建筑設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

李鵬

摘要：建筑設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用，使建筑設(shè)計(jì)延展性及使用效能得以大幅提升，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件，積極進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析對(duì)提高建筑設(shè)計(jì)效能具有重要意義。本文將按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用概念及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容逐一分析，以此為現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)更為科學(xué)的運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保障建筑質(zhì)量提供部分參考性建議。

Abstract： The design and application of shear wall structure for architectural design has greatly improved the ductility and performance of building design. According to the existing technical conditions， active design analysis of shear wall structure is of great significance to improve the efficiency of building design. In this paper， according to the building structure design standards， the application concept and related technical content of the building shear wall structure will be analyzed one by one， which will provide some reference suggestions for the modern scientific engineering design to use the shear wall structure design to ensure the building quality.

關(guān)鍵詞：建筑；設(shè)計(jì)；剪力墻；結(jié)構(gòu)；研究

Key words： architecture；design；shear wall；structure；research

中圖分類(lèi)號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0130-02

0 引言

現(xiàn)今，高層建筑建設(shè)應(yīng)用逐步成為現(xiàn)代建筑建設(shè)發(fā)展的主要方向，為更好地適應(yīng)建筑市場(chǎng)發(fā)展環(huán)境，提高高層建筑質(zhì)量，做好建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析研究尤為必要，尤其是針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)探究，是解決現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性等有關(guān)問(wèn)題的有效途徑。

1 建筑設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的提出有效解決傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足及延展性不高問(wèn)題，使建筑工程技術(shù)應(yīng)用從傳統(tǒng)的技術(shù)工業(yè)建設(shè)轉(zhuǎn)向現(xiàn)代機(jī)械建設(shè)。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑混凝土工程技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容，相比于其余種類(lèi)鋼筋混凝土施工技術(shù)應(yīng)用，剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高、抗震性更好，在實(shí)際建筑建設(shè)方面具有高安全性及多功能性的基本特點(diǎn)。早期階段的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)較為單一，且工程技術(shù)并不成熟，相關(guān)的結(jié)構(gòu)建筑材料主要以各類(lèi)規(guī)格鋼筋梁架為主，因此運(yùn)用并不廣泛，在通過(guò)后續(xù)階段的技術(shù)完善及結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用涉及內(nèi)容逐步增多，環(huán)境適應(yīng)性增強(qiáng)，尤其在高層建筑建設(shè)方面優(yōu)勢(shì)明顯，所以被現(xiàn)代建筑工程建設(shè)廣泛運(yùn)用于大型建筑工程建設(shè)方面。隨著現(xiàn)代建筑建設(shè)對(duì)建筑實(shí)用性及結(jié)構(gòu)美觀度認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)的提升，高強(qiáng)度的墻體結(jié)構(gòu)支撐成為未來(lái)階段建筑基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要方向，其高密度的平面墻體不僅具備良好的抗壓性，同時(shí)具有一定的韌性，進(jìn)一步規(guī)避自然因素環(huán)境干擾及人為環(huán)境因素干擾等相關(guān)建筑使用安全性風(fēng)險(xiǎn)，使現(xiàn)代建筑建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益顯著提升。

2 建筑設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與特點(diǎn)

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)高度及寬度控制原則

剪力墻結(jié)構(gòu)高度及寬度的控制，直接影響后續(xù)階段剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用效益。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要采用空間梁結(jié)構(gòu)支撐作為基礎(chǔ)模板，所以綜合寬度相對(duì)較小，受力方向主要以鋼筋結(jié)構(gòu)做載體向梁柱結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)上層結(jié)構(gòu)壓力的均衡分布。受建筑設(shè)計(jì)使用環(huán)境影響，剪力墻外墻體長(zhǎng)度及厚度值計(jì)算基數(shù)應(yīng)小于3，如比值基數(shù)大于3，則需要采用雙向受壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以滿足剪力墻結(jié)構(gòu)也建筑設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、韌性、強(qiáng)度及延展性等相關(guān)需求。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程一致性原則

現(xiàn)代剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要運(yùn)用于高層建筑方面，繼而需要考慮到墻體水平及垂直方向作用力，及其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力等，在保障剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案符合建筑總體設(shè)計(jì)使用要求后，應(yīng)綜合多方面的建筑設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行做出一定的調(diào)整，通過(guò)斜截面受剪承載力數(shù)據(jù)計(jì)算，分析墻體結(jié)構(gòu)壓力承載密度，如實(shí)際計(jì)算結(jié)構(gòu)壓力數(shù)值較大，則剪力墻設(shè)計(jì)所需承受的負(fù)荷較高，此時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致性難以保障，應(yīng)在計(jì)算出局部受壓承載力后對(duì)剪力墻設(shè)計(jì)方案進(jìn)行逐項(xiàng)優(yōu)化，以此保障剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合工程建設(shè)總體需求。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)平面剛度及承載力較高

