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

閆 帥

（山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030006）

現(xiàn)階段，我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重視結(jié)構(gòu)的抗震性能，為優(yōu)化結(jié)構(gòu)的抗震性，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?yàn)槿藗兇蛟彀踩孢m的生活環(huán)境，避免建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移和變形等問題。設(shè)計(jì)單位應(yīng)采取多種措施增大結(jié)構(gòu)的剛度，以此提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。而剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可充分滿足上述要求，故而受到了業(yè)內(nèi)的高度青睞。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對傳統(tǒng)框架式結(jié)構(gòu)的一種變革，其利用含有鋼筋的混凝土板替代原有的框架式結(jié)構(gòu)柱梁，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，保證建筑結(jié)構(gòu)受力的均勻性。剪力墻結(jié)構(gòu)是近幾年在建筑工程中被廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)方式有其特有的規(guī)則和要求，并不是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)置越多越好，需要結(jié)合建筑實(shí)際要求及結(jié)構(gòu)形態(tài)，合理規(guī)劃剪力墻數(shù)量，以維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少受力不均帶來的威脅。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

一是經(jīng)濟(jì)性。與傳統(tǒng)框架式梁柱結(jié)構(gòu)對比分析，表面上來看剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)置中會帶來較大的材料和成本消耗，不過從整體性分析，剪力墻結(jié)構(gòu)的安全性要明顯高于傳統(tǒng)的框架式結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土融合制成的，雖然鋼筋材料用量較少，但在與混凝土配合后，可有效增建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，減弱荷載對結(jié)構(gòu)的影響。另外，由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的增強(qiáng)，維修養(yǎng)護(hù)成本也會有所降低，減少資金支持，維護(hù)企業(yè)最終經(jīng)濟(jì)效益。

二是穩(wěn)定性。剪力墻結(jié)構(gòu)既然是利用鋼筋和混凝土材料融合制成的，其自身的穩(wěn)定性自然也會有所上升，這是傳統(tǒng)框架式結(jié)構(gòu)所無法達(dá)到的。再加上鋼筋與混凝土融合作用下，有效控制實(shí)際作業(yè)中出現(xiàn)的變形等病害問題，加錢建筑結(jié)構(gòu)的美觀性。

三是連續(xù)性。剪力墻在建筑工程中起到分隔空間的作用，不過這種空間分隔不是完全性的，結(jié)構(gòu)整體性與連接性得以保障，工作人員可通過豎向或水平方向?qū)ㄖY(jié)構(gòu)進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，以維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由此可以看出，剪力墻的設(shè)置具有連續(xù)性特征，只是單純的進(jìn)行空間分隔，不會對整體結(jié)構(gòu)帶來任何影響。

四是規(guī)則性。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可按照建筑內(nèi)部空間功能要求對其實(shí)行科學(xué)劃分，在保障建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)空間區(qū)域的科學(xué)處理。同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有簡單、規(guī)則的特征，便于工作人員對分隔后的空間區(qū)域予以及時(shí)維護(hù)，促進(jìn)后續(xù)工作的開展。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 平面規(guī)劃與定位

從平面規(guī)劃方面來看，為發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)性能，可沿著主軸線方向?qū)嵭薪Y(jié)構(gòu)的延伸布置，這樣可充分利用鋼筋混凝土的承載能力，降低豎向和水平方向的荷載壓力，維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，保證主軸線兩側(cè)結(jié)構(gòu)的對稱性，加強(qiáng)應(yīng)力分布的均衡性，從而減少扭曲變形等問題的產(chǎn)生。同時(shí)在平面規(guī)劃中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要考慮建筑抗震要求，優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震性能。

根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，在遇到矩形、T型或L型的平面布局時(shí)，剪力墻可直接沿著主軸方向向兩側(cè)延伸布置；在遇到正多邊形或圓形平面時(shí)，可以采取徑向或環(huán)向布置方式展開規(guī)劃。

從定位角度分析，建筑工程中對剪力墻結(jié)構(gòu)延展性設(shè)計(jì)提出了明確要求，設(shè)計(jì)人員要按具體要求合理規(guī)劃剪力墻結(jié)構(gòu)，注重建筑結(jié)構(gòu)的整體性。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會存在墻體過長的問題，這使得結(jié)構(gòu)彎曲系數(shù)變大，超過能承受范圍，出現(xiàn)脆性破壞問題。因此，在針對墻體長度要求較大的剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保其承載力符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，展開分層間隔式設(shè)計(jì)，將墻體均勻分割為細(xì)小、獨(dú)立的多個(gè)墻段實(shí)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，從而在整體上增大剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力。

3.2 剪力墻數(shù)量的科學(xué)控制

剪力墻結(jié)構(gòu)在提高建筑結(jié)構(gòu)承載力方面有著顯著優(yōu)勢，但在實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)劃中，不是數(shù)量越多，整體性能效果越好。剪力墻結(jié)構(gòu)需要根據(jù)建筑工程實(shí)際要求，展開科學(xué)布置，加強(qiáng)整體平衡性，達(dá)到節(jié)約成本，改進(jìn)建筑質(zhì)量的作用。剪力墻結(jié)構(gòu)是由鋼筋混凝土制成的，結(jié)構(gòu)密度有所上升，建筑的抗震性能得到增強(qiáng)，不過過多的剪力墻結(jié)構(gòu)會增加建筑結(jié)構(gòu)自身重量，隨著建筑層高的增加，建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也將逐漸減弱，對建筑安全性構(gòu)成威脅。所以在設(shè)計(jì)中，要對剪力墻數(shù)量予以科學(xué)管控。

