建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)研究

趙暉來(lái)

【摘要】隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的不斷飛速發(fā)展和現(xiàn)代人類財(cái)產(chǎn)生活物質(zhì)水平的不斷提高，建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)工程師為了充分滿足現(xiàn)代人們對(duì)各種建筑工程結(jié)構(gòu)的新技術(shù)要求，剪力墻工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為一種常見(jiàn)的新型建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，廣泛應(yīng)用于各類建筑工程結(jié)構(gòu)施工中，保證了建筑工程結(jié)構(gòu)的實(shí)用性、安全性和耐久性。

【關(guān)鍵詞】剪力墻結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu);應(yīng)用研究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.036

剪力墻提高了各類建筑的抗震性能，對(duì)保護(hù)建筑主體結(jié)構(gòu)的安全和保證施工具有重要作用。本文主要著重分析探討我國(guó)目前的建筑剪力墻結(jié)構(gòu)建筑主體結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用，可以使其更好地滿足我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求及建筑抗震性能需求等。

1、剪力墻結(jié)構(gòu)的概念

采用單層鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)來(lái)代替我國(guó)傳統(tǒng)的建筑框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，以此充分承受水平豎向和垂直水平兩個(gè)方向的各類建筑荷載，使其充分發(fā)揮最大化的建筑使用性能。一般采用剪力墻作為結(jié)構(gòu)的墻體建設(shè)工程規(guī)模較大，并具有能夠精確控制結(jié)構(gòu)的垂直水平的應(yīng)力，與墻體柱子的橫向受力平衡程度非常相似，采用優(yōu)質(zhì)鋼筋混凝土板材，來(lái)承受墻體豎向和垂直水平的應(yīng)力的墻體結(jié)構(gòu)稱為剪力墻，是現(xiàn)代建筑墻體結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)剪力體系。剪力墻對(duì)于結(jié)構(gòu)的內(nèi)部組織整體形狀通常相似于建筑板狀，承擔(dān)著各種建筑荷載運(yùn)動(dòng)引起的巨大內(nèi)力，可實(shí)際使用厚度較小，決定了建筑剪力墻對(duì)于結(jié)構(gòu)的具體組織形狀以及負(fù)荷承受能力的影響大小。剪力墻墻體結(jié)構(gòu)主要用途是指用于豎向的單層鋼筋混凝土剪力墻板，承受來(lái)自橫向垂直水平方向和來(lái)自水平垂直方向的剪應(yīng)力的墻體結(jié)構(gòu)，從而有效地控制了在建筑墻體結(jié)構(gòu)中所產(chǎn)生的力和水平方向力，具有良好的耐壓抗震性，因此得到了較為廣泛的技術(shù)應(yīng)用。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

2.1實(shí)體墻

所謂開(kāi)洞實(shí)體墻，一般是指面積不超過(guò)整面墻開(kāi)洞面積15%的墻-剪力墻，以及墻開(kāi)洞與墻邊緣的凈距離，而在地形情況下，墻洞口與墻邊緣的凈距離遠(yuǎn)大于洞口邊長(zhǎng)，完全可以忽略墻洞口對(duì)整個(gè)墻體的美學(xué)影響。這種新型剪力墻的橫向變形主要是彎曲墻的形式，截面正反力仍符合平面墻截面力的假定，在剪力墻肢上的高度傾斜方向上既不會(huì)因此出現(xiàn)任何突變，也不會(huì)因此出現(xiàn)任何反應(yīng)力彎點(diǎn)。不開(kāi)洞實(shí)體墻，是指無(wú)開(kāi)口實(shí)心墻或小開(kāi)口剪力墻，其受力狀態(tài)類似豎向懸臂構(gòu)件。當(dāng)剪力墻高寬比較大時(shí)，正應(yīng)力呈線性分布。

