建筑結構設計中剪力墻結構設計的運用研究

楊希光

摘 要：剪力墻結構設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構受力、性能、特點、要求和不同構件間的相互作用進行深入了解，從實際入手對設計進行不斷改進和優(yōu)化，實現(xiàn)預期設計目標，在保證結構安全性及各項性能的基礎上，降低工程造價，提高經(jīng)濟效益。

關鍵詞：建筑；結構設計；剪力墻；結構設計

1 引言

如今，土地資源稀缺，高層建筑已成為城市建設的主體，是城市生活的主流建筑，也是當代建筑的發(fā)展趨勢。隨著人民生活水平的不斷提高，對居住舒適性的要求也有所提高，特別是對住宅公寓的要求越來越高。剪力墻結構的壁厚與填充墻、平面的厚度是一致的，保證室內(nèi)無框架柱突出，可有效提高空間利用率，因此，高層住宅剪力墻結構應用的十分廣泛。

2 建筑結構設計中剪力墻結構概念方案布置

剪力墻結構概念方案布置是進行剪力墻結構設計的前提，而布置設計的合理性與否對整個工程造價有很大的影響，下面對剪力墻結構布置進行簡單的介紹。

剪力墻布局應沿兩個主軸方向雙向進行布置，盡量做到分布均勻，這種安排，能夠讓兩軸剛度盡可能接近。剪力墻集中布置會導致結構載荷中心和剛度中心偏移，造成較為嚴重的扭轉(zhuǎn)效應。剪力墻的分散布置會導致梁板跨度加大和剛度分布不均勻，而在跨度增大時，會增加結構的重量，增加地震效應，從而增加工程造價；另一方面，剪力墻間距太大，以致于單片剪力墻承受荷載過大，增加了軸壓比，從而對剪力墻延性設計產(chǎn)生影響。以及結構在不規(guī)則的地震扭轉(zhuǎn)薄弱部位凸起后形成棱角。扭轉(zhuǎn)大變形導致扭轉(zhuǎn)破壞。因此，考慮剪力墻平面布置，應單獨布置，并用對角線局部加強。在平面角部盡量布置L形墻肢，還可采取設置端柱及轉(zhuǎn)角部位樓板中設置暗梁等構造措施進行加強，以達到提高其扭轉(zhuǎn)剛度的目的。剪力墻豎向布置宜沿房屋高度通高布置、上下對齊、連續(xù)布置，墻厚及墻長沿高度宜均勻變化，以達到豎向剛度逐漸變小，從而能夠有效避免豎向剛度發(fā)生突變情況。這樣既經(jīng)濟又能滿足承載力、側向變形的要求。

因此，剪力墻結構的布局對整個結構的合理性和經(jīng)濟性有直接的影響。目前，結構的經(jīng)濟性已成為結構設計中必須考慮的因素。在滿足安全的前提條件下，最大限度地利用有限的資源，是結構工程師要去探索的問題。因此，在合理布置剪力墻的前提下，盡可能節(jié)約經(jīng)濟，降低工程造價。而對于結構的關鍵部分或者計算模型與實際情況不相吻合的部分，至少使用兩種不同結構軟件進行了分析計算，并進行了圍護結構設計，加固了結構。在概念布局的早期階段，結構設計師應與建筑師密切合作，確定合理的安排以避免不規(guī)則或嚴重的不規(guī)則的平面與立面。實現(xiàn)技術先進，安全適用，經(jīng)濟合理的總體設計，達到降低總成本的目的。

3 剪力墻的特征及其種類

從整體上來說剪力墻的特點有下面幾點，其側向剛度很強。還有一個相對比較小的側移，如果發(fā)生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墻結構的應用中，室內(nèi)墻體很平整，但剪力墻結構，在施工的時候需要很多環(huán)節(jié)，所以造價相對較高。如果按照剪力墻結構開洞與否可分為以下幾種：小開洞剪力墻、壁式框架、實體墻、雙肢或多肢剪力墻等。這些剪力墻各有不同的應用特點，每個結構設計人員應針對具體的建筑結構，選擇合適的剪力墻結構形式。

4 建筑結構設計中剪力墻結構受力分析

剪力墻結構設計有自己的設計原理及其原則。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，剪力墻通過壓彎構件計算，板根據(jù)彎曲構件計算。因此有必要在結構設計分析中考慮到具體的設計差異。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，應按框架柱的結構設計；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構設計的基本原則。剪力墻結構由一系列縱向剪力墻和橫向剪力墻以及由空間結構組成的梁板組成。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，結構變形滿足規(guī)范要求，在滿足設計要求的基礎上結構經(jīng)久耐用?？蚣芙Y構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構技術規(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。

5 連梁設計

高層住宅剪力墻結構，由于墻長較長時通過開洞或剪力墻平面內(nèi)梁跨較小形成連梁，如果出現(xiàn)跨高比較小的連梁，在計算過程中，容易產(chǎn)生過度抗剪的連梁，通常有以下解決方案：（1）增大連梁的截面積，可以增強連梁本身的抗剪能力，但梁的剛度相應也會增加，吸收的地震力也會增加，只能增加有限的抗剪承載力。在梁寬固定的情況之下，可以使用加高梁高的方法；當梁高是一定的，可以擴大梁寬，增大斷面的連接剛度，但寬度對連梁剛度貢獻較小，僅是一個線性關系，使得分擔剪力的增加值小于抗剪力的提高值。（2）調(diào)整設計內(nèi)力，在提高連梁截面對提高抗剪承載力沒有影響的狀況下，可人為的降低連梁的剛度，來控制剪切力的分配比例，并解決了連梁的抗剪性能問題。最簡單的控制方法是在計算參數(shù)選擇時，通過調(diào)整連梁剛度折減系數(shù)，只有在采用內(nèi)力配筋計算時才可以。在整個計算和非地震荷載作用下，連梁的剛度不會降低，連梁應具有足夠的抗彎承載力和抗剪承載力，以滿足正常使用的要求。對于跨高比大于5的連梁，應根據(jù)設計的框架梁，滿足框架梁的要求。（3）可作水平縫從而形成雙連梁、多連梁或其他結構措施，以提高抗剪承載力，如設置交叉暗支撐等措施，以提高連梁的抗剪承載力。

6 結語

中國的國民經(jīng)濟和建筑結構設計整體水平與發(fā)展規(guī)模都在提升，高層建筑將成為現(xiàn)代建筑的主流。剪力結構在側向剛度、側向變形等方面具有一定的優(yōu)勢，在高層建筑中得到廣泛應用。因此掌握剪力墻結構的特點，對剪力墻結構設計有很好的把握。我們要從設計的基本原則出發(fā)，設計更加經(jīng)濟合理的剪力墻結構。因此建筑結構設計人員要根據(jù)剪力墻結構設計原理有明確的認識，同時，不斷從設計實踐出發(fā)來推動中國建筑業(yè)整個工藝設計水平的提高。本文從剪力墻結構設計的概念開始。就建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用進行了介紹，希望以此促進行業(yè)發(fā)展。

參考文獻：

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