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平面結(jié)構(gòu)剛度收到建筑材料、建筑施工技術(shù)及建筑工程管理等多項(xiàng)內(nèi)容限制，而現(xiàn)代剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則可有效的提高平面剛度，通過(guò)對(duì)梁柱銜接方案等及鋼梁設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)總體承載力的提高，以此形成良好的應(yīng)力及拉伸力，使墻體結(jié)構(gòu)整體性更高。剪力墻平面剛度及承載力雖然較高，但在實(shí)際的設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)施工階段，必須注意做好剪力墻及平面外梁的連接控制，由于剪力墻材料特殊性較高，在連接過(guò)程中若操作不規(guī)范及連接處理不到位，極易造成墻肢外彎問(wèn)題，從而使剪力墻結(jié)構(gòu)綜合承載能力受到實(shí)際影響。必要時(shí)可采用其余方案進(jìn)行技術(shù)處理，如需要進(jìn)行連接處理，則應(yīng)采用一定的保護(hù)措施，以免出現(xiàn)以上問(wèn)題，進(jìn)而提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用有效性。

3 建筑設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用途徑

3.1 剪力墻墻肢長(zhǎng)度的確定與設(shè)計(jì)

墻肢長(zhǎng)度主要指剪力墻整體界面高度，通過(guò)高度數(shù)據(jù)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效協(xié)調(diào)。在外觀方面，剪力墻結(jié)構(gòu)主體同樣需要依賴墻肢長(zhǎng)度的確定設(shè)計(jì)保障支撐強(qiáng)度，所以建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，仍重視對(duì)剪力墻肢長(zhǎng)度數(shù)據(jù)計(jì)算與設(shè)計(jì)。通常情況下，如在建筑設(shè)計(jì)方面未提出特殊的建筑設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)將剪力墻墻肢長(zhǎng)度控制在8米以內(nèi)，特殊情況下可將相關(guān)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)值做一定的調(diào)整。剪力墻結(jié)構(gòu)延展性參數(shù)也是墻肢長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，需在結(jié)合寬度比例及高度比例基礎(chǔ)上，對(duì)各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行開(kāi)洞比較，并采取彎矩約束比較小的弱連梁的設(shè)計(jì)方案，從而解決墻體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足及平面剛度較低問(wèn)題。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)厚度控制

現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)需要符合綜合性抗震標(biāo)準(zhǔn)，不同地區(qū)的建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)差異化明顯，要根據(jù)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境、自然氣候及建筑設(shè)計(jì)要求等，結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容選擇最佳厚度融入剪力墻結(jié)構(gòu)施工方案。剪力墻設(shè)計(jì)抗震效能主要來(lái)源于界面尺寸，一般情況下需要采取墻體底部加厚方法提高墻面強(qiáng)度。如建筑基礎(chǔ)數(shù)值不產(chǎn)生變動(dòng)，則正常情況下底部厚度控制在200毫米以下，而其余部位結(jié)構(gòu)厚度，則不應(yīng)低于150毫米以免因厚度不足，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)承載力不佳及建筑剪力墻結(jié)構(gòu)重心偏移等相關(guān)問(wèn)題。剪力墻獨(dú)立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，墻體底部厚度不得超過(guò)180毫米，其目的在于充分發(fā)揮獨(dú)立剪力墻底部結(jié)構(gòu)剛性優(yōu)勢(shì)，過(guò)薄的底部結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)，難以有效發(fā)揮剪力墻底部承壓結(jié)構(gòu)效用，而過(guò)厚的設(shè)計(jì)方案，則使底部結(jié)構(gòu)壓強(qiáng)增加，導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體性受損，在建筑設(shè)計(jì)方面，應(yīng)將基礎(chǔ)數(shù)值控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以提升建筑使用安全效益。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)尺寸設(shè)置