3.3 轉(zhuǎn)向空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻承重結(jié)構(gòu)是由橫向和縱向承重板以交叉方式排布形成的，雖然穩(wěn)定性較強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)死板，對于轉(zhuǎn)折部位的承重效果有一定影響。為優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)性能，在設(shè)計(jì)中需要對轉(zhuǎn)向空間結(jié)構(gòu)實(shí)行深入研究。在轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可在主軸方向設(shè)置雙向結(jié)構(gòu)，注重雙向結(jié)構(gòu)承重的一致性，這樣可在內(nèi)部形成一個(gè)良好空間，通過優(yōu)化處理，加大結(jié)構(gòu)剛度和承載力。同時(shí)，剪力墻側(cè)向位置上可利用材料優(yōu)化的方式來降低剪力墻自身重量，擴(kuò)大內(nèi)部空間，保證各部位受力均勻。

3.4 截面設(shè)計(jì)

剪力墻截面設(shè)計(jì)的目的是提高結(jié)構(gòu)的延展性和剛性，從而減少結(jié)構(gòu)變形問題的產(chǎn)生。具體方式為：根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特征，合理規(guī)劃剪力墻結(jié)構(gòu)的長度，避免過長對墻肢受力性帶來影響。一般情況下，將細(xì)高剪力墻設(shè)計(jì)在高寬比大于3的剪力墻結(jié)構(gòu)中，組織脆性剪切，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。另外，墻肢長度要求控制在8米以內(nèi)，避免受彎后產(chǎn)生較大裂縫，甚至拉斷鋼筋。若部分剪力墻其墻肢較長，則可以在其中設(shè)置洞口來達(dá)到對墻段分割的目的，當(dāng)剪力墻作業(yè)完畢后再采取磚砌體來填充洞口。

3.5 連梁設(shè)計(jì)

連梁是剪力墻兩側(cè)與平面內(nèi)連接的那根梁，其作用是連接墻肢結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)內(nèi)力傳播的合理性。連梁結(jié)構(gòu)很容易受到水平荷載的影響而出現(xiàn)變形，所以在設(shè)計(jì)中，要對連梁彎矩實(shí)行合理規(guī)劃，根據(jù)實(shí)際情況做好保護(hù)措施，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)受力均衡性。

另外，在水平荷載作用下，墻肢間的內(nèi)力會增加，連梁作為重要連接通道，其自身的內(nèi)力也會隨著墻肢增加而增加，所以設(shè)計(jì)過程中，需對連梁的內(nèi)力變化予以科學(xué)管控，確保其在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以此減少彎曲變形問題的出現(xiàn)。對連梁展開設(shè)計(jì)，不僅能夠達(dá)到強(qiáng)剪弱彎，增強(qiáng)延性的目的，對于緩解剪力的破壞也有較大幫助。

3.6 大墻肢的處理

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用在建筑工程中，為確保其性能的發(fā)揮，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)施工方案和技術(shù)要求，對大墻肢結(jié)構(gòu)實(shí)施優(yōu)化處理，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案調(diào)整過程中，不僅要擴(kuò)大剪力墻的延展性能，還應(yīng)對剪力墻結(jié)構(gòu)高度和寬度予以調(diào)整，并按照規(guī)定將寬度和高度比控制在2以下，目的是規(guī)避剪切產(chǎn)生的破壞作用。

在利用彎曲樁對大墻肢實(shí)施處理時(shí)，需要注意的內(nèi)容有：剪力墻高度要與實(shí)際要求相符。如果高度超過8米，在規(guī)定位置內(nèi)應(yīng)增大空洞空間，開洞位置需結(jié)合剪力墻布置情況及建筑結(jié)構(gòu)要求實(shí)行科學(xué)設(shè)置，有效避免彎曲帶來的影響，減少裂縫的生成。在剪力墻建設(shè)完成后，利用混凝土將空洞空間封堵。

3.7 剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì)

剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是對構(gòu)件結(jié)構(gòu)實(shí)施合理規(guī)劃，這就要求設(shè)計(jì)人員詳細(xì)了解現(xiàn)場施工環(huán)境特征，掌握施工方法和技術(shù)，結(jié)合建筑工程要求，對邊緣構(gòu)件進(jìn)行不斷優(yōu)化和調(diào)整，使其滿足剪力墻設(shè)置要求，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。再者，在邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)中，要對不同構(gòu)件性能實(shí)行分析，發(fā)揮構(gòu)件在剪力墻結(jié)構(gòu)中的作用。而構(gòu)件性能的發(fā)揮，需要設(shè)計(jì)人員對箍筋、配筋特征值，墻肢長度，控制結(jié)構(gòu)尺寸等參數(shù)予以了解和掌握，以此為依據(jù)加強(qiáng)剪力墻邊緣構(gòu)件的合理性。此外，在縱向鋼筋配置中，如果約束構(gòu)件對相關(guān)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束力，則應(yīng)適當(dāng)降低剪力墻剛度，以維持邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)合理性。

4 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要從荷載、應(yīng)力分布、結(jié)構(gòu)數(shù)量、高度等多方面因素進(jìn)行綜合考量和分析，編制科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，改進(jìn)剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量，以此有效加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性，促進(jìn)工程順利完工。