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)用策略

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)

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

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。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 工程概況

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。

2.2 梁、板布置

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。

2.3 底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)

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。

3 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)用策略

3.1 加強(qiáng)邊緣構(gòu)件的約束處理

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]。

3.2 加強(qiáng)剪力墻洞口的布局管理

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。

3.3 優(yōu)化連梁的設(shè)計(jì)

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]。

3.4 對(duì)剪力墻墻肢的長(zhǎng)度以及鋼筋的使用進(jìn)行控制

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]。

3.5 墻肢平面外彎矩的優(yōu)化方法

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]。

4 結(jié)論

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)。