2.2多肢剪力墻

所謂多肢連梁剪力墻，一般是指當(dāng)剪力墻沿同一豎向連梁有一根或多根連梁大開(kāi)孔柱時(shí)，由于柱的大開(kāi)孔，剪力墻連梁截面的完整性受到嚴(yán)重破壞，剪力墻連梁截面的整體變形，不再屬于與墻平面一致的截面變形假定，而支撐墻肢的剪力線剛度，剪力線的整體剛度遠(yuǎn)大于同排兩孔連梁的整體剛度。這時(shí)，連梁剪力墻由一系列受約束的主墻肢組成。[1]

2.3壁式框架剪力墻

所謂剪力墻型連梁框架設(shè)計(jì)，一般是指只有當(dāng)剪力墻有一排多列連梁洞口時(shí)，且每個(gè)洞口的連梁尺寸較大，特別是當(dāng)每個(gè)洞口上連梁的角剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或非常接近連梁線剛度的邊梁和墻肢的每個(gè)洞口都非常接近墻框，因此框架設(shè)計(jì)應(yīng)按“墻框”格式進(jìn)行，并有剛度區(qū)。此時(shí)，在一定水平剪切荷載力的作用下，其柱的彎矩變形圖不在大型樓層結(jié)構(gòu)處不會(huì)有橫向突變，而且在大多數(shù)的大型樓層結(jié)構(gòu)中都可能出現(xiàn)水平反彎點(diǎn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)框架的彎矩變形，以水平剪切面和變型變形為主。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

3.1合理控制剪力墻高度和寬度比

當(dāng)應(yīng)力比過(guò)小時(shí)，可根據(jù)剪力柱結(jié)構(gòu)的要求高度進(jìn)行設(shè)計(jì)，柱形受力顯著的結(jié)構(gòu)傾向于剪力柱結(jié)構(gòu)。由于豎向剪力墻與其他柱剪力墻結(jié)構(gòu)的區(qū)別主要在于肢長(zhǎng)和肢厚的不同，另外還要增加樓層豎向剪力構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)剛度，同時(shí)調(diào)整不同樓層間的側(cè)向位移，避免由于剪力墻和橫向平面上的外梁互相連接而致使剪力墻肢外彎，沿著橫向平面外梁作用在墻上，承擔(dān)樓層相應(yīng)的橫向水平扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，就這樣形成了顯著的橫向扭轉(zhuǎn)應(yīng)力變形和剪切應(yīng)力變形等幾何結(jié)構(gòu)特征。如果高層豎向扭轉(zhuǎn)構(gòu)件變形數(shù)量很多，不能有效率地滿足不同樓層間橫向位移的設(shè)計(jì)需要，在高層建筑物中設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少橫向扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形。

3.2墻體整體結(jié)構(gòu)作用力

計(jì)算縱向剪力墻的墻體寬度，按照斜面和截面寬度受力時(shí)，剪力墻承載力大小，進(jìn)行寬度分析和測(cè)量驗(yàn)算。這種墻體設(shè)計(jì)計(jì)算形式，還具有一個(gè)必要的設(shè)計(jì)前提條件，墻體結(jié)構(gòu)所受外部負(fù)荷力的作用比較集中且大，取決于剪力墻與水平墻體內(nèi)部整體支撐結(jié)構(gòu)之間的最小連接距離，通常都可以是剪力墻肢總建筑高度的1/10，計(jì)算正向橫截面墻體承載力和計(jì)算水平墻體擴(kuò)展力。為了有效防止各種安全隱患的同時(shí)發(fā)生，使其發(fā)展成為一種雙肢移動(dòng)剪力墻，減輕整個(gè)建筑樓層結(jié)構(gòu)的自身移動(dòng)重量，提高整個(gè)建筑樓層結(jié)構(gòu)的移動(dòng)強(qiáng)度，這樣就可以使得雙肢剪力墻和整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)之間，能夠形成安全的移動(dòng)抗震應(yīng)力體系，充分保證建筑樓層結(jié)構(gòu)剪力抗震系數(shù)的穩(wěn)定安全性。

