基于剪力墻的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

虞德海

摘? ? 要：隨著不斷擴大的我國的城市化的建設(shè)，帶動了建筑業(yè)的不斷發(fā)展，居民居住的房產(chǎn)需求量也在不斷的增加，尤其是高層建筑的發(fā)展，高層的剪力墻的結(jié)構(gòu)不僅能夠保證相關(guān)結(jié)構(gòu)的安全性，還可以使得室內(nèi)的空間更加的合理，因此，很多的建筑結(jié)構(gòu)中多數(shù)都采用了剪力墻的結(jié)構(gòu)，保證剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，可以從根本上保證人們對建筑的要求，并且保證建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

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

1? 引言

隨著城市可用土地面積的縮小，城市建筑大都采用高層建筑，高層建筑對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及抗震性能有較高的要求，使得剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用較為廣泛。剪力墻結(jié)構(gòu)的平面與壁厚相同，且室內(nèi)不存在突出的框架柱，不僅可以提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還可以提升建筑的空間利用率，具備顯著的經(jīng)濟效益及生產(chǎn)效益。因此，對于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究是很有必要的。

2? 剪力墻結(jié)構(gòu)分析

2.1? 剪力墻結(jié)構(gòu)的定義

剪力墻結(jié)構(gòu)主要是指建筑房屋中通過鋼筋混凝土墻代替梁柱，用于承載風(fēng)負荷以及地震負荷等多種水平荷載，這種墻體可以有效控制結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的在于保護建筑，避免建筑在使用年限范圍內(nèi)受到不可抗外力，導(dǎo)致建筑使用壽命縮短。也就是說，剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠顯著提升建筑結(jié)構(gòu)承受荷載的能力以及穩(wěn)定性。就目前的建筑水平而言，我國應(yīng)用較為廣泛的建筑結(jié)構(gòu)有剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)以及混合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式。和其他結(jié)構(gòu)進行比較，剪力墻結(jié)構(gòu)使用的鋼材相對較少，而且具備更為優(yōu)異的抗震性能以及抗側(cè)剛度，可以有效提升建筑的穩(wěn)定性。在剪力墻結(jié)構(gòu)研究越來越深入的背景下，剪力墻結(jié)構(gòu)的施工工藝也越來越成熟。

2.2? 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常用的剪力墻結(jié)構(gòu)包括短肢剪力墻、聯(lián)肢墻、雙肢剪力墻以及小開洞剪力墻等多個類型。①短肢剪力墻，短肢剪力墻屬于建筑結(jié)構(gòu)中的抗側(cè)力構(gòu)件，沒有將異形柱凸出墻面，有效提升了異形柱的抗震性能;②聯(lián)肢墻，主要是將多個受彎構(gòu)件通過樓板或者連梁連接在一起，共同組成墻肢，墻肢上預(yù)留的洞口作為窗戶、門或者走道;③小開洞剪力墻，就是在剪力墻上設(shè)置小洞口，屬于懸臂構(gòu)件，這種剪力墻結(jié)構(gòu)具備更加均勻的側(cè)向剛度，可以有效避免墻體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題。如果剪力墻的墻體洞口較大，會對墻體的整體性產(chǎn)生負面影響，保障其梁柱連接部位不變，將會使剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)。設(shè)計人員需要根據(jù)實際的建筑工程需求，選擇相應(yīng)的剪力墻結(jié)構(gòu)類型。

3? 選擇科學(xué)的設(shè)計方法

3.1? 選擇科學(xué)的設(shè)計方法

為了更好地保證建筑工程中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，在設(shè)計過程中，需要掌握幾個設(shè)計重點：設(shè)計人員要選擇科學(xué)的設(shè)計方法，從而更好地保證施工方案的合理性。在設(shè)計過程中，由于剪力墻的延展性較高，因此，要將剪力墻的形狀設(shè)計為寬細狀，而且剪力墻的高度不能小于墻體的寬度。為了更好地保證設(shè)計的準(zhǔn)確性，在設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)借助計算機技術(shù)進行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)計算，從而更好地保證剪力墻的安全性和穩(wěn)定性。

3.2? 選擇合理的布局結(jié)構(gòu)

要保證剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，在設(shè)計過程中，設(shè)計人員要選擇合理的布局結(jié)構(gòu)，并且盡量采用對稱結(jié)構(gòu)方式，以更好地提高剪力墻的抗震能力。要將剪力墻設(shè)計成對稱形式，設(shè)計人員需要使墻體的剛度中心和質(zhì)量中心重疊，而且進行結(jié)構(gòu)布置時，要減少對單項形式的采用，進而更好地提高墻體的抗震性能。

