剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫碩

摘要：建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是新型建筑設(shè)計(jì)尤為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，針對于此，本文分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；剪力墻；應(yīng)用；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU398.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3024（2017）05-63-02

前言

在建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻體側(cè)移小、抗側(cè)剛度大、抗震性能良好，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。

1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的概述

1.1剪力墻結(jié)構(gòu)概述

因剪力墻在風(fēng)荷載和抗震方面極具優(yōu)越性，可將其稱為抗風(fēng)墻或者抗震墻。城市化背景下，高層建筑數(shù)量日益增多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選用部分墻體進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)。如果剪力墻應(yīng)用比較多，需要進(jìn)行簡體布置，以有效抵抗水平力?？拐鹪O(shè)計(jì)過程中，墻體承受的第一振型底部地震傾覆力矩不超過結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的一半。當(dāng)墻體比較少，墻體承受的第一振型底部地震傾覆力矩不超過結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%一40%?？蓞⒄掌胀袅Y(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行相關(guān)設(shè)計(jì)工作，極具靈活性。如果剪力墻結(jié)構(gòu)中，僅包含個(gè)別小墻肢，可按照一般剪力墻結(jié)構(gòu).對其進(jìn)行處理。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)樣式

（1）整體剪力墻。整體剪力墻中的洞口數(shù)量很少，是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容。具體設(shè)計(jì)工作中，可對洞口忽略不計(jì)。其在現(xiàn)代建筑工程中不可或缺，主要用以對建筑工程進(jìn)行有效支撐。（2）壁式框架。聯(lián)肢墻中，對該樣式剪力墻應(yīng)用比較多，因洞口過大，墻肢剛度不足，而連梁風(fēng)度比較強(qiáng)。該背景下，剪力墻的受力與框架結(jié)構(gòu)類似。但是它與框架結(jié)構(gòu)中的梁柱仍然存在很大的差別，厚度不足?？稍谏峡蚣艚Y(jié)構(gòu)中，單獨(dú)設(shè)置壁式框架剪力墻，并采用其他部分墻體作為輔助。該種墻體形式在當(dāng)前房屋建筑中極具適用性。（3）聯(lián)肢墻。聯(lián)肢墻上的洞口通常是一排或多排，洞口尺寸很大，連梁是主要的受力承擔(dān)主體。作為特殊剪力墻，其由多組連梁共同連接。而且，相較于連梁，墻肢更具剛度優(yōu)勢。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻的布置原則

（1）剪力墻體宜拉通對直。房屋建筑在設(shè)計(jì)過程中時(shí)，宜將剪力墻上的門、窗、結(jié)構(gòu)洞口等上下樓層對齊，以明確結(jié)構(gòu)傳力途徑，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。剪力墻體宜沿軸線拉通對直。要盡量避免出現(xiàn)重疊、錯(cuò)洞墻體的狀況，以免給建筑結(jié)構(gòu)帶來不必要的危害，如墻肢破裂、墻體抗震失能等，若無法避免相關(guān)不利布置，設(shè)計(jì)中要考慮相應(yīng)的處理措施。

（2）雙向布置原則。剪力墻結(jié)構(gòu)中，出于抗震要求，應(yīng)沿結(jié)構(gòu)縱向、橫向布置剪力墻單元，如此才能使結(jié)構(gòu)的雙側(cè)抗側(cè)力得到保證。另一方面，除了確保剪力墻是結(jié)構(gòu)雙向布置以外，還需要使雙向結(jié)構(gòu)中的來自兩個(gè)方向的抗側(cè)剛度盡可能地相近，即自振周期相似。

（3）豎向貫穿。在豎向上，墻體應(yīng)該自上而下，從總體上貫穿結(jié)構(gòu)。一般情況下，剪力墻體豎直方向發(fā)生變化時(shí)，墻體的厚度及剛度可隨高度變化而變化。或者說，亦可以通過降低剪力墻單元的剛度以達(dá)到減少抗側(cè)剛度的目的，防止出現(xiàn)剛度突變而削弱結(jié)構(gòu)的抗震效果。

（4）開設(shè)洞口。針對長度較長的剪力墻體，需要通過開設(shè)洞口來平均分?jǐn)倝w受到的負(fù)荷力。洞口與洞口之間可利用弱梁聯(lián)結(jié)，但是，墻肢長度不宜過大，一般要求小于8米。

（5）與建筑物高度相適配。選擇剪力墻的類型時(shí)應(yīng)該與建筑物的高度及受力狀態(tài)相對應(yīng)，譬如，短肢剪力墻不能過多的應(yīng)用于高層建筑物之中，否則會(huì)產(chǎn)生受力不均的現(xiàn)象。

（6）減少墻肢平面外彎矩。減少墻肢平面外彎矩的方式有很多，例如，可增加豎直方向的墻體數(shù)量以實(shí)現(xiàn)墻肢平面外彎矩的有效控制：亦可以通過壁柱的增加來減弱梁端的迫壓：當(dāng)墻體截面相對較小時(shí)，可設(shè)置成鉸接樣式，同樣可以使得墻肢平面外彎矩減小：或增大墻體截面、提高墻體配筋率來抵抗平面外彎矩。

