建筑工程設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

郭偉剛

摘要：新的發(fā)展環(huán)境下，建筑工程項(xiàng)目呈現(xiàn)出高層化、集成化和大體量化的特點(diǎn)，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和安全性提出了更加嚴(yán)格的要求。剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用能夠在保證建筑主體穩(wěn)定、牢固的同時(shí)，延長(zhǎng)建筑的使用壽命。剪力墻結(jié)構(gòu)的形式眾多，適用于不同的地質(zhì)環(huán)境以及項(xiàng)目類型，設(shè)計(jì)人員在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要充分考慮各方面的影響因素，將剪力墻的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。鑒于此，本文主要分析探討了建筑工程設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以供參閱。

關(guān)鍵詞：建筑工程;剪力墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

隨著土地資源的緊缺以及城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，建筑逐漸向空間方向發(fā)展，近年來市場(chǎng)上出現(xiàn)越來越多的剪力墻結(jié)構(gòu)的高層住宅，高層住宅的安全性及可靠性就顯得尤為重要。一旦遭受地震作用或者外部撞擊時(shí)，高層住宅會(huì)發(fā)生劇烈晃動(dòng)，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)局部塌陷，這就要求設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，滿足規(guī)范要求的各項(xiàng)指標(biāo)。

1剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

（1）設(shè)置剪力墻有其經(jīng)濟(jì)性：與傳統(tǒng)的框架梁柱相比，剪力墻的材料和造價(jià)似乎更高。事實(shí)上，從其安全性來看，設(shè)置剪力墻更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榧袅κ菍⒒炷梁弯摻罨旌显谝黄?，不需要填充太多的鋼材，另外，也不需要用鋼筋材料向建筑結(jié)構(gòu)中灌注混凝土來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性該建筑不僅節(jié)省了時(shí)間和成本，而且符合企業(yè)發(fā)展的初衷，有利于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益;（2）剪力墻設(shè)計(jì)具有穩(wěn)定性：從考慮建筑物的穩(wěn)定性出發(fā)，剪力墻是使用的鋼筋混凝土，其比傳統(tǒng)的框架式的梁柱更加穩(wěn)定，就外觀上而言，剪力墻的整體外觀感受較傳統(tǒng)的框架式梁柱更好，并且剪力墻用鋼筋混凝土，其支撐效果也更好;（3）剪力墻的設(shè)計(jì)具有連續(xù)性：剪力墻在設(shè)計(jì)的過程中會(huì)進(jìn)行不同區(qū)域的劃分，主要的目的就是分隔構(gòu)件，并且從豎直方向和水平方向?qū)Ω鱾€(gè)劃分的區(qū)域進(jìn)行維護(hù)，這樣就是的剪力墻在整個(gè)建筑工程當(dāng)中既保持了建筑物的穩(wěn)定性的同時(shí)又建筑物具有一定的連續(xù)性，這樣建筑物之間即使其格局是分開，但其又是連續(xù)的，構(gòu)成一個(gè)整體。

2建筑工程設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1選擇科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法

剪力墻結(jié)構(gòu)由于處于受彎工作狀體，具有較高的延展性，設(shè)計(jì)人員在選擇設(shè)計(jì)方法時(shí)，應(yīng)先將剪力墻形狀確定為寬細(xì)狀，還需要注意剪力墻的長(zhǎng)度，以防止出現(xiàn)低寬剪力墻，不利于建筑工程的安全、質(zhì)量，滿足不了建筑工程的抗震需求。同時(shí)，剪力墻的數(shù)量不是越多越好，數(shù)量過多會(huì)增加建筑負(fù)重，極易導(dǎo)致樓層出現(xiàn)位移或者扭轉(zhuǎn)變形，要根據(jù)建筑的抗震要求對(duì)剪力墻數(shù)量進(jìn)行控制。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、進(jìn)步，還可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行精確計(jì)算，并參照以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，更好的提升剪力墻結(jié)構(gòu)的適用性。

2.2對(duì)大墻肢的處理

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻的結(jié)構(gòu)必須有延性，當(dāng)其高寬比>3時(shí)，就會(huì)變成延性高、易彎曲的剪力墻，能有效降低脆性剪切破壞。而當(dāng)剪力墻的長(zhǎng)度過大時(shí)，為使各墻段的寬高比均>3，可在長(zhǎng)墻上開洞分割成均勻合理的獨(dú)立墻段，降低受彎裂縫出現(xiàn)的可能，并增強(qiáng)墻體配筋的支撐性能。一旦出現(xiàn)>8m的大墻肢時(shí)，在樓層建立整體計(jì)算中，多把主要承載力算到大墻肢上，這樣一旦發(fā)生地震等震動(dòng)，首先遭破壞的就是大墻肢，而小墻肢因配筋不足也會(huì)受到損害，進(jìn)而造成整個(gè)墻面的破壞。為解決這一問題，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)墻肢長(zhǎng)度>8m時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取措施，方法有二，一是開施工洞，即施工中在剪力墻上開動(dòng)，施工完成后再把洞填好，以將大墻肢分解為小墻肢來降低破壞;二是開計(jì)算洞，即在結(jié)構(gòu)計(jì)算中設(shè)置計(jì)算洞，施工中仍設(shè)置混凝土墻，以提升小墻肢的配筋性能。