3.3? 合理處理剪力墻的延伸性

由于剪力墻具有一定的延伸性，進行建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要對延伸性進行合理的處理，一般情況下，設(shè)計人員首先要保證剪力墻具有較好的延伸性，以保證墻體的整體性能。其次，為了避免墻體結(jié)構(gòu)受到破壞，要保證墻體的承載力滿足相關(guān)規(guī)定，而且可以通過選用對稱或前后連貫的方式提高墻體的承載力，以更好地保證墻體設(shè)計的合理性。

4? 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

4.1? 明確墻肢長度

要想保障剪力墻結(jié)構(gòu)具備較強的穩(wěn)定性，設(shè)計單位需要明確墻肢長度。通過合理墻肢長度的明確，保障剪力墻的延展性。需要注意的是，設(shè)計單位需要對墻體的特殊部位采取相應(yīng)的特殊處理，以彎曲型墻體設(shè)計為例，設(shè)計單位可以通過彎曲型墻體設(shè)計，保障墻體的穩(wěn)定性，還可以通過連續(xù)墻肢的設(shè)計方式，保障墻體的寬高比始終處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4.2? 明確墻體受力狀況

從本質(zhì)角度而言，剪力墻屬于豎向構(gòu)件，會受到多個方向的應(yīng)力。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需要對墻體的受力狀況進行分析，主要分析剪力墻水平方向及垂直方向的剪力，明確剪力墻結(jié)構(gòu)的受力形式和承載的具體荷載，保障剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性。

4.3? 明確墻體厚度

剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體厚度在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中有明確的規(guī)定。以短肢剪力墻為例，其底部加強部位的厚度需要超過200mm，剩余部分的厚度需要超過180mm。與此同時，設(shè)計人員需要考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度變化，通過階段變化的方式進行剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體厚度設(shè)計。一般來說，剪力墻墻體厚度的變化范圍需要控制在50mm～100mm的范圍內(nèi)，以此保障剪力墻結(jié)構(gòu)墻體的均勻性。另外，如果施工過程中出現(xiàn)混凝土等級變化或者強度變化，設(shè)計人員需要錯開樓層開展剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，以此提升剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.4? 合理配置墻身鋼筋

墻身是剪力墻結(jié)構(gòu)的重要組成部分，更是承受荷載的關(guān)鍵。因此，在進行墻身鋼筋的配置時，設(shè)計人員需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行，首先明確剪力墻結(jié)構(gòu)在水平和垂直兩個方向上的承載力，使剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體結(jié)構(gòu)符合國家關(guān)于墻體抗震的要求;然后，計算出剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼筋配比，從而得出相應(yīng)的配筋率，以此進行墻身鋼筋的配置。需要注意的是，無論建筑剪力墻結(jié)構(gòu)采取幾級抗震設(shè)計（共有一級、二級和三級這三種），其鋼筋配比例都要控制在0.25%的范圍內(nèi)，而且保障墻身鋼筋間的距離，將其控制在8mm～300mm的范圍內(nèi)。

4.5? 合理設(shè)計邊緣構(gòu)件

邊緣構(gòu)件的設(shè)計水平會對剪力墻結(jié)構(gòu)的延展性產(chǎn)生直接的影響，需要受到設(shè)計人員的重視。一般來說，剪力墻結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件包括暗柱與端柱這兩種，設(shè)計人員需要通過邊緣構(gòu)件的合理配筋，保障剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及抗震性。與此同時，在進行邊緣構(gòu)件設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要合理調(diào)整超限，避免剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移超限問題。具體而言，設(shè)計人員需要按照樓層間剪力墻數(shù)最小的要求，明確剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性要求，確保其地震傾覆力矩控制在40%以內(nèi);并合理設(shè)置樓層最大位移和層高的比例，保障剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，避免墻體出現(xiàn)結(jié)構(gòu)突變。

5? 結(jié)語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)具備顯著優(yōu)勢，設(shè)計人員需要保障其結(jié)構(gòu)的合理性。通過本文的分析可知，設(shè)計人員需要明確剪力墻結(jié)構(gòu)的墻肢長度、墻體受力狀況及墻體厚度，合理配置墻身配筋、合理設(shè)計邊緣構(gòu)件，做好連梁設(shè)計，并應(yīng)用先進的軟件對剪力墻結(jié)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，保障剪力墻結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，為剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計提供準(zhǔn)確參考依據(jù)。

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