蘇勒德
(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院道路橋梁工程系,內(nèi)蒙古 赤峰 024000)
剪力墻,在房屋建筑物或者構(gòu)筑物的中的作用,即其需要承擔(dān)在建筑中來(lái)自風(fēng)力荷載或者地震作用力下形成的水平或豎向荷載墻體,通過(guò)剪力墻來(lái)避免建筑結(jié)構(gòu)遭到作用力下的剪切破壞,故也稱(chēng)其為抗震墻??拐饓?,一般設(shè)計(jì)材料為鋼筋混凝土,抗震墻根據(jù)結(jié)構(gòu)需要可設(shè)計(jì)為兩種類(lèi)型:平面和筒體剪力墻,其中平面剪力墻多設(shè)計(jì)在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升板結(jié)構(gòu)以及無(wú)梁樓蓋體系中,如果需要加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、強(qiáng)度以及抗倒塌性能,可在建筑結(jié)構(gòu)的某個(gè)受力位置設(shè)置現(xiàn)澆剪力墻,或者通過(guò)預(yù)制裝配的方式設(shè)計(jì)鋼筋混凝土剪力墻;而對(duì)于筒體類(lèi)型的剪力墻,通常設(shè)計(jì)應(yīng)用在高層建筑、高聳以及懸吊式建筑結(jié)構(gòu)中,通常設(shè)計(jì)在建筑中的電梯、樓梯、以及輔助房間中,剪力墻將以間隔圍墻的形式進(jìn)行設(shè)計(jì),此類(lèi)剪力墻筒壁通常設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體,其墻體自身的剛度和強(qiáng)度的水平荷載力均強(qiáng)于平面剪力墻。
本工程為某城市的高層住宅建筑,用地面積10.6 萬(wàn)m2,總建筑面積31.66 萬(wàn)m2。其中:小學(xué)2.64 萬(wàn)m2(地上2.3 萬(wàn)m2,地下車(chē)庫(kù)0.33 萬(wàn)m2),住宅29.02 萬(wàn)m2(樓棟23.16 萬(wàn)m2,地下車(chē)庫(kù)5.86 萬(wàn)m2)。
具體分析該建筑的高度和層數(shù),了解該建筑的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相關(guān)要求,主要使用剪力墻結(jié)構(gòu),通過(guò)集中布設(shè)等方式構(gòu)建完善的核心筒,這樣才能將剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái),在布局方面核心筒使用平均布局的方式,連梁的高度適中,與兩方向墻的高度相同。在設(shè)置方面控制單肢墻的長(zhǎng)度在8 米以?xún)?nèi),確??v橫比符合要求,該工程剪力墻截面設(shè)計(jì)過(guò)程中厚度控制在200 毫米到300 毫米,具體的強(qiáng)度取值范圍如表1 所示。
表1 剪力墻混凝土強(qiáng)度取值
與此同時(shí)在本工程剪力墻當(dāng)中,為了保證混凝土澆筑的效果使用重量輕、吊裝方便的木模板,這種墻體模板使用的主要是18 毫米厚的多層板,標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1220×2440 毫米,橫肋上設(shè)置兩根雙鋼管,支撐方面使用直徑為48 毫米的鋼管以及一些可調(diào)的u 型管。
在高層建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中,一般情況下,梁板的跨度相對(duì)較低,在布置樓層梁時(shí)需要注意對(duì)傳遞路徑進(jìn)行優(yōu)化,防止出現(xiàn)多層傳遞等情況。在本工程當(dāng)中,樓板厚度設(shè)定在100 毫米到120 毫米之間,設(shè)定屋面墻的厚度在120 毫米左右,在設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)方面15 層以下的設(shè)定在混凝土等級(jí)c30,16 層級(jí)以上設(shè)定在c25。
在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)過(guò)程中,底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)是非常重要的,通常而言在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,底部加強(qiáng)位置的高度需要達(dá)到底部?jī)蓪痈叨群蛪w高度總和的1/10,另外該工程地下室的頂板位置可以作為結(jié)構(gòu)嵌固端,底部加強(qiáng)位置設(shè)定在1~4 層左右。
