剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用探討

郝 如

(大同市二院建筑設(shè)計研究有限責(zé)任公司,山西 大同 037006)

0 引言

伴隨我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)提升，使得建筑行業(yè)迎來了較好的發(fā)展機(jī)遇?，F(xiàn)階段，較多建筑企業(yè)為改進(jìn)建筑質(zhì)量、健全建筑功能，都開始大力引進(jìn)新興科學(xué)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)施工。就剪力墻結(jié)構(gòu)而言，最近幾年建筑業(yè)中獲取了大面積應(yīng)用，剪力墻可結(jié)合建筑隔墻靈活布置，結(jié)構(gòu)剛度大，連梁耗能能力強(qiáng)，民用建筑(特別高層住宅)中運(yùn)用廣泛。此次研究先對剪力墻結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了闡述，而后介紹了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的原則及要點(diǎn)，并對其具體應(yīng)用展開了探討，最后基于實際給予了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化策略，望推動其今后在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用更具成效。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

具體而言，剪力墻結(jié)構(gòu)受力情況隨洞口不同而變化。依據(jù)洞口大小可分成如下類型：

1)整體墻，墻體不開洞或開洞面積較小(開洞面積在墻體總面積中占比小于15%)，此類墻體變形以彎曲型為主，沿墻肢的高度方向上彎矩圖形下大上小，外包線為光滑的拋物線，既不發(fā)生突變也不出現(xiàn)反彎點(diǎn)；

2)小開口剪力墻，墻體開洞面積較大(開洞面積在墻體總面積中占比在15%～30%)，變形以彎曲型為主，彎矩圖位置存在一定的突變；

3)雙肢剪力墻，墻體開洞面積更大(開洞面積在墻體總面積中占比在30%～50%)，且洞口為列狀分布，剪力墻底部表現(xiàn)為彎曲型變形，上部表現(xiàn)為剪切型變形，總體側(cè)移表現(xiàn)為彎剪型；

4)壁式框架，墻體開洞面積甚大(開洞面積在墻體總面積中占比大于50%)，受力情況已接近框架，墻肢和連梁剛度較為趨同，變形以剪切型為主。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的原則與要點(diǎn)

2.1 對墻體展開受力分析

剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，墻體是以平面布置的方式存在，需擔(dān)負(fù)建筑結(jié)構(gòu)縱橫方向及豎向的剪力與彎矩，故對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計期間應(yīng)針對墻體本身的真實受力程度有效分析，以確保墻體設(shè)計安全。促使剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中具備好的效果。

2.2 平面內(nèi)布置要求

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)雙向布置,并使兩個方向剛度接近。剪力墻的抗側(cè)剛度和承載力較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結(jié)構(gòu)重量，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，墻不宜布置太密，布置應(yīng)盡可能均勻、對稱、周邊化。具體可從如下幾點(diǎn)體現(xiàn)：

1)剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)和主軸方向相同，剪力墻應(yīng)對直、拉通；

2)剪力墻結(jié)構(gòu)豎向布置必須由上至下均勻連續(xù)，規(guī)避剛度突變等情況；

3)設(shè)計細(xì)高剪力墻(高寬比大于2)，提高延性并彎曲破壞，避免脆性的剪切破壞；

4)當(dāng)墻肢長度超過8 m時，應(yīng)采用墻體開洞方式設(shè)計成長度較小、均勻的聯(lián)肢墻。洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁；

5)剪力墻結(jié)構(gòu)規(guī)避平面外梁和剪力墻相接，會造成墻肢平面外彎矩，應(yīng)采取措施保證剪力墻平面外安全。

2.3 調(diào)整設(shè)計指標(biāo)

首先，剪力墻結(jié)構(gòu)需滿足抗震設(shè)計的最小水平地震剪力原則，需思考提升建筑抗震性的同時應(yīng)酌情減小建筑結(jié)構(gòu)的重量，不滿足需調(diào)整結(jié)構(gòu)布置直到滿足要求。

其次，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行多遇地震作用下的抗震變形驗算，其樓層內(nèi)最大的彈性層間位移應(yīng)符合要求。即1/1 000計算樓層層高。同時剪力墻的布置需規(guī)則均勻，優(yōu)選規(guī)則的形體，剪力墻布置沿豎向宜均勻變化、截面尺寸與材料強(qiáng)度自下而上逐漸減小。避免側(cè)向剛度和承載力突變。滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的平面與豎向規(guī)則性要求。

最后，剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁設(shè)計需滿足設(shè)計要求避免超筋。跨高比小于5按強(qiáng)連梁設(shè)計，跨高比不小于5的連梁按弱連梁設(shè)計即框架梁設(shè)計。在確保連梁強(qiáng)剪弱彎的前提下，盡可能利用連梁的剛度吸收地震能量并耗能，合理確定墻肢內(nèi)力與配筋，當(dāng)連梁超筋時可通過以下方法處理：1)減小連梁截面高度或其他減小連梁剛度的措施。2)連梁的彎矩可塑性調(diào)幅。3)連梁的鉸接處理。設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)連梁除了滿足以上要求外，還應(yīng)滿足規(guī)范的構(gòu)造要求。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體運(yùn)用

