民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的運(yùn)用分析

劉志軒

廣州亞泰建筑設(shè)計(jì)院有限公司東莞分公司 廣東 東莞 523000

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的定義

1.1 剪力墻的定義

剪力墻結(jié)構(gòu)是一種用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受建筑物豎向和水平力的結(jié)構(gòu)類型，它用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中的梁柱構(gòu)件，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力。這種結(jié)構(gòu)在高層建筑中被大量運(yùn)用，通常情況下，建筑界按照墻體開洞的情況，將剪力墻分為獨(dú)立墻肢整截面剪力墻、雙肢剪力墻、多墻肢聯(lián)肢剪力墻和壁式框架剪力墻等類型。

圖1 基本框架剪力墻結(jié)構(gòu)

1.2 剪力墻的分類

根據(jù)建筑體的需求差異和實(shí)際地質(zhì)情況，可以將剪力墻的形式和結(jié)構(gòu)分為不同的類別。首先，對(duì)于一些支撐性要求一般的建筑體，可以設(shè)計(jì)一整面強(qiáng)體來(lái)實(shí)現(xiàn)抗剪力作用。在整體剪力墻中要求實(shí)現(xiàn)抗剪力可應(yīng)用的墻體達(dá)到85%以上。整體墻沿著豎直方向的建設(shè)要有對(duì)抗墻體變形和彎曲的效果，要求將外包線設(shè)計(jì)建設(shè)成拋物線的形式。其次， 一些在剪力墻上的孔洞開設(shè)達(dá)到50%以下時(shí)，要求將空洞建設(shè)為帶狀分布形式，并加強(qiáng)墻體的雙肢建設(shè)工作，能夠呈現(xiàn)出抗彎曲可抗扭曲兩種建設(shè)需求，對(duì)于維持建筑體的穩(wěn)定性更加有效。最后，還有一些整個(gè)抗剪力效果以四邊框的形式進(jìn)行呈現(xiàn)的，由于本身的不穩(wěn)定和易變性問(wèn)題，要求在設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)多引入一些連梁，保證實(shí)際建設(shè)需求。

1.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ：一是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在建筑設(shè)計(jì)中所花費(fèi)的成本比較低，可在維護(hù)剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量，強(qiáng)化建筑功能性的同時(shí)，減少設(shè)計(jì)成本和施工成本 ；二是剪力墻的剛度性較好，其在功能上較為完整，能夠承受各種負(fù)荷力，提高剪力墻的承載能力 ；三是剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，有利于重新組合建筑設(shè)計(jì)中的承重墻和分割墻體，有利于拓展建筑項(xiàng)目的內(nèi)部空間，使其外觀上更加美觀。當(dāng)然，剪力墻結(jié)構(gòu)也同樣有著其缺點(diǎn)，正是因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)的剛度比較好，這就使得其一旦遇到外力的影響，便會(huì)進(jìn)行抵抗，以致在力和力的作用下發(fā)生變形 ；二是剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架設(shè)計(jì)，會(huì)增加剪力墻的重量，同時(shí)也使得建筑整體重量提升 ；三是就目前而言，所應(yīng)用的剪力墻結(jié)構(gòu)，在承載功能方面還有待進(jìn)一步挖掘 ；四是雖然剪力墻施工的成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，可在一定程度上節(jié)省施工材料，但是同樣也會(huì)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的延續(xù)性產(chǎn)生影響[1-3]。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 最小剪力系數(shù)調(diào)整原則

在剪力墻設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，為盡量避免剪力墻自重因素對(duì)于建筑所帶來(lái)的負(fù)面影響，減少建筑結(jié)構(gòu)本身的總體重量，從而有效增強(qiáng)建筑抵抗地震等風(fēng)險(xiǎn)危害的性能，必須適當(dāng)?shù)販p少使用剪力墻的區(qū)域和部位。

