剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

王振宏

（誠杰建設(shè)集團有限公司 山西省長治市 046000）

引言

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響到建筑整體安全和工程經(jīng)濟性。因此，在實際工作中有必要對剪力墻結(jié)構(gòu)受力、性能、特點、要求和不同構(gòu)件間的相互作用進行深入了解，從實際入手對設(shè)計進行不斷改進和優(yōu)化，實現(xiàn)預(yù)期設(shè)計目標，在保證結(jié)構(gòu)安全性及各項性能的基礎(chǔ)上，降低工程造價，提高經(jīng)濟效益。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)

1.1 剪力墻的概念

剪力墻是建筑中主要承受風(fēng)荷載以及地震等原因引起的水平荷載的墻體。因而，剪力墻也被稱為抗風(fēng)墻、抗震墻以及結(jié)構(gòu)墻。剪力墻的功能是防治建筑遭受水平剪力的破壞，并能較好地保障房屋和建筑的堅固性，通常使用鋼筋混凝土用來制作。按照不同的施工方法，剪力墻也被分為了不同的眾多種類，例如混合結(jié)構(gòu)剪力墻、框架結(jié)構(gòu)剪力墻、框桶結(jié)構(gòu)剪力墻等，由于其自身具有的抗側(cè)剛度大的特點，在國內(nèi)的建筑行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

剪力墻可以承受來自水平和豎直兩個方向的力，一方面是因為其使用鋼筋混凝土作為材料來制作；另一方面，在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，主要是以滿足剪力墻可以承受水平和豎直兩個方向的力的要求來進行設(shè)計，其結(jié)構(gòu)含有豎向的鋼筋混凝土墻板，水平方向則具有鋼筋混凝土的大樓板。這樣的結(jié)構(gòu)整體稱為剪力墻結(jié)構(gòu)，因而具有較好的剛度和抗震性，這也讓剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中常常被使用。

1.2 剪力墻的結(jié)構(gòu)分類

剪力墻的分類主要依據(jù)墻體上的開洞和洞口尺寸的大小，并可以把墻體分為實體墻、多肢剪力墻、壁式框架剪力墻、小開口的剪力墻四種結(jié)構(gòu)。其中實體墻不開洞，其他三種墻體都具有不同尺寸的開洞情況。分析如下：①實體墻。實體墻是墻面上不開洞的剪力墻的一種，這種剪力墻變形時常為曲形，墻體的彎矩圖中不會產(chǎn)生反彎和突變，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，不會出現(xiàn)異常情況，墻體的強度較大；②多肢剪力墻。多肢剪力墻需要在墻體上開洞，并且開洞的面積較大，也包含一種開洞為列狀的結(jié)構(gòu)。這種剪力墻的墻體彎矩圖中不會發(fā)生任何異常情況，整體強度類似于小開口的剪力墻；③壁式框架剪力墻。壁式框架剪力墻在墻體上的開洞尺寸很大，此外，這種剪力墻的墻肢線上的剛度和剪力墻連梁線的剛度較為相近。壁式框架剪力墻的變形多為剪切型，受力特點類似于框架結(jié)構(gòu)的剪力墻。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)受力分析

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計有自己的設(shè)計原理及其原則。由于剪力墻通常比普通墻的厚度大且寬，所以它的特征比較像板，但是還是有一定的區(qū)別，剪力墻通過壓彎構(gòu)件計算，板根據(jù)彎曲構(gòu)件計算。因此有必要在結(jié)構(gòu)設(shè)計分析中考慮到具體的設(shè)計差異。此外剪力墻墻肢長度，壁厚范圍都有自己的特點，當高度和墻段比厚度小于或等于4，應(yīng)按框架柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計；當墻肢截面高度與厚度之比大于8時，使用一般剪力墻；當墻肢截面高度與厚度之比在4～8之間時，則要使用短肢剪力墻，這些也是剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則。剪力墻結(jié)構(gòu)由一系列縱向剪力墻和橫向剪力墻以及由空間結(jié)構(gòu)組成的梁板組成。在兩種負荷的主要：一是豎向荷載，豎向荷載主要是梁板傳來的活載、恒載、豎向地震作用及剪力墻身自重；其他主要是水平荷載，地震作用和水平風(fēng)荷載。剪力墻內(nèi)力和變形分析包括承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分析。在極限承載力狀態(tài)下，剪力墻在各種工況下不受破壞，能安全承受重力荷載。在正常使用極限狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)變形滿足規(guī)范要求，在滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)經(jīng)久耐用?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的變形主要是剪切變形，剪力墻的變形主要是彎曲變形。

為了實現(xiàn)剪力墻的彎曲破壞的延性破壞模式?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中有規(guī)定，墻的長度最好不要超過8m。事實上，有兩個主要因素影響剪力墻的破壞模式是軸壓比和剪跨比，只要軸壓比小于規(guī)定的限值而剪跨比大于2，可以實現(xiàn)延性破壞模式。當剪力墻的長度超過8m時，盡可能在墻體中部開洞，形成一個雙墻肢，通過弱連梁連接，一般來說剪跨比也會大于2，可以滿足延性破壞的要求。在地震作用下，通過連接梁的能量，梁端首先進入塑性變形，形成塑性鉸，使梁成為抗震的第一道防線。

