建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用研究

吳海源

摘要：隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，建筑行業(yè)的水平也逐漸提高。建筑結(jié)構(gòu)從砌體結(jié)構(gòu)到框架結(jié)構(gòu)，再到現(xiàn)在成為高層建筑的主流結(jié)構(gòu)體系的剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)不僅能滿足建筑內(nèi)部無外露柱構(gòu)件的美觀要求，還提升了建筑的空間使用率，并具有穩(wěn)定性好、抗震性強(qiáng)和耐久性好的特點(diǎn)。本文結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)原則及特征，對(duì)其具體的結(jié)構(gòu)布置及應(yīng)用進(jìn)行了介紹，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)用分析

引言

剪力墻結(jié)構(gòu)之所以能夠在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到非常廣泛的應(yīng)用，還是要從結(jié)構(gòu)體系上的很多優(yōu)勢(shì)說起。剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，側(cè)向剛度大，承載力高，彈塑性變形能力大，具有良好的抗震性。

1剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻具有強(qiáng)大的抗震能力讓它享有“抗震墻”這樣的稱呼，而其顯著的抗風(fēng)能力，在生活中也被稱為“抗風(fēng)墻”。和普通的磚墻相比它具有結(jié)構(gòu)特殊性，也叫做“結(jié)構(gòu)墻”。作用主要是為了承受地震荷載、風(fēng)荷載，以及各種自然災(zāi)害帶來的水平荷載。建筑物在時(shí)時(shí)刻刻都會(huì)受到外力的威脅或者破壞，正常使用的建筑一旦出現(xiàn)問題，可能會(huì)引起嚴(yán)重的后果。所以為了讓建筑物變得更加穩(wěn)定，剪力墻應(yīng)運(yùn)而生。判斷一個(gè)建筑的承受能力主要看它結(jié)構(gòu)的豎向受力和橫向受力，作為剪力墻的主要材料，鋼筋混凝土目前具有不可替代的優(yōu)越性。剪力墻的類型有：不開洞的實(shí)體墻，有端柱的剪力墻，有一排或多排洞口的聯(lián)肢墻，用在轉(zhuǎn)換層處的框支剪力墻，以及由剪力墻圍成的核心筒等等。這些剪力墻每種都有其自身的受力特征，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)要求來進(jìn)行具體的剪力墻類型選擇。所有的剪力墻從總體特征來看，主要有以下幾個(gè)方面：具有較強(qiáng)的抗震性能，使得室內(nèi)的墻面呈現(xiàn)比較平坦的外觀，但是剪力墻因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的建設(shè)需求，在實(shí)際的剪力墻施工中需要涉及到很多環(huán)節(jié)，所以其中的總體成本也是比較高的。

2剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中應(yīng)該堅(jiān)持的幾個(gè)原則

2.1通常情況下，剪力墻的高寬要遠(yuǎn)大于其厚度，是一種結(jié)合特征的向板，所以其受力形態(tài)類似于柱子，但具體的差距還是要根據(jù)肢長(zhǎng)和厚度比值范圍，當(dāng)肢長(zhǎng)與厚度比值不超過3，可以參照柱子來進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)。當(dāng)兩者比值超過3但小于5，可以將剪力墻看成異形柱進(jìn)行處理。

2.2剪力墻結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)，既要承擔(dān)水平剪力及彎矩，還需要承擔(dān)豎向的壓力。所以在考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震要求時(shí)，要同時(shí)考慮其剛度和延展性。

2.3剪力墻的剛度及承載力考慮。當(dāng)剪力墻處于同一平面時(shí)，具有較大的剛度和承載力，平面外則較小。所以如果剪力墻與平面外的梁連接，則延伸在平面外的墻肢就容易發(fā)生彎曲。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免剪力墻與平面外梁連接的情況發(fā)生。必須連接的時(shí)候，應(yīng)該設(shè)置對(duì)應(yīng)的保護(hù)措施，避免因墻肢彎曲發(fā)生意外事件。

3剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)

通常情況下，剪力墻的高寬要遠(yuǎn)大于其厚度，其受力形態(tài)類似于框架柱，都是壓彎構(gòu)件，壓彎破壞狀態(tài)以及計(jì)算原理基本相同。但是截面配筋構(gòu)造有很大不同，具體的情況還是要根據(jù)肢長(zhǎng)和厚度比值的范圍來選擇。當(dāng)肢長(zhǎng)與厚度比值不超過4，可以參照框架柱的要求來進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。當(dāng)兩者比值超過4但小于8，則按照短肢剪力墻的相關(guān)要求來進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。當(dāng)兩者比值超過8時(shí)，按剪力墻的要求來進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。剪力墻結(jié)構(gòu)，既要承擔(dān)水平剪力及彎矩，還需要承擔(dān)豎向的壓力。所以在考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震要求時(shí)，要同時(shí)考慮其剛度和延展性。

