度估算出來。同時，通過優(yōu)整軸壓比值，對剪力墻長度、墻體厚度和建筑混凝土強(qiáng)度等級進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.2 計算調(diào)整

在試算模型的基礎(chǔ)上，調(diào)整模型使層間位移角滿足規(guī)范要求。如果局部剛度偏弱，則可以通過局部增設(shè)剪力墻和加大墻厚的方式來解決。

如果周期比以及位移比等無法有效滿足要求，則應(yīng)將剪力墻周邊改成框架梁，并適當(dāng)提高連梁的高度，從而使結(jié)構(gòu)的外圍剛度得以增強(qiáng)；減少剪力墻中部位置的布置量，使連梁高度降低，從而有效延長剪力墻的平動周期，使位移比、周期比得以優(yōu)化調(diào)整；對結(jié)構(gòu)振型曲線進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確定位移最大點，適當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

5 計算中存在問題的處理方式

在實踐中可以看到，采用連梁加高方式進(jìn)行處理的效果并不理想。因此，我們可以采用洞口寬度擴(kuò)大、梁截面減小等方 式，有效增大剪力墻連梁跨高比，使其所承擔(dān)的地震力得以轉(zhuǎn)移。如果梁的調(diào)整比較困難，則可降低梁彎剪剛度，然后對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。通過小墻垛消除等方式，可以有效避免超筋、計算失真等現(xiàn)象出現(xiàn)。短肢剪力墻數(shù)量在剪力墻總數(shù)量中不宜過多，以免因局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受地震力破壞屈服后，導(dǎo)致二道防線無法發(fā)揮其作用。

6 結(jié)束語

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)由于其具有的優(yōu)點，目前，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了較為廣泛的應(yīng)用。作為設(shè)計人員，應(yīng)該了解剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)理論，遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則，準(zhǔn)確把握設(shè)計要點。只有這樣，才能有效發(fā)揮建筑剪力墻的作用。

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〔編輯：張思楠〕