剪力墻結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)置應(yīng)注意對(duì)結(jié)構(gòu)豎直方向及水平方向的剛度荷載壓力分布分析，盡可能將剪力墻肢截面高度基數(shù)控制在墻體厚度基數(shù)的8倍以上，保障雙間合并布置開(kāi)間空間設(shè)計(jì)符合剪力墻基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，若在實(shí)際操作過(guò)程中，未能按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，則無(wú)法滿足剪力墻豎向荷載傳遞需求。如建筑設(shè)計(jì)方案對(duì)建筑對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有特殊要求，則應(yīng)盡可能的避免采取開(kāi)間布置設(shè)計(jì)方式?，F(xiàn)代剪力墻形狀設(shè)計(jì)為有效適應(yīng)多種階段使用及施工操作環(huán)境，均采用L形及T形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該布局有利于提高側(cè)向剛度，降低剪力墻結(jié)構(gòu)自身實(shí)際重量，從技術(shù)及成本兩個(gè)方面均具有綜合性實(shí)踐優(yōu)勢(shì)。另一方面剪力墻設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不宜過(guò)短，若實(shí)際長(zhǎng)度為達(dá)到建筑使用標(biāo)準(zhǔn)，則可能出現(xiàn)配筋問(wèn)題，從而影響建筑質(zhì)量，對(duì)此需將實(shí)際長(zhǎng)度控制在1米以上，使墻端暗柱配筋與構(gòu)造配筋更為接近，以便運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)尺寸的控制，確保剪力墻結(jié)構(gòu)壓力分布合理性。

3.4 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁方案選擇

剪力墻結(jié)構(gòu)梁柱是剪力墻的重要結(jié)構(gòu)支撐，在連柱方案選擇方面，應(yīng)考慮到各墻肢之間壓力荷載變化問(wèn)題，在極端環(huán)境下，需進(jìn)行墻肢結(jié)構(gòu)扭曲控制實(shí)驗(yàn)，通過(guò)合理選擇連梁方案及連梁裝置，保證各墻肢水平符合受力均勻，改善墻體受力基礎(chǔ)布局，使剪力墻基礎(chǔ)支撐構(gòu)件形成穩(wěn)定框架的過(guò)程中，可有效解決墻肢受力不均問(wèn)題，提升墻體結(jié)構(gòu)綜合耐久性。剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)方案選擇，應(yīng)參考剛度及高度數(shù)據(jù)，適當(dāng)?shù)貙?duì)連梁進(jìn)行折減，以此增加結(jié)構(gòu)跨度，使剪力墻抗震效益達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步緩解外力緩解對(duì)于剪力墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)際影響，必要時(shí)可運(yùn)用增加連梁截面方法，讓梁體裝置在有限范圍內(nèi)發(fā)揮最大效用。

3.5 剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋配置

剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋配置設(shè)計(jì)首先要綜合剪力墻主體墻面厚度數(shù)據(jù)。如墻體實(shí)際厚度小于14厘米，則才鋼筋配置方面應(yīng)選用雙排筋設(shè)計(jì)方案，若墻體厚度達(dá)到40厘米以上，則要采用三排布局方面，通常70厘米以上的剪力墻墻體設(shè)計(jì)，需采用四排鋼筋配置設(shè)計(jì)，以免鋼筋配置平衡強(qiáng)度不足，導(dǎo)致剪力墻受力失衡，從而使后續(xù)階段剪力墻墻面出現(xiàn)列橫及內(nèi)部鋼筋彎曲問(wèn)題。不同的建筑抗震等級(jí)設(shè)計(jì)，所選用的鋼筋配置方案不盡相同，尤其要注重對(duì)剪力墻豎向及水平鋼筋布置配筋率的控制，實(shí)際數(shù)值要達(dá)到0.2%左右，鋼筋直徑需要在保障剪力墻基礎(chǔ)承載力的基礎(chǔ)上，盡可能的選擇大直徑鋼筋材料。例如在鋼筋配置方面，選用8毫米直徑鋼筋，實(shí)際間距控制要大于30厘米，避免鋼筋結(jié)構(gòu)間的互相干擾，針對(duì)抗震部位設(shè)計(jì)鋼筋配筋率應(yīng)達(dá)到0.3%-0.4%階段，必要時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行增加。

3.6 剪力墻結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件的選用與使用規(guī)劃

剪力墻邊緣構(gòu)件的選擇主要參考以下兩個(gè)方面問(wèn)題，首先是構(gòu)件使用質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)有構(gòu)件供應(yīng)商提供相關(guān)的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)資質(zhì)，并檢查相關(guān)的成本質(zhì)量是否符合本工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)。其次要解決構(gòu)件使用兼容性及功能性問(wèn)題，在不損失構(gòu)件使用效益的前提下，盡可能的實(shí)用性強(qiáng)的構(gòu)件設(shè)備。剪力墻邊緣構(gòu)件的使用規(guī)劃設(shè)計(jì)，要參照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求合理布局，保障建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及廣泛，設(shè)計(jì)項(xiàng)目必須要與建筑使用要求相符，并積極的與建筑承建管理人員及施工技術(shù)人員等做好實(shí)際溝通，充分了解建筑設(shè)計(jì)需求，在此基礎(chǔ)上發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)高抗震性及高延展性等諸多優(yōu)勢(shì)，使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可切實(shí)的在建筑抗震等多個(gè)方面發(fā)揮基本功能。

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