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

王詩(shī)瑤 王柱成 劉廣鵬 任盛鑫

摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響到建筑整體安全和工程經(jīng)濟(jì)性。因此，在實(shí)際工作中有必要對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)受力、性能、特點(diǎn)、要求和不同構(gòu)件間的相互作用進(jìn)行深入了解，從實(shí)際入手對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷改進(jìn)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，在保證結(jié)構(gòu)安全性及各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上，降低工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；高層住宅；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 剪力墻種類

剪力墻（shear wall）又稱抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載{重力}的墻體。防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。

它分平面剪力墻和筒體剪力墻。平面剪力墻用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升板結(jié)構(gòu)、無(wú)梁樓蓋體系中。為增加結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度及抗倒塌能力，在某些部位可現(xiàn)澆或預(yù)制裝配鋼筋混凝土剪力墻?，F(xiàn)澆剪力墻與周邊梁、柱同時(shí)澆筑，整體性好。筒體剪力墻用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和懸吊結(jié)構(gòu)中 ，由電梯間、樓梯間、設(shè)備及輔助用房的間隔墻圍成，筒壁均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，其剛度和強(qiáng)度較平面剪力墻高可承受較大的水平荷載。

墻根據(jù)受力特點(diǎn)可以分為承重墻和剪力墻，前者以承受豎向荷載為主，如砌體墻；后者以承受水平荷載為主。在抗震設(shè)防區(qū)，水平荷載主要由水平地震作用產(chǎn)生，因此剪力墻有時(shí)也稱為抗震墻。

剪力墻按結(jié)構(gòu)材料可以分為鋼板剪力墻、鋼筋混凝土剪力墻和配筋砌塊剪力墻。其中以鋼筋混凝土剪力墻最為常用。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)受力分析

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有自己的設(shè)計(jì)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(guò)壓彎構(gòu)件計(jì)算，板根據(jù)彎曲構(gòu)件計(jì)算。因此有必要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中考慮到具體的設(shè)計(jì)差異。此外剪力墻墻肢長(zhǎng)度，壁厚范圍都有自己的特點(diǎn)，當(dāng)高度和墻段比厚度小于或等于4，應(yīng)按框架柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；當(dāng)墻肢截面高度與厚度之比大于8時(shí)，使用一般剪力墻；當(dāng)墻肢截面高度與厚度之比在4～8之間時(shí)，則要使用短肢剪力墻，這些也是剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。剪力墻結(jié)構(gòu)由一系列縱向剪力墻和橫向剪力墻以及由空間結(jié)構(gòu)組成的梁板組成。在兩種負(fù)荷的主要：一是豎向荷載，豎向荷載主要是梁板傳來(lái)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(fēng)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(jié)構(gòu)變形滿足規(guī)范要求，在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)經(jīng)久耐用。框架結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)剪力墻的彎曲破壞的延性破壞模式。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中有規(guī)定，墻的長(zhǎng)度最好不要超過(guò)8m。事實(shí)上，有兩個(gè)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(shí)現(xiàn)延性破壞模式。當(dāng)剪力墻的長(zhǎng)度超過(guò)8m時(shí)，盡可能在墻體中部開(kāi)洞，形成一個(gè)雙墻肢，通過(guò)弱連梁連接，一般來(lái)說(shuō)剪跨比也會(huì)大于2，可以滿足延性破壞的要求。在地震作用下，通過(guò)連接梁的能量，梁端首先進(jìn)入塑性變形，形成塑性鉸，使梁成為抗震的第一道防線。

