剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

高新年

（山西省高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展研究院，山西太原 030002）

0 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，建筑技術(shù)水平也在不斷提高，建筑的形式和風(fēng)格更加多樣化，建筑物的受力、承重等情況會(huì)隨著建筑結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生改變，使建筑物中的構(gòu)件發(fā)生損壞的概率大大提高，進(jìn)而對(duì)整個(gè)建筑的安全產(chǎn)生影響。剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有效改善了高層結(jié)構(gòu)建筑物中的受力不均問(wèn)題，并提高了建筑的抗震、抗風(fēng)能力，為建造多元化、多樣性建筑提供了支持，因此，在行業(yè)內(nèi)受到了廣泛好評(píng)。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的概念和優(yōu)點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)是指用鋼筋混凝土剪力墻代替框架柱，使墻體具有承受豎向和水平荷載的能力，從而增強(qiáng)建筑物的抗風(fēng)和抗震能力。剪力墻結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)強(qiáng)度高、剛度大，表現(xiàn)出的優(yōu)秀的穩(wěn)定性，使建筑整體的穩(wěn)定性大大提升，因而被廣泛地應(yīng)用在高層建筑中。剪力墻結(jié)構(gòu)因經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，應(yīng)用效果好，符合大眾審美需求，在高層建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用越來(lái)越大。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

剪力墻在建筑物或構(gòu)筑物中扮演著重要的承載角色，并且能有效的分割和維護(hù)空間，因此，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)和平面雙重布置的要求。相比常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性能更加突出，但其結(jié)構(gòu)中也存在一定缺點(diǎn)。剪力墻的間距限制性較強(qiáng)，無(wú)法在空間較大的建筑設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮作用。剪力墻結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量高、靈活性差，多應(yīng)用在公寓、住宅等小空間建筑物中，并且在建筑中承擔(dān)著主要支撐受力的作用，不能對(duì)其進(jìn)行隨意改動(dòng)和拆除，限制居民的個(gè)性化空間需求。

1.3 結(jié)構(gòu)分類

1.3.1 壁式框架剪力墻

壁式框架剪力墻的墻肢剛度和連梁剛度接近于墻體結(jié)構(gòu)剛度，并且擁有較大的洞口尺寸，此種剪力墻彎矩會(huì)在樓層處存在突變，并且大多數(shù)樓層中有反彎點(diǎn)出現(xiàn)，變形曲線主要表現(xiàn)為剪切類型曲線[1]。

1.3.2 整截面剪力墻

顧名思義，會(huì)最大限度的保留剪力墻的完整度，不開洞口或洞口面積很小。該種剪力墻在受力時(shí)，截面上會(huì)以直線形態(tài)分布正應(yīng)力，極少情況下會(huì)有反彎點(diǎn)出現(xiàn)在墻肢的彎矩中，變形曲線主要表現(xiàn)為彎曲型[2]。

1.3.3 整體小開口剪力墻

該種剪力墻會(huì)沿豎向設(shè)置洞口，洞口面積雖大于正截面剪力墻洞口面積，但仍是小面積開洞墻體的一種，整體懸臂對(duì)受力性能的影響較大。墻肢本身彎矩較小，有突變可能，但沒有反彎點(diǎn)，正應(yīng)力也是以直線形態(tài)分布在截面上，變形曲線表現(xiàn)為彎曲型[3]。

1.3.4 連肢剪力墻

這種剪力墻在豎直方向上設(shè)有洞口，開洞面積大，并且墻肢的剛度大于連梁的剛度。如果墻體上有多列洞口，則為多肢剪力墻。如果洞口數(shù)量少且面積大，則為雙肢剪力墻。連肢剪力墻中的連梁會(huì)在一定程度上約束墻肢，墻肢的彎矩會(huì)發(fā)生突變，并有一個(gè)反彎點(diǎn)，墻肢局部會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩，截面中的正應(yīng)力分布形式非直線形態(tài)，變形曲線主要為彎曲類型。

2 剪力墻設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)原則

為確保剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足以下三點(diǎn)原則：

（1）明確剪力墻結(jié)構(gòu)的重要性。剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中起到圍護(hù)、分割結(jié)構(gòu)的作用，豎向上承受荷載作用，水平上對(duì)抗側(cè)移，對(duì)整個(gè)建筑來(lái)說(shuō)，是主要的承重構(gòu)件，剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量會(huì)直接影響建筑的整體質(zhì)量。在實(shí)際建造過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可按需求適當(dāng)增加剪力墻的高度或厚度，或提高混凝土強(qiáng)度加強(qiáng)其抗側(cè)能力。為保障剪力墻能充分發(fā)揮其功能作用，應(yīng)保證剪力墻的設(shè)計(jì)自上而下連續(xù)、延伸、不中斷，讓上下層剪力墻構(gòu)成一個(gè)整體，既能加強(qiáng)剪力墻的承重能力，又能有效規(guī)避其因剛度變化出現(xiàn)側(cè)移，使墻體的穩(wěn)定性和抗震性得到保障。

（2）應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。由于剪力墻多被用作高層建筑的承重結(jié)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其承重受力情況。應(yīng)預(yù)先對(duì)墻體受力進(jìn)行分析和試驗(yàn)，全面了解剪力墻在投入使用后，可能受到的豎向壓力、剪力和彎曲力等，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)要求，優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量，保障高層建筑質(zhì)量。

