關(guān)于建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用的探討

姜超

摘要：目前建筑剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于多層和高層鋼筋混凝土建筑中，并且建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，施工單位會(huì)采用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受豎向和水平方向的各類荷載，從而有效控制建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平力?；诖耍疚年U述了建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及其注意事項(xiàng)，對(duì)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；原則；注意事項(xiàng)；應(yīng)用

一、建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的分析

為了保障建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，其需要遵循以下原則，主要表現(xiàn)為：第一、可靠性原則?？煽啃允羌袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作；第二、安全性原則。剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)就是為了增強(qiáng)建筑的抗震性能，保證房屋及構(gòu)筑物的安全施工。并且剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證剪力墻結(jié)構(gòu)安全可靠度，也能夠使剪力墻結(jié)構(gòu)的功能得到最大化程度的發(fā)揮。第三、經(jīng)濟(jì)性原則。建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了節(jié)省工程成本，可以從技術(shù)手段以及原材料的使用等方面著手。例如，在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將原材料的含鋼量控制在一定的范圍之內(nèi)，力求達(dá)到在不損害建筑的安全性的前提之下充分發(fā)揮原材料的最大用途。

二、建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)分析

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)主要體現(xiàn)在：（1）調(diào)整樓層之間最大位移和樓層高之間比例的注意事項(xiàng)。在建筑工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要集中在對(duì)樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形的處理上。建筑物的剪切變形處理是用豎向構(gòu)件的數(shù)量進(jìn)行控制的。因此，一旦豎向構(gòu)件的數(shù)量過(guò)多，剪力墻的剪重比例勢(shì)必變得偏大。這種不合理的建筑工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將直接導(dǎo)致建筑樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形，且變形的程度較大。因此建筑物樓層之間的位移不能僅僅依靠豎向構(gòu)件的剛度進(jìn)行調(diào)整，還應(yīng)該盡可能地減少樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形，這就需要注意調(diào)整樓層之間最大位移和樓層高之間的比例。（2）調(diào)整剪力墻連梁超限的注意事項(xiàng)。剪力墻的跨高比小于2.5，可能會(huì)出現(xiàn)剪力和彎矩超過(guò)相應(yīng)的規(guī)定限度的現(xiàn)象。因此，建筑工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)該遵循建筑工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁跨高比大于2.5的原則。應(yīng)該注意的是，剪力墻的連梁跨高比也不是越大越好，例如：在保證剪力墻連梁剛度不發(fā)生變化的前提下，當(dāng)剪力墻的連梁跨高比在5～6之間的時(shí)候，剪力墻的剪力或者彎矩就會(huì)出現(xiàn)超出規(guī)定限值的現(xiàn)象，勢(shì)必導(dǎo)致建筑工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常。因此必須對(duì)剪力墻連梁的超限情況進(jìn)行調(diào)整。（3）調(diào)整樓層之間最小剪力系數(shù)的注意事項(xiàng)。首先，在施工的過(guò)程當(dāng)中，為了降低房屋及構(gòu)筑物的自身重量，進(jìn)一步增強(qiáng)建筑物的抗震能力，應(yīng)該在短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩40%以內(nèi)的前提之下，盡量控制剪力墻的數(shù)量。其次，在遵循上一前提的基礎(chǔ)之上，對(duì)剪力墻進(jìn)行大開間處理，使得建筑工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度變得更好。這樣，建筑樓層之間的最小剪力系數(shù)將得到有效的控制。

三、建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用的分析

1、某工程概況。某建筑工程地表無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)?？拐鹪O(shè)防烈度為七度，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，主體為筏板基礎(chǔ)，裙房為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)。主體為地上12層帶1層地下室，右邊裙房為地上1層帶1層地下室，前邊裙房為地上1層。

2、剪力墻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析。該工程上部12層帶1層地下室，根據(jù)勘察報(bào)告，取筏板厚為1000mm，經(jīng)細(xì)算后筏板可減至800mm，經(jīng)濟(jì)性明顯。因此，基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對(duì)于筏板厚度的取值，對(duì)小高層來(lái)說(shuō)一般筏板厚初選時(shí)可按樓層數(shù)計(jì)，即每層按50mm厚增加。如12層建筑則初選可取600mm厚試算，試算后根據(jù)筏板配筋情況調(diào)整筏板厚度。由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)采用設(shè)置后澆帶來(lái)解決底板超長(zhǎng)引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用非常重要，但也給施工帶來(lái)了不少麻煩，甚至由于處理不當(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長(zhǎng)寬均達(dá)百米以上，中間就設(shè)置幾條后澆帶。目前可采用添加劑以補(bǔ)償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮，或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內(nèi)可不設(shè)或少設(shè)后澆帶，并且對(duì)所設(shè)后澆帶采取必要的保護(hù)和加強(qiáng)措施。該工程長(zhǎng)50.75m，大于規(guī)范要求的45m，故應(yīng)用筏板基礎(chǔ)采后澆帶來(lái)解決結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的問(wèn)題。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用的分析。具體體現(xiàn)在：（1）合理布置剪力墻。剪力墻的布置必須均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免“一”字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)盡可能布置成長(zhǎng)墻；應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無(wú)法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱，當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時(shí)，應(yīng)計(jì)算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長(zhǎng)，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件時(shí)兩個(gè)方向均應(yīng)布置成長(zhǎng)墻；規(guī)范中對(duì)普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程主梁擱置在剪力墻上的，在相應(yīng)部位設(shè)置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。（2）嚴(yán)格剪力墻配筋及構(gòu)造的應(yīng)用。第一、剪力墻配筋。該工程剪力墻一層墻厚為250mm，其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。六層以下水平筋Φ10@200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@400拉筋；六層以上Φ8@200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@600拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋14@200為主要受力鋼筋，水平筋則構(gòu)造配置，該工程均取12@150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，簡(jiǎn)化計(jì)算后由豎向筋控制。為增大計(jì)算墻體的有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。第二、剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置。相關(guān)研究表明，鋼筋混凝土設(shè)置邊緣構(gòu)件后與不設(shè)邊緣構(gòu)件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩(wěn)定性，因此一般一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；其余剪力墻應(yīng)按《高規(guī)》設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。有工程技術(shù)人員對(duì)某具體工程計(jì)算結(jié)果中在墻肢軸壓比小于0.25情況下計(jì)算配筋僅為構(gòu)造配筋，而約束邊緣構(gòu)件配筋則高達(dá)40c㎡，造成設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋配置困難，施工難度更大，所以對(duì)剪力墻的配筋應(yīng)首先區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即普通剪力墻（長(zhǎng)墻）、短肢剪力墻、小墻肢和一個(gè)方向長(zhǎng)肢墻而另一方向?qū)俣讨珘?lái)區(qū)別對(duì)待。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代建筑主要的結(jié)構(gòu)形式，其憑借其良好的抗震及抗風(fēng)性能，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。因此為了保障剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，對(duì)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用進(jìn)行分析具有重要意義。

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（作者單位：大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司）