2.2 連梁超限的調(diào)整原則

在剪力墻的設(shè)計(jì)和施工中，必須要充分考慮到剪力墻的跨高超限問(wèn)題，這一問(wèn)題在剪力墻設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的頻率非常高。因此，剪力墻的設(shè)計(jì)需要提前對(duì)連梁跨高進(jìn)行合理調(diào)整，明確一定的高度范圍，并且采取框架梁的方式進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)。在施工實(shí)踐中，如果剪力墻的跨高比例處于5至6的范圍內(nèi)，還需要給予額外的重視，確保剪力墻的連梁剛度保持平穩(wěn)，不出現(xiàn)波動(dòng)的情形，同時(shí)要將其承載力及彎矩控制在一定的范圍內(nèi)，避免剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題。

2.3 最大位移比例調(diào)整原則

建筑物的層高與層間的最大位移，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著十分重要的影響，特別是在地震比較頻繁、對(duì)于建筑物影響較為明顯的地區(qū)，以及針對(duì)高層建筑，其樓層的最大彈性層間位移值確定必須把剪力墻結(jié)構(gòu)的因素考慮在內(nèi)。對(duì)建筑物剪切彎曲的處置需要參照一定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的控制，然而如果豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量超出一定的范圍，控制工作就很難得到有效進(jìn)行，相應(yīng)地也會(huì)大幅增加剪力墻的剪重比例。如此一來(lái)，不僅剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)法達(dá)到規(guī)范的要求，而且樓層間的彎曲變形將會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，彎曲變形會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷增加，在長(zhǎng)期使用的情況下，樓層甚至可能發(fā)生位移的情況。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要嚴(yán)格的控制好樓層間的扭轉(zhuǎn)彎曲，把握好樓層之間的最大位移和樓層間距的比例，這也是提高建筑穩(wěn)定性的基本保障。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用

3.1 合理確定剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中的位置

剪力墻結(jié)構(gòu)位置的確定，主要需要考慮以下幾個(gè)方面的因素：

3.1.1 要從建筑整體結(jié)構(gòu)入手，充分全面地考慮剪力墻的結(jié)構(gòu)位置。剪力墻的優(yōu)缺點(diǎn)表明，其既具有十分重要的地位，同時(shí)又要堅(jiān)決杜絕濫用，必須將剪力墻的設(shè)計(jì)融入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體大局中，確保剪力墻的設(shè)置位置能夠符合整體建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用需要，才能最為合理地確定剪力墻的位置。

3.1.2 要充分考慮到建筑整體的平衡問(wèn)題，對(duì)于剪力墻的設(shè)計(jì)要盡可能地滿足結(jié)構(gòu)對(duì)稱的要求。剪力墻的對(duì)稱設(shè)計(jì)，不僅要求每一段剪力墻本身要盡量形成規(guī)則的構(gòu)造，更重要的是建筑物整體的各剪力墻之間，要形成相互對(duì)稱的格局，從而能夠更好地發(fā)揮剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，并且避免對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成失重或者失衡的不利影響。

3.1.3 要盡量簡(jiǎn)化剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，側(cè)重于發(fā)揮剪力墻的優(yōu)勢(shì)而不是劣勢(shì)。剪力墻對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是一種重要的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件，在具體工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡可能地簡(jiǎn)約化，而不能進(jìn)行過(guò)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠最大限度地發(fā)揮剪力墻的自身優(yōu)勢(shì)，而且可以有效避免各種不利因素的出現(xiàn)，更重要的是，可以避免因設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜而極大提高施工難度，導(dǎo)致建筑建造成本的較大上升[4-7]。