（3）保證剪力墻結(jié)構(gòu)擁有良好的墻體延性。在實(shí)際建造中，若剪力墻的高度和厚度不達(dá)標(biāo)，會(huì)使墻體在連梁應(yīng)力的作用下產(chǎn)生變形，可能出現(xiàn)拉伸或彎曲現(xiàn)象，甚至?xí)绊懻麄€(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)的功能，所以，剪力墻機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須充分考慮墻體延性，嚴(yán)格把控墻體的高度和厚度，盡量規(guī)避彎曲或變形等現(xiàn)象[4]。

2.2 設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.2.1 明確剪力墻位置

由于剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑物中起著關(guān)鍵性作用，因此在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)首先明確剪力墻在建筑整體中的位置，最終方案應(yīng)滿足整體的建筑要求，充分考慮各種自然災(zāi)害可能給建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響，使剪力墻既能發(fā)揮承重作用，又能給住戶一定的調(diào)整空間。

2.2.2 科學(xué)處理大墻肢

上文中提出剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)保持良好的墻體延性，但墻肢不應(yīng)超過(guò)8m，規(guī)避因墻肢脆性影響變形。在實(shí)際工程中采用過(guò)長(zhǎng)的墻肢，可能使墻體出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，影響建筑的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員可對(duì)大墻肢進(jìn)行科學(xué)地處理和調(diào)整，將其分割成均勻的小墻肢，通過(guò)墻肢拼接提升整體承載力，或通過(guò)精確的計(jì)算，在建立墻體上開鑿延展性孔洞，完成整體施工后再對(duì)孔洞進(jìn)行填補(bǔ)[5]。

2.2.3 合理配置墻體鋼筋

作為重要的承重結(jié)構(gòu)，必須保證剪力墻墻體的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮墻體內(nèi)鋼筋的配置方式，提升剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，盡量減少外力對(duì)墻體完整性的破壞，保證墻體具有高強(qiáng)度抗震性能。墻體內(nèi)鋼筋的配置率會(huì)影響成本，為了在保證性能的前提下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，設(shè)計(jì)人員可以在墻體內(nèi)部設(shè)置縱向鋼筋，墻體外部設(shè)置橫向鋼筋，使剪力墻的強(qiáng)度符合建筑要求，又能減少配筋數(shù)量，節(jié)省施工成本[6]。

2.2.4 連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連梁是銜接剪力墻墻體和房梁的重要構(gòu)件，在設(shè)計(jì)連梁時(shí)，應(yīng)充分考慮連梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、密封性、跨高、截面尺寸、剛度等數(shù)據(jù)，精確計(jì)算各處受力數(shù)據(jù)，對(duì)連梁的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)核驗(yàn)，最大限度降低因連梁設(shè)計(jì)不合理對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響。若需折減剛度，折減值應(yīng)在0.5～1.0 之間，通過(guò)合理地控制折減范圍提升連梁的承載力。

確定折減值的剛度后，請(qǐng)檢查建筑物斜截面的受剪承載力和正截面受彎承載力，如果檢查結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)，可以調(diào)整連梁的高度和整體高度，以確保承載力符合標(biāo)準(zhǔn)和整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性[7]。

3 設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意的要點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性對(duì)保證建筑的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義，以下簡(jiǎn)單整理了三點(diǎn)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的要點(diǎn)，其他優(yōu)化策略還需設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。

（1）由于建筑的結(jié)構(gòu)和風(fēng)格越來(lái)越多變，建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)也會(huì)有形式、建設(shè)上的差別，剪力墻結(jié)構(gòu)承受的水平和豎向的荷載壓力、荷載分布、整體剛度也會(huì)千差萬(wàn)別。為了使剪力墻能均勻分散所受荷載，應(yīng)按相關(guān)建筑規(guī)定科學(xué)設(shè)置剪力墻厚度，墻肢截面高度值為厚度值的8 倍以上。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的外形也會(huì)在一定程度上影響的穩(wěn)定性，目前常見的剪力墻結(jié)構(gòu)外形多為T 型或L 型，這兩種結(jié)構(gòu)能有效降低自身重量，減少自身體積，提升側(cè)向剛度，并且能大幅節(jié)約成本。

（3）剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和各種構(gòu)件的質(zhì)量息息相關(guān)，除對(duì)連梁、內(nèi)筋、墻肢的質(zhì)量進(jìn)行控制外，還應(yīng)控制暗柱、翼墻和端柱等邊緣構(gòu)件的品質(zhì)，根據(jù)實(shí)際建筑要求，合理增加邊緣構(gòu)件的截面尺寸，保障剪力墻結(jié)構(gòu)的整體剛度，規(guī)避層間位移現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于人們對(duì)建筑形式、風(fēng)格和結(jié)構(gòu)的要求不斷提高，使從業(yè)人員的建筑水平不斷接受考驗(yàn)，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層或多層建筑結(jié)構(gòu)中扮演著重要的承重、抗震、抗風(fēng)角色，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分地了解剪力墻的受力特點(diǎn)和受損機(jī)理等數(shù)據(jù)，合理地設(shè)計(jì)剪力墻布置形式，保證剪力墻結(jié)構(gòu)的功能能在建筑結(jié)構(gòu)中得到充分地發(fā)揮。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷為自身充電，更新自身知識(shí)儲(chǔ)備，提高自身設(shè)計(jì)水平，更加全面的考慮問(wèn)題，彌補(bǔ)剪力墻結(jié)構(gòu)的缺陷，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)不斷發(fā)展和進(jìn)步。