設(shè)計(jì)墻肢長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi),可以得出約束邊緣構(gòu)件陰影區(qū)和非陰影區(qū)的長(zhǎng)度是由設(shè)計(jì)要求的最小長(zhǎng)度進(jìn)行控制的,如圖1 所示,當(dāng)約束邊緣構(gòu)件長(zhǎng)為lc=450mm 時(shí),陰影區(qū)的長(zhǎng)為400mm,而非陰影區(qū)長(zhǎng)僅為50mm,因?yàn)榭紤]到非陰影區(qū)的長(zhǎng)度很窄,為方便施工,因此多選擇圖2 的方式施工,可將邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)為陰影區(qū)。
圖1
圖2
另外,在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過(guò)程中,無(wú)約束邊緣構(gòu)件的處理相對(duì)于有約束邊緣構(gòu)件的處理,在負(fù)載能力方面可能會(huì)低40%左右,這樣會(huì)導(dǎo)致抗震能力下降,所以在進(jìn)行建筑工程施工時(shí),需要與實(shí)際情況相結(jié)合,合理地進(jìn)行邊緣構(gòu)件的設(shè)置,讓剪力墻的抗側(cè)剛度和抗震力提高,這樣可以保證整個(gè)建筑的穩(wěn)定性[1]。
對(duì)于一些較長(zhǎng)的剪力墻可以進(jìn)行洞口的設(shè)計(jì),分隔成受力均勻的墻體,這樣在實(shí)際施工過(guò)程中通過(guò)弱梁來(lái)完成連接。剪力墻洞口鋪設(shè)過(guò)程中,需要注意對(duì)剪力墻的整體力學(xué)性能進(jìn)行分析。在剪力墻洞口布局方面,首先需要有規(guī)則的對(duì)洞口進(jìn)行布設(shè),基本成排成列進(jìn)行設(shè)計(jì),另外還需要注意保證洞口與洞口之間的間隔均勻。在設(shè)計(jì)一些不規(guī)則洞口剪力墻時(shí),需要通過(guò)錯(cuò)洞剪力墻和疊合剪力墻等方式進(jìn)行設(shè)計(jì),在施工過(guò)程中需要對(duì)應(yīng)的使用加固措施來(lái)進(jìn)行加固。
為保證澆筑施工的順利進(jìn)行,同時(shí)減少預(yù)埋的工作量,澆筑口沿墻體長(zhǎng)度方向的間距為兩個(gè)樁間距。下層的澆注口要和上層的澆注口對(duì)正,以便混凝土輸送管能從地面澆筑口直接貫穿至地下室最底層。
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,剪力墻連梁的設(shè)計(jì)不單單能夠保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的高度還能夠有效地減少建筑側(cè)移等情況,具有非常重要的價(jià)值,但是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還需要綜合化的對(duì)定向連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。連梁剪力墻設(shè)計(jì),如圖3。高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中,因?yàn)閴﹂L(zhǎng)較長(zhǎng),可以通過(guò)剪力墻平面當(dāng)中的梁跨和開(kāi)洞方式形成連梁,如果產(chǎn)生跨高比較小的連梁,在計(jì)算過(guò)程中很容易導(dǎo)致過(guò)度抗剪連梁的出現(xiàn),因此在實(shí)踐當(dāng)中需要注意進(jìn)行控制,具體方法如圖3 所示[2]。
圖3 連梁剪力墻設(shè)計(jì)
3.3.1 增加梁的截面積增加
讓梁的截面積增加,保證連梁具有較強(qiáng)的抗剪能力,但在此過(guò)程中也會(huì)造成梁的高度有所增加。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意相關(guān)的施工要點(diǎn)。在連梁寬度固定的條件下,可以通過(guò)適當(dāng)加高粱高的方式來(lái)進(jìn)行施工,如果梁高不能改變,則可以擴(kuò)大梁寬,讓斷面的連接寬度增加,然而這樣的設(shè)計(jì)方式在連梁剛度方面的貢獻(xiàn)不大。
3.3.2 調(diào)整設(shè)計(jì)內(nèi)力
