剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響分析

李浩

摘 ? ?要：在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)保證建筑物穩(wěn)定性的重要項(xiàng)目，也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。本文對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開論述，以期為現(xiàn)代建筑業(yè)中更好地應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)提供有效借鑒。

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

1 ?剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分類及特點(diǎn)概述

為了滿足建筑使用者的多元化需求，在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，整個(gè)墻體往往會(huì)開有一定數(shù)量的門窗洞口，相關(guān)的理論分析和實(shí)踐均證明，剪力墻上的洞口開設(shè)情況對(duì)于整個(gè)剪力墻的受力分析和荷載變形情況均有重要的影響。故基于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中墻上洞口的大小和數(shù)量，以及墻體和開口之間的排列方式，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，整個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)一般被劃分為以下四種，不同類型的剪力墻也因其截面應(yīng)力分布的不同被用于不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的建筑類型。

1.1 ?整體剪力墻

沒有洞口或者是整個(gè)門窗洞口的總面積之和小于剪力墻側(cè)面積15%的墻體，被稱之為整體剪力墻，這類剪力墻的受力特點(diǎn)類似于整體的懸臂墻，相當(dāng)于下端被固定但上端自由的豎向懸臂構(gòu)件，整個(gè)截面的正應(yīng)力在建筑水平荷載的作用下多呈現(xiàn)出直線分布的態(tài)勢(shì)，彎矩圖在整個(gè)墻肢的高度上一般不會(huì)產(chǎn)生彎點(diǎn)，突變情況更是較少產(chǎn)生。

1.2 ?整體小開口剪力墻

整體小開口剪力墻，是基于整體剪力墻的概念所出現(xiàn)的，這類剪力墻往往雖然具有較小的開口，但總體上看來(lái)，整個(gè)門窗洞口的總面積之和往往大于剪力墻側(cè)面積15%。因此，在變形及受力曲線圖上，這類剪力墻往往變?yōu)閺澢?，整個(gè)正應(yīng)力分布在建筑水平荷載的作用下近似呈直線分布，可認(rèn)為是局部彎曲應(yīng)力和整體墻彎曲應(yīng)力的部分疊加，此外，雖然這類剪力墻的彎矩圖，一般不會(huì)在整個(gè)墻肢的高度基礎(chǔ)上出現(xiàn)彎曲點(diǎn)，但由于開口面積較大，故彎矩圖的幾點(diǎn)主要位置上可能產(chǎn)生突變。

1.3 ?雙肢及多肢剪力墻

雙肢及多肢剪力墻，指的是整個(gè)墻面開有一列或是多個(gè)成列分布的洞口的剪力墻，雖然這類墻體所開洞口的尺寸較大，由于其受力情況與整體小開口剪力墻類似，故相關(guān)的概念及彎矩圖也不存在較大差異。但從連梁對(duì)墻肢的約束作用來(lái)看，由于整個(gè)墻體的整體結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)檫^(guò)多開設(shè)的洞口而產(chǎn)生破壞，故墻肢局部會(huì)出現(xiàn)較大的彎曲現(xiàn)象，如果洞口開設(shè)過(guò)多，很有可能正應(yīng)力分布的曲線圖完全偏離直線分布。

1.4 ?壁式框架剪力墻

壁式框架多用于高層建筑中，其開設(shè)的洞口數(shù)量較多且尺寸較大，整個(gè)墻肢寬度相對(duì)于洞口而言顯得較小，就線剛度而言，墻肢和連梁的差異性并不大。顧名思義，這類剪力墻的受力分析與框架結(jié)構(gòu)極其相似，在正應(yīng)力分布中，墻肢截面往往會(huì)出現(xiàn)局部彎矩，在很多樓層的內(nèi)墻肢中也會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

2 ?剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

剪力墻既是建筑分隔墻的一部分，又是結(jié)構(gòu)墻體的一部分，因此對(duì)剪力墻的布置必須同時(shí)滿足建筑方案的設(shè)計(jì)要求起到分隔空間的作用，又要滿足適合結(jié)構(gòu)布置的合理位置與結(jié)構(gòu)布置的要求。為了更好的使剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑中發(fā)揮受力性能，最大化利用剪力墻的剛度和抗震性能，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中和實(shí)踐項(xiàng)目的總結(jié)中，提出以下幾點(diǎn)原則。

2.1 ?剪力墻位置選取原則

剪力墻的位置選取，要遵循對(duì)稱、均勻、分散的原則沿著建筑縱向及橫向布置，還應(yīng)布置在房屋的端部以及形狀變化多的地方; 剪力墻在平面布置中盡可能對(duì)稱，若無(wú)法滿足，則盡量讓質(zhì)量中心與剛度中心接近; 剪力墻上設(shè)置洞口時(shí)，其位置應(yīng)盡量位于截面的中部，避免位于柱子處和墻端。

