剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用研究

郝 鵬

(山西萬(wàn)國(guó)商業(yè)廣場(chǎng)開發(fā)有限公司,山西 太原 030021)

近年來(lái)，建筑企業(yè)的快速發(fā)展，使社會(huì)對(duì)其質(zhì)量給予了更多的關(guān)注，也在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及建筑功能上提出了更高的要求，為此，建筑企業(yè)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須從目前建筑企業(yè)的發(fā)展形勢(shì)出發(fā)，有針對(duì)性的優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升其穩(wěn)定性、安全性。而剪力墻結(jié)構(gòu)因其抗側(cè)剛度性能好，能夠吸收大部分建筑結(jié)構(gòu)水平作用力以及水平剪力，提升建筑物整體的抗震性能，因此，得到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可與青睞，被廣泛的應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。但在具體的應(yīng)用中，必須在明確剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及原則基礎(chǔ)上，才能保障剪力墻結(jié)構(gòu)得到正確與科學(xué)的應(yīng)用。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)是否開洞這一準(zhǔn)則對(duì)剪力墻類型進(jìn)行劃分，可以分為實(shí)體墻、小開口剪力墻、框架壁式墻、雙肢或多肢剪力墻等不同的類型，不同類型的剪力墻結(jié)構(gòu)都有著自身的獨(dú)特特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要結(jié)合建筑項(xiàng)目的建設(shè)要求以及功能來(lái)選擇剪力墻結(jié)構(gòu)類型。從整體的角度來(lái)看，以下特征是所有剪力墻結(jié)構(gòu)都具備的特征：一是良好抗震性能，其能夠吸收建筑結(jié)構(gòu)在外部荷載以及自身荷載下產(chǎn)生的水平剪力與作用力，從而抗震性能與其他結(jié)構(gòu)相比較強(qiáng)；二是滿足了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)美觀性的要求，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠保持室內(nèi)墻面的平整，從而滿足了外觀設(shè)計(jì)上對(duì)美觀度的要求[1]。但由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提升結(jié)構(gòu)安全性的作用，其在具體施工中涉及到諸多內(nèi)容復(fù)雜的環(huán)節(jié)，與其他結(jié)構(gòu)相比，施工成本較高。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 系數(shù)調(diào)整原則

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮結(jié)構(gòu)的抗震性能，抗震性能能夠保障建筑的穩(wěn)定性與耐用性，而建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能主要受樓層之間的剪力以及水平作用力影響，所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要將結(jié)構(gòu)之間的水平地震剪力與作用力控制在最低[2]。因此，應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，根據(jù)建筑工程項(xiàng)目的實(shí)際情況對(duì)結(jié)構(gòu)自身的重量以及相關(guān)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，能夠在不影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性基礎(chǔ)上，通過(guò)降低自身自重的方式提升結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.2 樓層間位移調(diào)整原則

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)的要點(diǎn)以及重點(diǎn)是控制樓層之間出現(xiàn)的剪切變形以及扭轉(zhuǎn)變形，為了實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)控制目標(biāo)，應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，可以對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件數(shù)量進(jìn)行合理的調(diào)整，從而有效的控制剪切變形的出現(xiàn)。但需要注意的是，在對(duì)豎向構(gòu)件的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整時(shí)，要保障構(gòu)件數(shù)量合理，過(guò)多豎向構(gòu)件會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剪力失去平衡，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，從而導(dǎo)致建筑在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，而且剪力失衡后，樓層之間會(huì)因剪力不平衡出現(xiàn)程度較大的扭轉(zhuǎn)變形問(wèn)題[3]。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了有效提升結(jié)構(gòu)整體的抗震性能，設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)各個(gè)樓層之間的變形與剪力變化情況，及時(shí)通過(guò)對(duì)樓層位移與高度比進(jìn)行調(diào)整，保障結(jié)構(gòu)整體的合理性。

2.3 連梁調(diào)整原則

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將連梁跨度比控制在5以下，才能保障總彎矩中豎向荷載產(chǎn)生的彎矩比例處于最低狀態(tài)，這樣能夠避免因水平荷載產(chǎn)生彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)造成的剪切變形的發(fā)生幾率，從而減少了結(jié)構(gòu)中以及墻體表面裂縫的出現(xiàn)。而如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將連梁跨高控制在5以上，豎向荷載產(chǎn)生的彎矩將會(huì)在結(jié)構(gòu)總彎矩中占較大的比例，這種情況下，結(jié)構(gòu)的受力情況與一般框架梁結(jié)構(gòu)一致。因此，為了充分體現(xiàn)出剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須嚴(yán)格對(duì)連梁的跨度比與跨高進(jìn)行控制，有效的避免剪力與彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能造成影響[4]。需要注意的事項(xiàng)是，實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況以及具體要求，科學(xué)的對(duì)橫梁之間的距離進(jìn)行調(diào)整，從而在滿足結(jié)構(gòu)抗震要求基礎(chǔ)上，節(jié)約工程施工的成本。

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

剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要方式，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)合理根據(jù)不同類型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，充分利用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，提升定位的精準(zhǔn)性、平面布置的合理性、嚴(yán)格對(duì)墻肢截面厚度進(jìn)行控制、保障連梁鋼筋布置的科學(xué)性。為此，本文對(duì)上述幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體分析。

