框架剪力墻仿古建筑結(jié)構(gòu)分析與實(shí)例設(shè)計(jì)

張柳英

【摘 要】 框架剪力墻結(jié)構(gòu)具有剛度大、抗震性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在仿古建筑中有著應(yīng)用廣泛。文章對框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則進(jìn)行了總結(jié)，對仿古建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，并結(jié)合工程實(shí)例，對框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決措施，從而更好的提高仿古建筑的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】 仿古建筑 框架剪力墻結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)

前言

剪力墻本身因具有整體性強(qiáng)、用鋼量少和結(jié)構(gòu)剛度大等特點(diǎn)，所以在居住性建筑設(shè)計(jì)中廣為應(yīng)用。特別是一些仿古建筑中采用現(xiàn)澆框架剪力墻結(jié)構(gòu)，不但能使隔離墻和承重墻合二為一，還能使得小開間中的分隔墻盡量減少，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，框架剪力墻結(jié)構(gòu)相比較于框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)用更為廣泛，主要原因在于它還具有簡潔、不露梁和露柱等優(yōu)勢，使建筑外觀美，而且內(nèi)設(shè)空間更大，提高空間使用率。當(dāng)然，還可以通過合理設(shè)計(jì)成延性剪力墻的方式來提升其抗震性能，該種剪力墻在震區(qū)或非震區(qū)均可應(yīng)用。

1 框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則

1.1 整體性原則

在設(shè)計(jì)剪力墻的時(shí)候，必須站在整體的角度考慮剪力墻的位置、高度等。一般來說，剪力墻的縱向高度應(yīng)不低于建筑物的總高度，當(dāng)剪力墻在縱向方向上發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整墻體的厚度和混凝土選用的等級(jí)、類型，也可適當(dāng)減少墻肢的數(shù)量，進(jìn)而提升墻體的整體抗側(cè)剛度，以免各不同層數(shù)的剛度發(fā)生變化，導(dǎo)致應(yīng)力過度集中的問題出現(xiàn)。

1.2 最大限度控制剪力墻的平面外彎矩

剪力墻的平面外彎矩對建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性具有極大影響，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，必須對剪力墻的平面外彎矩進(jìn)行嚴(yán)格控制，可采用增設(shè)垂直墻肢或者壁柱的方法，此外，針對截面積較小的樓面梁，可采用鉸接或者半剛接的方法，從而有效降低墻肢的平面外彎矩。

1.3 為了保證墻體的抗震能力，必須確保墻體的拉通対直

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，一般要求門、窗等各部位的上下各層必須位于同一垂直線上，以確保墻肢和連接梁的受力明確，這樣才能簡化計(jì)算，對建筑抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須杜絕錯(cuò)洞剪力墻和疊合錯(cuò)洞剪力墻的出現(xiàn)，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)這種現(xiàn)象，剪力墻肢就會(huì)出現(xiàn)不符合規(guī)范的問題，同時(shí)，墻上的洞口部位的抗震性會(huì)大大降低，一旦發(fā)生地震便很容易影響到整個(gè)建筑物的安全。

1.4 避免全部采用短肢框架剪力墻結(jié)構(gòu)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不能全部采用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)樵擃惤Y(jié)構(gòu)在抵抗水平力方面的性能較弱，若采用的短肢框架剪力墻結(jié)構(gòu)較多，必須適當(dāng)布置一些筒體，從而使框架剪力墻結(jié)構(gòu)的整體剛度增強(qiáng)。

2 框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在仿古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 科學(xué)展開平面布置

科學(xué)設(shè)計(jì)平面布置，對于剪刀墻在仿古建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有著重要的作用。在進(jìn)行剪刀墻的設(shè)計(jì)中，科學(xué)合理的平面布置可以提高剪刀墻的利用效率，提高仿古建筑的承載力。所以，在進(jìn)行剪刀墻的平面布置設(shè)計(jì)中，首先要注意在進(jìn)行布置剪刀墻時(shí)，要沿著平面重要軸線的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而使得剪刀墻的平面布置更加科學(xué)合理。此外，在進(jìn)行剪刀墻的布置中，要減少單向平面布置的手段，進(jìn)而提高剪刀墻結(jié)構(gòu)的抗震性能。同時(shí)，在進(jìn)行剪刀墻的平面布置時(shí)，要進(jìn)行對稱布置，進(jìn)而使得剪刀墻的剛度中心和質(zhì)量中心協(xié)調(diào)一致，減少剪刀墻的扭矩作用，提高剪刀墻的承載力和抗震性能。所以，科學(xué)設(shè)計(jì)剪刀墻的平面布置，對于剪刀墻在仿古建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用十分重要。