在提高連梁截面不會(huì)影響抗剪承載力的條件下,可以讓連梁的剛度人為的降低,通過(guò)這樣的方式合理的對(duì)剪切力進(jìn)行分配,以便將連梁的抗剪性能問(wèn)題解決,最簡(jiǎn)單的控制方式在于對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行選擇,通過(guò)對(duì)連梁剛度折減系數(shù)進(jìn)行調(diào)整,只有使用內(nèi)力配筋計(jì)算的條件下才能夠有效地控制。另外,連梁的剛度仍然需要具有較強(qiáng)的抗剪承載力和抗彎承載力,應(yīng)符合正常的使用要求,如果跨高比超過(guò)5 的連梁,需要依照設(shè)計(jì)的框架量來(lái)進(jìn)行優(yōu)化,以符合施工要求。
另外,在剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí),需要注意有效的控制結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度和內(nèi)力,需要注意加強(qiáng)數(shù)據(jù)的校核。在連梁跨高較小的條件下,很容易導(dǎo)致建筑在反復(fù)載荷條件當(dāng)中出現(xiàn)連梁的斜裂縫,而導(dǎo)致剪切破壞。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了避免這種剪切破壞等情況,可以使用跨高較大的連梁,這樣可以有效的保證連梁的穩(wěn)定性,另外還需要注意在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過(guò)程中加強(qiáng)內(nèi)力分析,做好連梁剛力折減的相關(guān)計(jì)算,避免剪力墻連梁出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞[3]。
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,首先需要重視剪力墻墻肢的長(zhǎng)度設(shè)計(jì),保證其合理性,確保剪力墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在一般情況下,為了進(jìn)一步控制剪力墻的延展性,還需要注意在特殊部位優(yōu)化設(shè)計(jì),這樣可以防止彎矩影響剪力墻的穩(wěn)定性。在實(shí)際施工過(guò)程中通過(guò)連續(xù)肢墻的方式來(lái)確保墻體具有較好的寬高比,使剪力墻具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。另外,依照國(guó)家的規(guī)定和要求,對(duì)于不同抗震級(jí)別的剪力墻在設(shè)計(jì)過(guò)程中豎直方向和水平方向的配筋率是有一定區(qū)別的,在四級(jí)抗震級(jí)別和非抗震級(jí)別的剪力墻當(dāng)中,配筋率需要超過(guò)0.2%[4]。
在剪力墻平面當(dāng)中,內(nèi)外承載力和剛度之間差異較大,是因?yàn)楦叨瘸霈F(xiàn)突變可能會(huì)造成整個(gè)剪力墻方向地梁連接位置出現(xiàn)強(qiáng)制平面外彎曲,因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要注意適當(dāng)?shù)氖褂冒抵头鰤χ确绞絹?lái)進(jìn)行優(yōu)化,另外可以順著梁軸線位置進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì),以便解決該問(wèn)題[5]。
總而言之,在當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)非常明顯,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中獲得了廣泛的歡迎。在設(shè)計(jì)方面需要重視與實(shí)際情況相結(jié)合,嚴(yán)格依照規(guī)范要求,加強(qiáng)各參數(shù)的合理設(shè)計(jì),重點(diǎn)對(duì)剪力墻的高度、布局、高度、寬度等進(jìn)行優(yōu)化,參照各建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的處理,尤其需要注意分析結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位,選擇合理的設(shè)計(jì)方案加強(qiáng)平面設(shè)計(jì)等細(xì)節(jié)的控制,這樣才能使建筑結(jié)構(gòu)整體優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái),保證安全性、穩(wěn)定性,控制建筑成本,將建立墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)。