2.2 ?剪力墻間距和厚度確定原則

剪力墻的間距和厚度布置原則： 剪力墻的最大間距應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，在確保屋蓋側(cè)向剛度的情況下，使水平荷載作用下樓蓋平面內(nèi)的彎矩變形得以避免; 剪力墻的厚度取值原則包括通過(guò)周期比、位移比和最大層間位移等各項(xiàng)指標(biāo)確定剪力墻厚度原則;不同抗震等級(jí)下的軸壓比控制混凝土厚度原則;滿足穩(wěn)定性和構(gòu)造性要求的原則;剪力墻厚度選取還應(yīng)滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。

2.3 ?剪力墻的墻肢長(zhǎng)度確定原則

剪力墻的墻肢長(zhǎng)度應(yīng)按具體項(xiàng)目而定，但大多不宜超過(guò)8m，避免配筋拉斷的可能性，且也不宜過(guò)短。剪力墻墻肢長(zhǎng)度的確定一般是厚度的8倍多一點(diǎn)，且剪力墻整體長(zhǎng)度應(yīng)在4m以內(nèi)。當(dāng)需要將墻體設(shè)計(jì)為較長(zhǎng)的長(zhǎng)度時(shí)，可以通過(guò)在墻體上開洞的方法將墻體的高寬比值控制在2以上，且確保開洞均勻、尺寸不宜過(guò)大，采用弱連梁，避免剪力墻的剪切破壞。

2.4 ?剪力墻的數(shù)量設(shè)置原則

剪力墻數(shù)量的設(shè)置需要適度，并不是數(shù)量越多，性能越好，反而有時(shí)布置的數(shù)量的增多會(huì)使結(jié)構(gòu)自身所承受的地震力加大，消耗建筑材料等。因此剪力墻的數(shù)量布置原則是在滿足建筑側(cè)向變形的限值情況下，盡量少的布置剪力墻，以此減輕結(jié)構(gòu)自身的重量，避免剪力墻數(shù)量過(guò)多反而承載力不好的現(xiàn)象。

3 ?剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有很重要的意義。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)采取一系列有效措施來(lái)保證建筑結(jié)構(gòu)的受力平衡。因剪力墻結(jié)構(gòu)本身就具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)使設(shè)計(jì)更具經(jīng)濟(jì)，為了進(jìn)一步提高剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮建筑工程的安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性，這些因素的結(jié)合使剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中得到更好的使用效果。

由于剪力墻結(jié)構(gòu)在保證建筑物整體結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性上的重要作用，建筑設(shè)計(jì)單位應(yīng)提高對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)問(wèn)題方面的重視程度，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不斷提高剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，優(yōu)化剪力墻設(shè)計(jì)方案，使之達(dá)到最佳效果。在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，相關(guān)人員應(yīng)首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境和條件進(jìn)行勘察和分析，并以實(shí)際施工情況為依據(jù)，制定科學(xué)合理的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在剪力墻結(jié)構(gòu)實(shí)施過(guò)程中，建筑單位需對(duì)剪力墻的施工進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)理和把控，建立健全施工管理體制，使現(xiàn)場(chǎng)一切施工作業(yè)按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，嚴(yán)格保證剪力墻的施工質(zhì)量。

4 ?建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

4.1 ?剪力墻連梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

隨著人們對(duì)建筑要求越來(lái)越高，剪力墻連梁設(shè)計(jì)也由于其能夠保證結(jié)構(gòu)的剛度和減小建筑側(cè)移的優(yōu)點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中彰顯出重要價(jià)值。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，連梁的設(shè)計(jì)常受多因素制約，一方面，梁的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度需要考慮相連的剪力墻的墻肢剛度，如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中，連梁跨高比過(guò)小，其往往會(huì)在反復(fù)荷載作用下產(chǎn)生斜裂縫，進(jìn)而發(fā)生剪切破壞。因此，相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需要對(duì)剪力墻連梁?jiǎn)栴}進(jìn)行詳細(xì)處理，可考慮采用跨高比偏大的連梁，使其不過(guò)早地發(fā)生剪切破壞，保障連梁的可延性。

4.2 ?墻肢平面外彎矩的優(yōu)化措施

當(dāng)剪力墻平面內(nèi)剛度及承載力相較于平面外剛度及承載力極大時(shí)，整個(gè)剪力墻方向的梁連接處可能會(huì)因?yàn)閯偠韧蛔冊(cè)斐蓧χ矫嫱鈴澗?，這也是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中較常出現(xiàn)的問(wèn)題，故對(duì)于此，建筑設(shè)計(jì)人員可在沿梁軸線的方向設(shè)置一定長(zhǎng)度的剪力墻與梁相連，或是在整個(gè)梁與墻的連接處設(shè)置一定數(shù)量的扶壁柱和暗柱等相關(guān)設(shè)施，從而對(duì)墻肢平面外彎矩這一現(xiàn)象加以優(yōu)化。

5 ?結(jié)語(yǔ)

剪力墻結(jié)構(gòu)是時(shí)代建筑物崛起的關(guān)鍵技術(shù)，擁有關(guān)鍵性技術(shù)可以促進(jìn)建筑業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而加快和諧社會(huì)的發(fā)展步伐應(yīng)用過(guò)程中必須保證剪力端結(jié)構(gòu)的可行性、持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性與藝術(shù)性，保持剪力墻在建筑中的有利地位。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 胡景云.論剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建材世界，2011（2）.