3 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 厚度設(shè)計

在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，需嚴格依據(jù)我國有關(guān)規(guī)定，對于剪力墻的厚度選擇上需切實依據(jù)震級來進行，對于抗震等級是一、二級的建筑物，它的底部加強范圍的剪力墻厚度不應(yīng)小于200mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/16，其余部位墻體厚度不能低于160mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/20。對于抗震等級是三、四級的建筑物，它的底部加強范圍的剪力墻厚度不應(yīng)小于160mm，并不宜小于層高或無肢長度的1/20，其余部位墻體厚度不能低于140mm。對于無端柱或者翼墻時，底部加強區(qū)的墻厚要求更為嚴格，一、二級不宜小于層高或無肢長度的1/12，三、四級不宜小于層高或無肢長度的1/16。除此之外，在對剪力墻厚度進行設(shè)計時，如果所遇到的狀況比較特殊，設(shè)計人員需采用有效的應(yīng)對措施，增強概念設(shè)理念，結(jié)合墻肢軸壓比的狀況，同時保證便于施工現(xiàn)場鋼筋的綁扎及混凝土澆筑質(zhì)量控制，對建筑結(jié)構(gòu)的安全性能夠展開全面控制，進而增強建筑整體結(jié)構(gòu)強度。

3.2 延性設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)重點從這幾個方面著手；首先，保證結(jié)構(gòu)的墻體底部具有較好的延性及耗能能力，應(yīng)控制結(jié)構(gòu)在其底部一定高度范圍不出現(xiàn)屈服，對墻體底部加強區(qū)范圍的受剪承載力予以提高，加強其抗震構(gòu)造措施，保證建筑物底部一定高度范圍具有較大的彈性變形能力，提高結(jié)構(gòu)的整體抗倒塌能力。另外，在強震作用下，結(jié)構(gòu)破壞的過程應(yīng)當是連梁先屈服，然后才是墻肢底部出現(xiàn)塑性鉸，連梁設(shè)計同樣遵循強剪弱彎的原則，連梁作為耗能構(gòu)件，必須保證其延性，避免在地震作用下，連梁發(fā)生剪切破壞。

3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)

由于建筑物承載荷載力比較大，所以在對剪力墻設(shè)計時，需對各項參數(shù)展開全面考慮，以便對其進行有效控制，從而保證建筑物在荷載力在可控范圍內(nèi)。在設(shè)計建筑物的結(jié)構(gòu)參數(shù)時，務(wù)必要對建筑物的比例、位移等方面進行全面分析，進而展開設(shè)計，將建筑物的各項參數(shù)控制在有效范圍中，來確保建筑物不會因設(shè)計欠缺規(guī)范性而重心不穩(wěn)。在設(shè)計建筑物的結(jié)構(gòu)參數(shù)時，需對不規(guī)則的剪力墻展開科學(xué)設(shè)計，把其管控在規(guī)定范圍內(nèi)。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用形式

4.1 在墻體布置上的運用形式

在對建筑物的剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，墻體的合理布局十分重要，它是建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，很大程度上決定了建筑的安全性、可靠性及經(jīng)濟性。其主要是依據(jù)主軸以及其他某一方向展開的雙向布置，但在對剪力墻進行實際布設(shè)中，需要確保設(shè)計者時刻保證剪力墻體的均衡性。另外，在對剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，尤其當建筑物的寬度與高度尺寸相對來講均比較大時，在承受彎矩、水平剪力以及豎向壓力時，能夠切實保障均衡性，使剪力墻避免出現(xiàn)個別墻肢因過大的截面吸收更多的地震力，承擔(dān)過大的剪力及彎矩，提高整個建筑物的抗震性能。

4.2 在計算上的運行形式

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，計算為核心構(gòu)成部分，同時也是設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)過程中運用的主要形式。所以，建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計者需切實依據(jù)相關(guān)計算工作，來對剪力墻的實際承受荷載力的能力進行判斷，從而確保剪力墻結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。但大多數(shù)時候，設(shè)計者對剪力墻結(jié)構(gòu)的計算都未結(jié)合建筑施工實際狀況，從而導(dǎo)致建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)計算結(jié)果與實際使用狀況不符。應(yīng)對建筑物能夠承受的荷載力有一個全面了解，對于其他環(huán)節(jié)的設(shè)計提供有效的參照依據(jù)。

5 結(jié)束語

隨著中國經(jīng)濟整體水平的不斷提高和的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷發(fā)展和進步，剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用十分廣泛。剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有很好的承載能力、結(jié)構(gòu)剛度和優(yōu)良的抗震抗風(fēng)性能，在高層建筑中的應(yīng)用十分廣泛。

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