2.3墻體厚度設(shè)計(jì)

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要對(duì)其厚度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)在使用期間具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性和安全性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)參照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，做好建筑結(jié)構(gòu)的受力分析，確定最佳墻體厚度。一方面，如果剪力墻需要設(shè)置開洞，需要確保墻體厚度不小于邊緣構(gòu)件的寬度，以保證構(gòu)件在澆筑后與剪力墻形成整體，提高結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度。邊緣構(gòu)件的作用是提高剪力墻的水平剛度，減小墻體的位移。另一方面，在我國(guó)相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)建筑剪力墻的最小厚度進(jìn)行了明確，如短肢剪力墻的最小厚度為18cm，受力狀態(tài)下墻體的變形和位移不能超過10cm等。剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案必須滿足這些基本要求。

2.4平面布置的設(shè)計(jì)

①在建筑專業(yè)提供建筑平面布置圖之后結(jié)構(gòu)人員先對(duì)建筑平布布置圖做概念設(shè)計(jì)，從整體把握剪力墻結(jié)構(gòu)布置的方向及類型，如布置矩形（如電梯間位置處）、T形（如分戶墻位置處）、L形（如墻體轉(zhuǎn)角處）剪力墻墻肢，確保建筑平面三個(gè)方向上均有剪力墻結(jié)構(gòu)以提升剪力墻結(jié)構(gòu)受力均勻、抗扭能力強(qiáng);②如果在特殊位置處布置了三角形或Y形剪力墻結(jié)構(gòu)，也應(yīng)沿著建筑平面三個(gè)方向布置剪力墻;③如果建筑平面墻體呈現(xiàn)正多邊形或圓弧形墻體布置情況，應(yīng)沿著正多邊形或圓弧形的徑向或環(huán)向方向布置剪力墻，以確保在X軸方向和Y軸方向上剪力墻墻體的抗側(cè)力剛度均勻;④據(jù)《抗規(guī)》具體條文表明剪力墻布置長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，可選擇在剪力墻墻體上布置連梁或框架梁的方式控制剪力墻的長(zhǎng)度，這也在一定程度上有效控制了不同方向上剪力墻墻肢剛度過大的情況。

2.5配筋設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)配筋時(shí)需要依照剪力墻厚度來科學(xué)設(shè)計(jì)，在14厘米墻厚度時(shí)，配筋應(yīng)當(dāng)設(shè)置成雙排，如果是40厘米到70厘米厚度時(shí)，配筋應(yīng)當(dāng)設(shè)置成三排;超過70厘米的墻厚度時(shí)，配筋應(yīng)當(dāng)設(shè)置成四排，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)合理布置受力主筋，成排布置。在非抗震設(shè)計(jì)以及（1-4級(jí)）抗震設(shè)計(jì)過程中，配筋在水平及豎向剪力墻上的分布需要在0.20%以上，同時(shí)利用八毫米以上的鋼筋，間距控制在30厘米以下。針對(duì)一些框支剪力墻結(jié)構(gòu)，為達(dá)到抗震要求，配筋率在加強(qiáng)部位需要控制在0.3%以上，采用大于八毫米的鋼筋，按照20厘米的間距進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果屬于非抗震設(shè)計(jì)，需要控制在0.25%的配筋率。如果是電梯間、房頂以及樓梯間剪力墻應(yīng)當(dāng)依照0.25%以上設(shè)置配筋率，并按照20厘米設(shè)置鋼筋間距。

2.6墻體連梁設(shè)計(jì)

在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中，因?yàn)樗胶奢d的影響，墻肢會(huì)發(fā)生一定的變形，在連梁中產(chǎn)生內(nèi)力，此時(shí)，連梁端部?jī)?nèi)力會(huì)影響連接墻體的變形及內(nèi)力，對(duì)墻肢變形問題進(jìn)行有效約束。從這個(gè)角度分析，連梁對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)非常重要。在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)做好連梁?jiǎn)栴}的處理。以剪力墻連梁設(shè)計(jì)中常見的連梁超筋問題為例，主要是因?yàn)榧袅蜏p壓比無(wú)法很好地滿足相關(guān)要求，在墻段相對(duì)較長(zhǎng)的情況下，連梁中間段容易出現(xiàn)超筋問題。對(duì)于連梁超筋問題的處理，可以從實(shí)際情況出發(fā)，適當(dāng)削減連梁界面的高度，若連梁破壞不會(huì)對(duì)垂直方向的荷載產(chǎn)生巨大影響，可以就獨(dú)立墻肢在遭遇地震時(shí)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行分析，依照多次計(jì)算得到的最大應(yīng)力對(duì)墻肢配筋進(jìn)行計(jì)算，以避免出現(xiàn)連梁超筋的問題。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)工程在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用已經(jīng)取得很大成效，因此在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要遵循設(shè)計(jì)的基本原則，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，達(dá)到每項(xiàng)設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，確保剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性、經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而減少施工項(xiàng)目施工成本，使剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用發(fā)揮出最大效果，為使用者增添便利性與舒適性。

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