3.2平面內(nèi)搭接

剪力墻以平面內(nèi)受力為主，建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻需要在結(jié)構(gòu)平面的主軸方向雙向布置，分別抵抗來自各方向的水平力，墻端與計(jì)算方向垂直的翼墻不僅可以增大計(jì)算方向的剪力墻的剛度和承載力，還能增大彈塑性變形能力。剪力墻外的平面布置會(huì)影響到剪力墻結(jié)構(gòu)的作用。剪力墻的特點(diǎn)是平面內(nèi)的承載力及剛度大，而平面外的承載力和剛度小。如果剪力墻與平面外的梁搭接時(shí)，會(huì)使墻肢平面外承受彎矩，特別是梁高大于2倍墻厚的時(shí)候，剛性連接梁梁端彎矩使剪力墻平面外產(chǎn)生彎矩，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少平面外連接，若不能避免，就要采取措施，從而保證了剪力墻平面外的安全性。

4剪力墻的具體布置實(shí)施

4.1平面布置

剪力墻設(shè)計(jì)的平面布置可以靈活，但是有幾個(gè)要注意的地方。①平衡、對(duì)稱。建筑強(qiáng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有長(zhǎng)有短。遇到較長(zhǎng)的剪力墻時(shí)，不要全部當(dāng)成一個(gè)整體，選擇開洞口的方式，將墻面分成等長(zhǎng)均勻的幾段。交錯(cuò)不齊的剪力墻洞口會(huì)帶來很多隱患，比如說受力剛度減小，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易發(fā)生事故等等。所以洞口要一排排的整整齊齊。對(duì)稱布置，使得結(jié)構(gòu)平面上剛度均勻，減小水平力作用下給結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)。②在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，盡量減少一字型的短肢剪力墻的布置，雙向的或者多向的更能保障安全。多向或雙向的設(shè)計(jì)可以形成一定的空間工作結(jié)構(gòu)。剪力墻不僅需要在結(jié)構(gòu)平面主軸方向雙向布置，而且還應(yīng)該盡量使得各主軸方向剪力墻的側(cè)向剛度相近。③剪力墻結(jié)構(gòu)與其他的結(jié)構(gòu)一樣，在特殊情況下也會(huì)出現(xiàn)剛度突變的情況。為了避免不必要的損失，在豎直方向上要從下往上的布置。④在同一個(gè)平面上的剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和剛度中心不可以岔開，岔開之后，無法保證其穩(wěn)定性，應(yīng)沿著建筑物的全高布置，側(cè)向剛度沿著高度從下至上連續(xù)均勻，剪力墻開洞時(shí)，洞口上下對(duì)齊。⑤平面形狀凹凸較大的時(shí)候，盡可能在凸出部分的端部附近布置剪力墻。當(dāng)遇到建筑物周邊、電梯間、樓梯間等部位時(shí)，均勻的布置剪力墻。⑥剪力墻不宜過長(zhǎng)，超過8m的剪力墻最好設(shè)置掛高比較大的連梁將其均勻分為若干段，使得各個(gè)墻段的高度與長(zhǎng)度之比大于3。

4.2墻肢截面厚度

剪力墻的厚度變化呈現(xiàn)階段性的規(guī)律。階段性即均勻平衡，連續(xù)不折斷。階段變化的范圍最大是100m，最小是50m，嚴(yán)格控制在這一范圍以內(nèi)，才能使結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形。剪力墻的材料是混凝土，在混凝土的強(qiáng)度等級(jí)發(fā)生變化樓層時(shí)，此樓層要避免進(jìn)行剪力墻的厚度變化。高層建筑在底部的剪力墻一般厚度大，當(dāng)剪力墻的厚度超過400mm時(shí)，如果僅采用雙排配筋，會(huì)形成中部大面積的素混凝土，使得剪力墻的的截面應(yīng)力不均勻，所以厚度超過400mm的剪力墻，需要配置三排或四排鋼筋。

4.3剪力墻結(jié)構(gòu)連梁

剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁是作為連接剪力墻平面內(nèi)的梁，它不僅能夠連接墻肢，還能夠有效的約束墻肢。在設(shè)計(jì)連梁的時(shí)候，因連梁的剛度很大，普通配筋的、跨高比小的連梁很難成為延性構(gòu)件，所以對(duì)連梁進(jìn)行區(qū)分，按不同的形式分別設(shè)計(jì)。①跨高比大于5的連梁，此類連梁受力情況和框架梁類似，即按照框架結(jié)構(gòu)中的框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。②跨高比小于5的連梁，尤其是住在、旅館等剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑中的連梁，跨高比往往小于2，甚至不大于1，在側(cè)向力的作用下，這些連梁容易出現(xiàn)剪切斜裂縫。對(duì)于跨高比小的高連梁，可以設(shè)置水平縫，形成雙連梁或者多連梁，實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。當(dāng)連梁寬度較大的時(shí)候，除了設(shè)置普通箍筋以外，還可以增加交叉暗柱或者設(shè)置斜向的交叉構(gòu)造鋼筋來改善連梁的受力性能。樓面梁支承在連梁上時(shí)，連梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，一方面不能有效約束樓面梁，另一方面連梁受力十分不利，因此要盡量避免。樓板次梁等截面較小的梁支承在連梁上時(shí)，次梁端部可按鉸接處理。

5結(jié)束語

總體來說，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。但從具體的應(yīng)用情況來看，目前剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)用還存在諸多問題需要結(jié)合工程實(shí)際情況加以解決。所以在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要結(jié)合工程的實(shí)際情況合理應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員不可以脫離設(shè)計(jì)要求和原則，把握住要點(diǎn)，在保證安全的前提下，努力減少成本，才能使各方獲得最大的收益。

參考文獻(xiàn)：

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