2.2 剪刀墻結(jié)構(gòu)的長度、厚度和延性的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行仿古建筑剪刀墻的設(shè)計(jì)中，對剪刀墻的長度、厚度以及延性設(shè)計(jì)需要格外注意。在進(jìn)行剪刀墻的設(shè)計(jì)時(shí)，遵守其設(shè)計(jì)原則，剪刀墻的厚度和長度的設(shè)計(jì)有一定的規(guī)范和要求。根據(jù)建筑的抗震情況，剪刀墻的厚度和長度是要根據(jù)建筑的抗震系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定，不一樣的抗震等級(jí)系數(shù)，在剪刀墻的長度和厚度的設(shè)計(jì)上也就不一樣。所以，在進(jìn)行剪刀墻的設(shè)計(jì)中，為了保障建筑物的穩(wěn)定、安全和抗震效果，剪刀墻結(jié)構(gòu)的厚度最小是二百毫米，高厚比例要小于六分之一。在建筑物的剪刀墻結(jié)構(gòu)厚度和長度比值不均時(shí)，要采取L、T性截面剪刀墻進(jìn)行代替，同時(shí)也要增加其翼緣長度。在剪刀墻的延性上，一般的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是，如果剪刀墻的寬高比小于二，剪刀墻的延性最好，進(jìn)而減少剪刀墻的破壞。如果比例大于二，就要對剪刀墻進(jìn)行開洞。因此，在進(jìn)行剪刀墻的設(shè)計(jì)中，要注意剪刀墻結(jié)構(gòu)的長度、厚度以及延性的設(shè)計(jì)，進(jìn)而保障建筑物的承載力。在進(jìn)行墻身鋼筋設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要保障剪力墻水平和豎直方向的配筋率不小于0.2%。對于三級(jí)地震，設(shè)計(jì)人員應(yīng)提升剪力墻的配筋率，這樣才可以保證墻體的穩(wěn)定性和抗震性。

2.3 確定墻肢截面厚度

墻肢截面厚度對框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量有著十分重要的影響，因此，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專業(yè)人員，想最大程度的發(fā)揮出框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑機(jī)構(gòu)中的效果，在對墻肢截面厚度進(jìn)行確定的時(shí)候一定要對剪力墻的厚度進(jìn)行充分的考慮，根據(jù)剪力墻厚度的具體情況對墻肢截面厚度的范圍進(jìn)行嚴(yán)格的控制。通常情況下，應(yīng)將其厚度劃定為最小值，這樣以便于日后施工的調(diào)整。為了有效的提升剪力墻的穩(wěn)定性，對于一些較短的墻肢，可以適當(dāng)?shù)膶ζ涞撞窟M(jìn)行加厚處理，同時(shí)，這樣還能在一定程度上增強(qiáng)剪力墻的剛度，提升仿古建筑墻體的安全性。

2.4 規(guī)范進(jìn)行剪力墻連梁鋼筋配置

設(shè)計(jì)人員在對剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須結(jié)合仿古建筑的實(shí)際特點(diǎn)，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)實(shí)地調(diào)查可知，仿古建筑的關(guān)鍵部位是連梁，連梁不僅承擔(dān)著仿古建筑的承重責(zé)任，對建筑墻體的剛度也具有一定的積極意義。因此，在對仿古建筑的框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須充分考慮到連梁的作用，保障其具備一定的抗剪性，從而避免連梁彎曲損壞的現(xiàn)象發(fā)生。與此同時(shí)，為了提高強(qiáng)剪力墻墻體的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員需要規(guī)范的進(jìn)行連梁鋼筋的配置，在配置鋼筋的過程中，設(shè)計(jì)人員需要遵循相關(guān)的吧標(biāo)準(zhǔn)，不可以隨意的進(jìn)行鋼筋配置，否則，會(huì)導(dǎo)致仿古建筑產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。