3.2 重點(diǎn)針對(duì)剪力墻的大墻肢進(jìn)行設(shè)計(jì)處理

通常情況下，可以采取以下形式對(duì)大墻肢進(jìn)行補(bǔ)充處理：

3.2.1 進(jìn)行墻肢設(shè)計(jì)調(diào)整，用短墻肢來(lái)代替部分的大墻肢。主要方式是在剪力墻設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，對(duì)相應(yīng)的施工洞進(jìn)行預(yù)留，待整體施工完成之后再進(jìn)行填充。一般來(lái)說(shuō)，剪力墻結(jié)構(gòu)的墻肢不宜超過(guò)8m，使剪力墻具有一定的延性，避免因?yàn)閴χ尸F(xiàn)脆性而造成剪切破壞。

3.2.2 適當(dāng)增加大墻肢的配筋量。大墻肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)之一在于受力不需要鋼筋的介入，從而有效節(jié)約成本，并降低施工難度和復(fù)雜程度，但其相應(yīng)地降低了建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。因此，大墻肢要適應(yīng)抗震的需要，可以采取有針對(duì)性的措施，在墻肢中適當(dāng)增加鋼筋的配比，從而增加剪力墻的整體強(qiáng)度和承載力，避免因配筋量偏少而產(chǎn)生墻體彎曲等問(wèn)題，綜合提升剪力墻的抗震能力，保障建筑物整體的穩(wěn)定性。

3.3 完善剪力墻連梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

連梁結(jié)構(gòu)是剪力墻結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，是剪力墻內(nèi)各組成部分的連接和樞紐。而實(shí)踐中，有許多因素都可能會(huì)對(duì)連梁結(jié)構(gòu)的跨高比以及截面尺寸造成一定的影響，從而影響到剪力墻的整體質(zhì)量。正如上文所述，在連梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，連梁結(jié)構(gòu)的跨高需要給予高度的重視和關(guān)注，必須要進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，從而保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免連梁截面大小不符合規(guī)范、連梁承載力超限等問(wèn)題產(chǎn)生。

在目前的剪力墻設(shè)計(jì)實(shí)踐中，由于連梁結(jié)構(gòu)所具有的跨高比相對(duì)較小，同時(shí)和連梁結(jié)構(gòu)所相連的墻肢結(jié)構(gòu)存在大剛度等情況，導(dǎo)致連梁結(jié)構(gòu)由于受到水平力的作用，進(jìn)而在出現(xiàn)屈服情況時(shí)發(fā)生梁端開裂情況，通常需要采取剛度折減的方式對(duì)連梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。然而，對(duì)剪力墻進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，又可能因?yàn)檫B梁剛度不足而增加剪力墻所承載的剪力和彎矩，從而大幅增加配筋設(shè)計(jì)的難度。因此，折減比例應(yīng)當(dāng)控制在一定的范圍，把握嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，從而使連梁結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的承載能力。

3.4 合理確定剪力墻結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件

剪力墻布置完成后合理確定剪力墻邊緣構(gòu)件顯得尤為重要。設(shè)置剪力墻邊緣構(gòu)件目的是為了增加墻體的延性，增大耗能能力，從而進(jìn)一步降低其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震需求。剪力墻邊緣構(gòu)件一般指的是剪力墻中的暗柱或者端柱，暗柱一般位于墻肢平面的端部、轉(zhuǎn)角以及剪力墻開較大洞口后洞口兩邊位置。在剪力墻中設(shè)置邊緣構(gòu)件，既可提高墻體的承載力，又能提高墻體的延性[8-10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

剪力墻結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于建筑業(yè)整體的發(fā)展和創(chuàng)新有著不可替代的作用，對(duì)于我國(guó)建筑工程建設(shè)有著特別重要的意義。而建筑物的特性決定了，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須充分全面地考量經(jīng)濟(jì)、效率、安全等諸多方面的因素，剪力墻結(jié)構(gòu)的運(yùn)用必須要保證經(jīng)濟(jì)性、可行性、科學(xué)性和持續(xù)性等各項(xiàng)要求。在具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須堅(jiān)持揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的最大價(jià)值，規(guī)避和處理好可能存在的問(wèn)題和缺陷，從而保障建筑工程的整體成效，為我國(guó)社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。