3 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 厚度設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，需嚴(yán)格依據(jù)我國(guó)有關(guān)規(guī)定，對(duì)于剪力墻的厚度選擇上需切實(shí)依據(jù)震級(jí)來(lái)進(jìn)行，對(duì)于抗震等級(jí)是一、二級(jí)的建筑物，它的底部加強(qiáng)范圍的剪力墻厚度不應(yīng)小于200mm，并不宜小于層高或無(wú)肢長(zhǎng)度的1/16，其余部位墻體厚度不能低于160mm，并不宜小于層高或無(wú)肢長(zhǎng)度的1/20。對(duì)于抗震等級(jí)是三、四級(jí)的建筑物，它的底部加強(qiáng)范圍的剪力墻厚度不應(yīng)小于160mm，并不宜小于層高或無(wú)肢長(zhǎng)度的1/20，其余部位墻體厚度不能低于140mm。對(duì)于無(wú)端柱或者翼墻時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)的墻厚要求更為嚴(yán)格，一、二級(jí)不宜小于層高或無(wú)肢長(zhǎng)度的1/12，三、四級(jí)不宜小于層高或無(wú)肢長(zhǎng)度的1/16。除此之外，在對(duì)剪力墻厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果所遇到的狀況比較特殊，設(shè)計(jì)人員需采用有效的應(yīng)對(duì)措施，增強(qiáng)概念設(shè)理念，結(jié)合墻肢軸壓比的狀況，同時(shí)保證便于施工現(xiàn)場(chǎng)鋼筋的綁扎及混凝土澆筑質(zhì)量控制，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全性能夠展開(kāi)全面控制，進(jìn)而增強(qiáng)建筑整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3.2 延性設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)從這幾個(gè)方面著手；首先，保證結(jié)構(gòu)的墻體底部具有較好的延性及耗能能力，應(yīng)控制結(jié)構(gòu)在其底部一定高度范圍不出現(xiàn)屈服，對(duì)墻體底部加強(qiáng)區(qū)范圍的受剪承載力予以提高，加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，保證建筑物底部一定高度范圍具有較大的彈性變形能力，提高結(jié)構(gòu)的整體抗倒塌能力。另外，在強(qiáng)震作用下，結(jié)構(gòu)破壞的過(guò)程應(yīng)當(dāng)是連梁先屈服，然后才是墻肢底部出現(xiàn)塑性鉸，連梁設(shè)計(jì)同樣遵循強(qiáng)剪弱彎的原則，連梁作為耗能構(gòu)件，必須保證其延性，避免在地震作用下，連梁發(fā)生剪切破壞。

3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)

由于建筑物承載荷載力比較大，所以在對(duì)剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)各項(xiàng)參數(shù)展開(kāi)全面考慮，以便對(duì)其進(jìn)行有效控制，從而保證建筑物在荷載力在可控范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，務(wù)必要對(duì)建筑物的比例、位移等方面進(jìn)行全面分析，進(jìn)而展開(kāi)設(shè)計(jì)，將建筑物的各項(xiàng)參數(shù)控制在有效范圍中，來(lái)確保建筑物不會(huì)因設(shè)計(jì)欠缺規(guī)范性而重心不穩(wěn)。在設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，需對(duì)不規(guī)則的剪力墻展開(kāi)科學(xué)設(shè)計(jì)，把其管控在規(guī)定范圍內(nèi)。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用形式

4.1 在墻體布置上的運(yùn)用形式

在對(duì)建筑物的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，墻體的合理布局十分重要，它是建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，很大程度上決定了建筑的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。其主要是依據(jù)主軸以及其他某一方向展開(kāi)的雙向布置，但在對(duì)剪力墻進(jìn)行實(shí)際布設(shè)中，需要確保設(shè)計(jì)者時(shí)刻保證剪力墻體的均衡性。另外，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，尤其當(dāng)建筑物的寬度與高度尺寸相對(duì)來(lái)講均比較大時(shí)，在承受彎矩、水平剪力以及豎向壓力時(shí)，能夠切實(shí)保障均衡性，使剪力墻避免出現(xiàn)個(gè)別墻肢因過(guò)大的截面吸收更多的地震力，承擔(dān)過(guò)大的剪力及彎矩，提高整個(gè)建筑物的抗震性能。

4.2 在計(jì)算上的運(yùn)行形式

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，計(jì)算為核心構(gòu)成部分，同時(shí)也是設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)過(guò)程中運(yùn)用的主要形式。所以，建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者需切實(shí)依據(jù)相關(guān)計(jì)算工作，來(lái)對(duì)剪力墻的實(shí)際承受荷載力的能力進(jìn)行判斷，從而確保剪力墻結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。但大多數(shù)時(shí)候，設(shè)計(jì)者對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算都未結(jié)合建筑施工實(shí)際狀況，從而導(dǎo)致建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際使用狀況不符。應(yīng)對(duì)建筑物能夠承受的荷載力有一個(gè)全面了解，對(duì)于其他環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)提供有效的參照依據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，城市高樓化趨勢(shì)不可動(dòng)搖，高層建筑將會(huì)快速發(fā)展，所以剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)得到更多地運(yùn)用。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在建筑施工整個(gè)過(guò)程中占有重要位置，也是我國(guó)專業(yè)人員一直努力鉆研的方向。但是由于多種客觀原因，目前，尚存在很多需要研究探討的地方，跟國(guó)外的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相差還很大，因此，針對(duì)這一問(wèn)題，我們需要投入更多的時(shí)間與精力做到更好。筆者也會(huì)一直努力。

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