4、剪力墻的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

4.1控制剪力墻的數(shù)量

剪力墻板的墻體框架結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)是在墻體上的側(cè)向性和傾斜性高剛度大，整體性好，用優(yōu)質(zhì)不銹鐵型鋼承載的重量大且可節(jié)省等。但它的最大缺點(diǎn)也就是自重大，如果使用剪力墻，在建筑布置時(shí)的剪力墻數(shù)目過(guò)多，會(huì)直接使得整體結(jié)構(gòu)建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，吸收更多的墻體自然地震和機(jī)械應(yīng)力，甚至可能會(huì)導(dǎo)致剪力墻體中的含鋼量等多項(xiàng)相關(guān)整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加復(fù)雜和不安全。如果局部大型剪力墻的布置過(guò)于復(fù)雜，不宜集中修剪，容易導(dǎo)致剪力過(guò)大、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等不利后果。因此，在進(jìn)行建筑墻體整體設(shè)計(jì)時(shí)，首先要嚴(yán)格遵循使剪力墻和結(jié)構(gòu)的整體材料利用達(dá)到合理剛度的基本原則，且剛度值不宜過(guò)大或過(guò)小，爭(zhēng)取以最少的建筑材料，利用剪力墻體物進(jìn)行整體布置，獲得最大的建筑整體布?jí)Y(jié)構(gòu)物的利用經(jīng)濟(jì)效益。

4.2剪力墻的平面布置

由于在剪力墻建筑結(jié)構(gòu)中，全部水平豎向受力荷載和全部水平承受力都必須是由建筑鋼筋混凝土剪力墻來(lái)直接承受的，因此建筑剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該沿著建筑平面主要支撐軸線的不同方向排列進(jìn)行合理布置。其次，在整個(gè)剪力墻的整體平面布置中，為了能夠使剪力墻的質(zhì)量控制中心與其他高剛度墻的中心質(zhì)量保持一致，對(duì)于左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，剪力墻對(duì)稱布置更有利于減小剛性與形心的偏心不利影響，這樣就可以同時(shí)起到大大降低控制剪力墻運(yùn)動(dòng)扭矩的重要作用。[2]

5、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻的應(yīng)用更多的是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件，從結(jié)構(gòu)上講剪力墻的應(yīng)用是提高建筑水平抗側(cè)力能力，提高抗震性能，從建筑上講，如何合理的利用剪力墻劃分建筑功能。剪力墻在建筑施工的使用過(guò)程中，由于墻體結(jié)構(gòu)本身容易呈現(xiàn)出彎曲或者破壞墻的形式。通常這種情況下，剪力墻在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，極容易形成高層框架結(jié)構(gòu)的建筑剪力墻，對(duì)剪力墻的抗剪承載力有一定的要求，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗剪承載力起著重要的支撐和保護(hù)作用。在建筑設(shè)計(jì)師的工作中，結(jié)構(gòu)墻體的施工和裝飾設(shè)計(jì)往往需要使其具有相應(yīng)的墻體延伸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。滿足其結(jié)構(gòu)承載力的最高要求是將整個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)在此基礎(chǔ)上，劃分成均勻獨(dú)立的小塊，這對(duì)于不斷提高其結(jié)構(gòu)完整性具有重要意義，在剪力墻及其工作環(huán)境中承載力的強(qiáng)度，具有相對(duì)穩(wěn)定的作用。對(duì)于高層剪力墻，也可以在剪力墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整層集合中間，進(jìn)行整層和中間隔墻的設(shè)計(jì)。

結(jié)語(yǔ)：

剪力墻廣泛應(yīng)用于各種建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，它能夠有效提高各種建筑結(jié)構(gòu)整體墻在結(jié)構(gòu)中的剛度以及建筑抗震動(dòng)的性能。借助建筑剪力墻的科學(xué)結(jié)構(gòu)，幫助建筑設(shè)計(jì)提出科學(xué)安全的建筑剪力墻結(jié)構(gòu)類型，使建筑剪力墻的科學(xué)結(jié)構(gòu)分析作用得到充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖輝.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究[J].智能城市，2018，v.4（11） ：45-46

[2]蘇長(zhǎng)春.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用研究[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2017（23）：34-34