3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置

剪力墻平面布置期間，應(yīng)確保其具備較好的均勻性和對稱性，從而讓剪力墻結(jié)構(gòu)剛度與其質(zhì)量中心能夠有效重合，規(guī)避扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的形成。同時需盡量對內(nèi)外剪力墻拉直均勻，剪力墻設(shè)計必須平面與豎向規(guī)則對稱。并依據(jù)均勻?qū)ΨQ這一理念開展工作。同時，剪力墻不可單面設(shè)計，應(yīng)雙向布置，且方向與主軸方向相同。此外，施工期間需最大程度確保建筑質(zhì)量和整體安全性，合理縮減投入成本，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計墻體長度不宜過長，抗側(cè)力剛度不宜過大，以規(guī)避墻體承載力分配過于集中不利于建筑物的抗震性能。

3.2 剪力墻連梁鋼筋配置

連梁作為剪力墻結(jié)構(gòu)里面承載豎向荷載的核心構(gòu)件，可促使結(jié)構(gòu)剛度變大，在發(fā)生地震時可發(fā)揮較好的耗能作用。因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)對連梁按實際承載力計算，讓其彎曲破壞先于剪切破壞，確保結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的安全性。配筋設(shè)計必須嚴(yán)格按照對應(yīng)的設(shè)計規(guī)范設(shè)計，施工必須嚴(yán)格依照規(guī)范施工，確保結(jié)構(gòu)安全。

3.3 剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)計

為提高建筑物的延性，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中要求設(shè)置邊緣構(gòu)件，其可大幅提高建筑物的抗震性能，并減少建筑物的水平位移。同時邊緣設(shè)計還可強(qiáng)化剪力墻的抗剪能力。

3.4 對剪力墻墻身鋼筋要求

剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率，抗震等級一、二、三級時均不應(yīng)小于0.25%，四級和非抗震設(shè)計時均不應(yīng)小于0.20%。房屋頂層剪力墻、長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻、端開間縱向剪力墻以及端山墻的水平和豎向分布鋼筋的配筋率均不應(yīng)小于0.25%，間距均不應(yīng)大于200 mm。設(shè)計時除了滿足承載力計算配筋外，必須滿足上述構(gòu)造配筋要求。施工單位嚴(yán)格按施工要求布置鋼筋并澆筑混凝土。

3.5 對剪力墻肢截面厚度要求

剪力墻厚度:

1)應(yīng)符合規(guī)范墻體穩(wěn)定驗算要求。

2)抗震墻的厚度，一、二級不應(yīng)小于160 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/20，三、四級不應(yīng)小于140 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/25。

3)底部加強(qiáng)部位的墻厚，一、二級不應(yīng)小于200 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/16，三、四級不應(yīng)小于160 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/20；剪力墻厚度限定最低值，可確保剪力墻具備較好穩(wěn)定性，建筑結(jié)構(gòu)具備較好安全性。

4 剪力墻設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化策略

4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進(jìn)

依據(jù)現(xiàn)階段的建筑工程項目建設(shè)情況而言，剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計屬于工程建設(shè)實用性設(shè)計的核心要點(diǎn)。因建筑工程墻體承載力通常為剪力墻承擔(dān)，而建筑施工期間，剪力墻會以主體結(jié)構(gòu)的身份最先施工，故建筑工程施工期間應(yīng)對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的改良給予足夠重視，以確保既符合建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，又與施工成本所提需求相符。譬如進(jìn)行剪力墻設(shè)計時，可選擇優(yōu)化地基性能以減少建設(shè)成本，或與建筑特性、地質(zhì)條件銜接選取最優(yōu)建筑方案，既滿足現(xiàn)行建筑設(shè)計規(guī)范要求又滿足建設(shè)單位節(jié)約成本的要求。

4.2 對建筑構(gòu)件和連接點(diǎn)位置的質(zhì)量給予關(guān)注

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，若連接點(diǎn)設(shè)置缺乏合理性，則會形成施工裂縫，影響剪力墻承載力、抗震性，使建筑物整體質(zhì)量不符合要求，故必須對剪力墻設(shè)計中的建筑構(gòu)件和連接點(diǎn)設(shè)計高度關(guān)注。同時，因材料自身問題也有可能促使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)問題，故設(shè)計期間應(yīng)對其給予足夠重視。要知道現(xiàn)今社會民眾對建筑質(zhì)量極為關(guān)注，為了提高社會民眾對建設(shè)工程的滿意度，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)朝著高標(biāo)準(zhǔn)的方向設(shè)計，設(shè)計師需對建筑主體結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)的穩(wěn)固性加以加強(qiáng)，以強(qiáng)化建筑工程整體穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

概括而言，將剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，既能確保建筑整體功能健全又能縮減建筑投入資金，提高房屋建筑經(jīng)濟(jì)效益，促使建筑企業(yè)獲取較好利潤。故而對于今后的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計給予高度關(guān)注，從而探索更多更好的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，以推動建筑業(yè)獲取可持續(xù)性發(fā)展。