3.1 剪力墻定位

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)準(zhǔn)確的進(jìn)行剪力墻定位，將其剛度中心與質(zhì)量中心重合，這樣才能保障平面布置上，結(jié)構(gòu)整體處于均勻、對(duì)稱的狀態(tài)，從而發(fā)揮出保障結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的作用。所以設(shè)計(jì)中最好沿著建筑的主軸作為設(shè)計(jì)方向，同時(shí)展開對(duì)稱式的設(shè)計(jì)，并盡量在設(shè)計(jì)上避免出現(xiàn)單向有墻的設(shè)計(jì)[5]。具體的設(shè)計(jì)為：一是在設(shè)計(jì)平面結(jié)構(gòu)為圓形、弧型以及正多邊形時(shí)，剪力墻應(yīng)按照環(huán)向或徑向的方向進(jìn)行布置。二是在對(duì)平面結(jié)構(gòu)為Y形或I形進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻應(yīng)按照三個(gè)軸線的方向進(jìn)行布置。三是在對(duì)平面結(jié)構(gòu)為T形或L形以及矩形進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻應(yīng)按照形狀自身的軸線方向進(jìn)行布置。

總而言之，在剪力墻平面設(shè)計(jì)的定位上要遵循對(duì)稱性原則，盡量保障建筑結(jié)構(gòu)的兩側(cè)對(duì)稱，并使質(zhì)量中心與剛度中心重合在一起，控制墻體的扭矩程度，避免出現(xiàn)變形。而在對(duì)內(nèi)外部剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循拉通與對(duì)直的設(shè)計(jì)原則，并保障剪力墻肢體截面處于規(guī)則的狀態(tài)。

3.2 平面布置

平面布置是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，平面布置的合理性與科學(xué)性直接決定了剪力墻作用與價(jià)值的體現(xiàn)。但是為了保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，平面布置也要遵循對(duì)稱以及均勻的原則，保障布置過(guò)程中能夠?qū)|(zhì)量中心與剛度中心的位置進(jìn)行控制，使其在施工過(guò)程中能夠重合在一起，這樣的設(shè)計(jì)能夠保障剪力墻的作用得到最大程度的發(fā)揮，尤其是在提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能上有著重要意義。

3.3 墻肢截面厚度控制

我國(guó)在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)剪力墻的截面尺寸確定進(jìn)行了明確規(guī)定，其截面要滿足建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的要求。其中，根據(jù)一級(jí)與二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行墻肢截面控制。其中，針對(duì)所有的剪力墻結(jié)構(gòu)類型，都要求其底部的加強(qiáng)位置厚度應(yīng)控制在200 mm以上，墻體的其他部位厚度應(yīng)控制在160 mm以上；而根據(jù)三級(jí)與四級(jí)建筑抗震設(shè)計(jì)的要求，墻體截面厚度應(yīng)控制在160 mm以上，底部加強(qiáng)位置的厚度應(yīng)控制在180 mm以上。

3.4 剪力墻連梁鋼筋配置

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，連梁超筋問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，因此，必須對(duì)連梁鋼筋進(jìn)行合理配置，才能避免這一問(wèn)題對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響。連梁超筋指的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中剪力墻墻體的剪壓比不滿足設(shè)計(jì)要求或墻體自身剪力不足，這種問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)在連梁容易發(fā)生超筋的位置，同時(shí)在剪力墻結(jié)構(gòu)高度處于建筑總高度1/3的位置時(shí)也經(jīng)常出現(xiàn)。但是建筑結(jié)構(gòu)的墻段具有長(zhǎng)度長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此，其中間的連梁也容易出現(xiàn)超筋的問(wèn)題。另外，當(dāng)墻體肢體截面高度出現(xiàn)不均勻的情況時(shí)，截面剛度較弱的位置也經(jīng)常出現(xiàn)超筋的問(wèn)題。出現(xiàn)超筋問(wèn)題后，直接會(huì)造成的影響是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剪切變形，所以，設(shè)計(jì)過(guò)程發(fā)生連梁超筋問(wèn)題要及時(shí)進(jìn)行解決，具體的解決方法有：一是在抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以通過(guò)對(duì)連梁剪力以及彎矩塑性的調(diào)整避免超筋問(wèn)題的出現(xiàn)；二是在設(shè)計(jì)中盡量對(duì)連梁截面的高度進(jìn)行控制，有效的降低高度；三是總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，在結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)超筋的問(wèn)題，按照鉸接的方式對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)與處理，再進(jìn)行計(jì)算，墻體結(jié)構(gòu)的位移比將會(huì)滿足建筑設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，保障建筑物的穩(wěn)定性、安全性、耐用性以及各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，不僅是為我國(guó)民眾營(yíng)造良好的生活環(huán)境，還有著保障我國(guó)社會(huì)和諧穩(wěn)定發(fā)展的作用。因此，具有抗震性能強(qiáng)、穩(wěn)定性好、施工效率好優(yōu)勢(shì)的剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，但每種類型的剪力墻都有其使用范圍以及自身優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要根據(jù)工程的實(shí)際情況以及建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求合理進(jìn)行選擇剪力墻結(jié)構(gòu)，并科學(xué)的根據(jù)剪力墻設(shè)計(jì)原則展開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從剪力墻定位、連梁鋼筋布置、墻肢截面厚度控制等角度合理的應(yīng)用剪力墻設(shè)計(jì)原則，從而有效的提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與水平，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑行業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。