2.6 做好框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計(jì)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中框架與剪力墻、剪力墻與剪力墻的連接方式有鉸結(jié)與剛結(jié)兩種。鉸結(jié)為通過樓板連接來保證剪力墻與框架協(xié)同工作，剛結(jié)為通過連梁連接來保證剪力墻與框架協(xié)同工作。在鉸結(jié)體系中，由于沒有考慮連梁的約束作用，使得樓板作用顯著，要保證剪力墻與框架協(xié)同變形和工作，樓板必須絕對剛性。在剛結(jié)體系中，連梁對墻和柱都會(huì)產(chǎn)生約束，連梁將承擔(dān)著較大的剪力和彎矩，約束作用明顯，并可以與樓板一同作為連接構(gòu)件，傳遞彎矩、剪力、軸力。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受小于其設(shè)防烈度的多遇地震時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段。當(dāng)遭受高于其設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí)，連梁形成塑性鉸消耗地震能量，結(jié)構(gòu)剛度降低，自振周期加大，地震力降低，減輕結(jié)構(gòu)破壞。但由于連梁跨高比小，兩端連接的墻或柱剛度差異較大，連梁變形產(chǎn)生較大的內(nèi)力而破壞。連梁破壞有脆性的剪切破壞和延性的彎曲破壞，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免連梁發(fā)生剪切破壞，讓連梁先屈服，形成塑性鉸。

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

潮安區(qū)東山湖特色產(chǎn)業(yè)基地CA2013-T12地塊（二期），本工程位于廣東省潮州市潮安區(qū)，為仿古建筑，包括一棟11層辦及1層地下室。該建筑采用混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其中框架部分抗震等級(jí)為一級(jí)，剪力墻部分抗震等級(jí)為一級(jí)，基礎(chǔ)采用筏板樁基。本工程設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，建筑場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.55s，設(shè)計(jì)地震分組為二組。

3.2 技術(shù)難點(diǎn)

該項(xiàng)目主要技術(shù)難點(diǎn)如下：1、該結(jié)構(gòu)位于八度區(qū)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)連梁抗剪超限及柱節(jié)點(diǎn)域抗剪超限。2、結(jié)構(gòu)位于8度區(qū)，剪力墻分層澆筑，交界處施工縫驗(yàn)算不滿足。3、因場地土層多加沙層，且持力層起伏，沉樁困難。4、由于該建筑為仿古建筑，存在較多挑檐、檐口、屋脊等特殊古建節(jié)點(diǎn)做法，傳統(tǒng)平面圖無法表示清楚，施工單位無法充分理解設(shè)計(jì)意圖。

3.3 解決措施

對于以上難點(diǎn)，在項(xiàng)目中主要采取了以下解決措施：1、提高墻柱混凝土等級(jí)，對抗剪不足連梁，設(shè)置交叉斜筋或?qū)前祿?，提高連梁抗剪承載力。2、剪力墻施工縫驗(yàn)算不滿足處，增設(shè)附加豎向短鋼筋以抵抗水平地震剪力。3、由于持力層起伏，沉樁困難，因此對該建筑樁基進(jìn)行分區(qū)域確定樁長，減小持力層較高處樁長，并復(fù)核其單樁承載力，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了樁基的順利施工。4、對于較多的特殊古建節(jié)點(diǎn)做法，在平面圖進(jìn)行索引，然后繪制單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)詳圖，包括節(jié)點(diǎn)平面圖、節(jié)點(diǎn)立面圖、節(jié)點(diǎn)斷面圖，對于特別特殊的節(jié)點(diǎn)還提供三維效果圖，充分表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，便于施工單位理解。

4 總結(jié)

綜上所述，框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是仿古建筑實(shí)施中的重點(diǎn)內(nèi)容，專業(yè)性很強(qiáng)，包含諸多設(shè)計(jì)要素及內(nèi)容。設(shè)計(jì)人員要依據(jù)實(shí)際工程背景，對框架剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)涵及分類具備明確認(rèn)知，依據(jù)框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算原則，合理選擇剪力墻厚度及長度，并對其進(jìn)行平面布置，處理約束邊緣構(gòu)件，達(dá)到最佳工程效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 陳耀.仿古建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析探討[J].福建建材，2011（04：40-41+43.

[2] 王寧.異形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的實(shí)用簡化設(shè)計(jì)方法[J].科技創(chuàng)業(yè)家.2012（24）：31-32.

[3] 譚武.框架剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用[J].四川水泥，2015（12）：137.

[4] 鄭鵬.框架剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用論述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（03）：248.

[5] 周浪.高層住宅框架剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

[6] 陳耀.仿古建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析探討[J].福建建材，2011（04：40-41+43.