3建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件

依據(jù)建筑工程的地質(zhì)和水文狀況，確定剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對工藝、技術(shù)、周邊建筑分布狀況等.具備清晰的認(rèn)識，并對其進(jìn)行合理規(guī)劃和布局。而設(shè)計(jì)人員也要在原有基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行修訂和整改。依據(jù)建筑工程的事實(shí)背景，在具體標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范框架內(nèi)，確定承重構(gòu)件，并對其進(jìn)行合理設(shè)置。以剪力墻承重構(gòu)件設(shè)計(jì)為例，該過程中，將墻體配筋率作為重點(diǎn)考量內(nèi)容。設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)單位要認(rèn)識到基礎(chǔ)方案的重要性，并對承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，采用正確的方式，對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和工藝參數(shù)進(jìn)行合理確定和選擇，避免與國家相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在偏差，使設(shè)計(jì)方案更具實(shí)用性。

3.2進(jìn)行計(jì)算方法的確定

當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)為受彎狀態(tài)，其具備較好的延性。因此，剪力墻一般為高細(xì)樣式，假使其過長，很容易形成低寬剪力墻。因剪力墻呈現(xiàn)出脆性特征，其抗震性很容易被削弱。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，切忌盲目，要以精準(zhǔn)的計(jì)算為基礎(chǔ)。當(dāng)前，我國剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，多采用計(jì)算機(jī)執(zhí)行設(shè)計(jì)工作。但是部分計(jì)算內(nèi)容，仍然需要依靠人工執(zhí)行。設(shè)計(jì)人員除了采用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算之外，更要依據(jù)自身的專業(yè)構(gòu)成及工作經(jīng)驗(yàn)，對具體設(shè)計(jì)過程進(jìn)行有效判定，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，將設(shè)計(jì)過程中的偏差降到最低。而構(gòu)件計(jì)算過程中，要通過結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，從根本上消除誤差。

3.3建筑結(jié)構(gòu)性能的提高

抗震性能在剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)中極為重要。嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)過程，力求簡單和規(guī)則，并對各部位的受力狀況具備明確認(rèn)知，避免因局部結(jié)構(gòu)受力不均，使建筑工程的安全性和穩(wěn)定性難移保障。設(shè)計(jì)過程中，要對建筑工程結(jié)構(gòu)的重要性予以強(qiáng)調(diào)，依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和具體技術(shù)參數(shù)，采用專業(yè)的眼光，分析薄弱部位，繼而對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修整，使建筑工程具備較好的抗震性，從根本上消除安全問題。

4建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

4.1細(xì)部構(gòu)造

基于剪力墻結(jié)構(gòu)具有的抗側(cè)力性和抗震性的主要作用，決定了技術(shù)人員在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)更需要用心做好它的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。只有做好了細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)才能從整體上使其抗震、抗側(cè)力得性能達(dá)標(biāo)，尤其是針對薄弱的分部結(jié)構(gòu)，需要特別采用一些有效措施，增強(qiáng)它的抗震性，從而減輕其在地震中的受損程度。另外，剪力墻的底部小墻肢及拐角處的墻肢，均是剪力墻結(jié)構(gòu)中的薄弱點(diǎn)，需要特別注意它的設(shè)計(jì)和工藝，及時(shí)避免出現(xiàn)不利影響。

4.2墻體配筋

通常情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)設(shè)置為豎直方向的鋼筋配筋，而其外側(cè)為水平方向的鋼筋。需要注意的是墻體配筋及構(gòu)造邊緣構(gòu)件需要滿足規(guī)范要求的最小配筋率，約束邊緣構(gòu)件除滿足最小配筋率以外，也需復(fù)核計(jì)算配筋的要求。

4.3大墻肢處理

在建筑工程施工中，剪力墻結(jié)構(gòu)寬與高之比一般要求大于2，否則，剪力墻容易受破壞。而當(dāng)剪力墻過長，則需要對墻體分段以減短其承壓長度，不易發(fā)生彎曲。另外，可采用開洞施工的方法，將大墻肢通過洞口分為若干小墻肢，待主體結(jié)構(gòu)完工后，進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)填充。

4.4連梁超筋處理

由于剪力墻結(jié)構(gòu)無法達(dá)到剪壓比要求，因而形成了連梁超筋。針對于此：（1）減小連梁截面高度或設(shè)置雙連梁，減少連梁與相鄰墻體的剛度分配，降低連梁所承擔(dān)的地震力，然后進(jìn)行連梁內(nèi)力分析，計(jì)算出配筋參數(shù)：（2）在不影響洞口截面的情況下，加大連梁截面高度，來抵抗連梁所受到的剪力：（3）若連梁截面允許，可在連梁中增設(shè)交叉斜筋，或者連梁中增設(shè)鋼板。另外，提高連梁的配筋率、增大連梁的混凝土強(qiáng)度也可解決連梁超筋問題，但頗為不經(jīng)濟(jì)。

5結(jié)語

總而言之，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的一項(xiàng)工作，在廣泛應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還需要使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠得到有效優(yōu)化。