淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)力強化思路

廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院建筑設(shè)計分公司 廣東 中山 528400

引言

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的磚砌混凝土結(jié)構(gòu)，框架剪力結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有較好的抗震效果，建筑物的完整性和耐久性也更好。剪力墻的出現(xiàn)能夠使得建筑搭建更加貼近現(xiàn)代人的環(huán)保舒適的需求理念，在進(jìn)行建筑施工圖紙繪制時需要合理使用剪力墻結(jié)構(gòu)，使其增加建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本文將分析剪力墻在建筑施工之中的應(yīng)用效果，希望能為剪力墻的現(xiàn)實應(yīng)用帶來新的思路。

1 何為剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

首先，建筑剪力墻的建筑強度非常強，不允許像地下內(nèi)壁一樣進(jìn)行個人鉆孔，否則會破壞建筑物的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計并進(jìn)一步威脅其穩(wěn)定性。剪力墻是建筑結(jié)構(gòu)中的重要阻力因素。用梁、薄板、柱子和其他組件構(gòu)成建筑物的填充墻不是承重組件，而僅用于保持和分隔空間。其次，剪力墻的施工處理與一般墻的處理方法大不相同，剪力墻的內(nèi)側(cè)由混凝土增強筋組合而成，整體結(jié)構(gòu)堅固，補強量和墻體強度有所不同，那是個大問題。通常，低層建筑不需要添加剪力墻，因為它們在施加力時會更穩(wěn)定，而高層建筑（尤其是頂部）更容易受到風(fēng)和地震的影響，剪力墻是必不可少的結(jié)構(gòu)[1]。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)類型及應(yīng)用

（1）所使用的剪力墻的類型還取決于其承受的力。剪力墻結(jié)構(gòu)有四種主要類型。①整體式剪力墻：在這種剪力墻中，孔的數(shù)量很少或有時沒有孔。要創(chuàng)建開口，需要在墻壁的整個區(qū)域內(nèi)控制開口面積 1/6，還應(yīng)規(guī)定開口的長邊之間的距離，并應(yīng)注意減小剪力墻的反向彎曲效果。②框架架剪力墻的開口尺寸較大，導(dǎo)致結(jié)點面積大，并形成較大的剛性面積。③開口連續(xù)設(shè)置的匯合壁的剪力墻具有更高的穩(wěn)定性。④整個帶有小孔的剪力墻在垂直方向上都有孔，分布方面，孔在整個區(qū)域中所占的比例仍然很小[2]。

（2）剪力墻開口的形狀和大小不同，應(yīng)力特性也不同，墻肢截面上的正向應(yīng)力分布以及根據(jù)墻壁高的彎矩定律也不同。設(shè)計時，必須首先確定屬于哪種類型，然后使用相應(yīng)的計算方法來查找內(nèi)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)重心。

（3）剪力墻的完整性是區(qū)分剪力墻類型的重要標(biāo)志之一。各種類型的剪力墻的完整性可以通過剪力墻的完整性因子a來反映。a值實際上反映了連接梁和墻墩之間的剛度比，并反映了整個剪力墻的完整性。參數(shù)a可用作確定剪力墻類型的標(biāo)準(zhǔn)之一。但是，參數(shù)的大小反映了剪力墻的完整性，而不反映剪力墻各層之間是否存在反射點。

（4）墻肢是否顯示為反向彎曲點與墻肢的慣性矩之比，積分因子a、層數(shù)n和其他因素有關(guān)。剪力墻的不同類型分為：如果剪力墻連接梁的剛度和墻肢的寬度基本均勻，則積分因子a=10，該系數(shù)通過小的開放式積分墻計算得出。如果開口的面積與剪力墻高度的總面積之比為0.15或更小，且開口之間的凈距離和從開口到墻的凈距離大于開口的長邊，則通常可以將其視為整體剪力墻。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理

首先，結(jié)構(gòu)工程師必須根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)規(guī)范，闡明設(shè)計者的設(shè)計理念和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。為確保結(jié)構(gòu)設(shè)計和剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案更加合理科學(xué)，需要嚴(yán)格遵守國家有關(guān)部門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有必要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分考慮墻體受力情況，合理化剪力墻、梁、柱等結(jié)構(gòu)，使房屋的整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定安全。剪力墻的存在能夠使得整個結(jié)構(gòu)借由彎矩以及剪力的作用，獲得優(yōu)秀的延展性和承載力。整體結(jié)構(gòu)的縱向力和水平力比例適中對于保持整個剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有很大的作用。為了保證剪力墻能夠融入整體的建筑結(jié)構(gòu)需要合理安排結(jié)構(gòu)設(shè)計，做好建筑結(jié)構(gòu)模型搭建和相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)的比對分析。為了使得安裝剪力墻的建筑結(jié)構(gòu)維持合理的建筑抗震效果，并且能夠維持整個結(jié)構(gòu)的設(shè)計效果最佳，需要衡量計算剪切模量的數(shù)值。剪力墻的設(shè)計不能濫用，以免出現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力不一致，無法維持房屋建筑的穩(wěn)定[3]。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)力分析

按照整體計算剪力墻、開口剪力墻、雙肢剪力墻和組合剪力墻等四類剪力墻，都可以使用薄板模型進(jìn)行模擬，該模型沿厚度方向均勻分布載荷，并在薄板平面中進(jìn)行分析。這些區(qū)域可以細(xì)分為有限數(shù)量的幾何形狀。在有限元分析中，將劃分為三角形和四邊形（2D）的簡單形狀稱為元素，并且這些元素通過節(jié)點和公共邊連接。在研究問題的區(qū)域中，這些元素之間的連接稱為有限元網(wǎng)格。在其他文獻(xiàn)中，網(wǎng)格可以分為兩類：結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格由幾何上相似的三角形和矩形元素組成，并且特別適用于簡單的形狀和邊界問題。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以大大減少程序的執(zhí)行時間，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以用于邊界復(fù)雜的區(qū)域。這種網(wǎng)格通常易于適應(yīng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀。為了解決這個問題，可以使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格離散化具有內(nèi)部邊界的復(fù)雜區(qū)域。盡管非常耗時，但非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格仍然適用于局部網(wǎng)格細(xì)化。這項工作的目的是通過在幾何不連續(xù)處使用較小的元素，在其他區(qū)域使用較大的元素來獲得剪力墻框架幾何形狀的高質(zhì)量粗糙網(wǎng)格。

5 結(jié)束語

剪力墻技術(shù)近幾年逐漸穩(wěn)定成熟，被廣泛應(yīng)用于城市的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之中。剪力墻自身的優(yōu)勢效果明顯且同現(xiàn)實的建筑施工能夠完成完美的銜接。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計師必須將專業(yè)理論與各種剪力墻相結(jié)合進(jìn)行應(yīng)力強化。通過確保建筑質(zhì)量的穩(wěn)定性和安全性，在強靈活性的前提下進(jìn)行合理的設(shè)計，根據(jù)實際情況對設(shè)計進(jìn)行重復(fù)驗證以及降低建造成本，可以最大限度地發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的作用。在繼續(xù)開發(fā)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)的同時，提高了建筑的使用壽命和使用效率。