建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用策略

胡江

【摘要】由于建設(shè)項目的施工難度越來越高，工程多樣化的復(fù)雜程度明顯提高，為了及時提高項目的施工質(zhì)量，保證整個項目的施工進(jìn)度，必須提高建設(shè)項目的整體工程施工管理水平。在此經(jīng)濟(jì)背景下，我們正在盡最大努力，充分利用建筑知識、技能，以及大數(shù)據(jù)技術(shù)來指導(dǎo)我們研究和設(shè)計現(xiàn)代建筑中一些不同類型的新型建筑結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)框架的整體結(jié)構(gòu)性能有巨大的性能優(yōu)勢，例如，該結(jié)構(gòu)可以顯著用于增強建筑工程的結(jié)構(gòu)強度，更好地增強新框架結(jié)構(gòu)建筑的整體結(jié)構(gòu)性能。在新技術(shù)時代，我們利用基于大數(shù)據(jù)的技術(shù)分析和技術(shù)指導(dǎo)，對建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行充分的理論研究和數(shù)據(jù)挖掘，從中快速了解關(guān)于建筑理論結(jié)構(gòu)性能的基本信息，從而大大提高建筑的安全防護(hù)性能和可靠性。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；剪力墻結(jié)構(gòu)；策略

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.030

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，通過剪力墻來避免建筑結(jié)構(gòu)遭到作用力下的剪切破壞，故也稱其為抗震墻?？拐饓?，一般設(shè)計材料為鋼筋混凝土，抗震墻根據(jù)結(jié)構(gòu)需要可設(shè)計為兩種類型：平面和筒體剪力墻，其中平面剪力墻多設(shè)計在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升板結(jié)構(gòu)以及無梁樓蓋體系中，如果需要加強建筑結(jié)構(gòu)的強度、剛度、強度以及抗倒塌性能，可在建筑結(jié)構(gòu)的某個受力位置設(shè)置現(xiàn)澆剪力墻，或者通過預(yù)制裝配的方式設(shè)計鋼筋混凝土剪力墻；而對于筒體類型的剪力墻，通常設(shè)計應(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，此類剪力墻筒壁通常設(shè)計為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，其墻體自身的剛度和強度的水平荷載力均強于平面剪力墻。

2、設(shè)計實例

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m2，總建筑面積31.66萬m2。其中：小學(xué)2.64萬m2（地上2.3萬m2，地下車庫0.33萬m2），住宅29.02萬m2（樓棟23.16萬m2，地下車庫5.86萬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)特點和相關(guān)要求，主要使用剪力墻結(jié)構(gòu)，通過集中布設(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)勢充分發(fā)揮出來，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度在8米以內(nèi)，確保縱橫比符合要求，該工程剪力墻截面設(shè)計過程中厚度控制在200毫米到300毫米。

與此同時在本工程剪力墻當(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，梁板的跨度相對較低，在布置樓層梁時需要注意對傳遞路徑進(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)計混凝土強度等級方面15層以下的設(shè)定在混凝土等級c30，16層級以上設(shè)定在c25。

2.3 底部加強部位的設(shè)計

在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)過程中，底部加強部位的設(shè)計是非常重要的，通常而言在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，底部加強位置的高度需要達(dá)到底部兩層高度和墻體高度總和的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，底部加強位置設(shè)定在1～4層左右。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用策略

3.1 加強邊緣構(gòu)件的約束處理

設(shè)計墻肢長度在一定范圍內(nèi)，可以得出約束邊緣構(gòu)件陰影區(qū)和非陰影區(qū)的長度是由設(shè)計要求的最小長度進(jìn)行控制的，如圖1所示，當(dāng)約束邊緣構(gòu)件長為lc=450mm時，陰影區(qū)的長為400mm，而非陰影區(qū)長僅為50mm，因為考慮到非陰影區(qū)的長度很窄，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)計為陰影區(qū)。

另外，在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，無約束邊緣構(gòu)件的處理相對于有約束邊緣構(gòu)件的處理，在負(fù)載能力方面可能會低40%左右，這樣會導(dǎo)致抗震能力下降，所以在進(jìn)行建筑工程施工時，需要與實際情況相結(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，這樣可以保證整個建筑的穩(wěn)定性[1]。

3.2 加強剪力墻洞口的布局管理

對于一些較長的剪力墻可以進(jìn)行洞口的設(shè)計，分隔成受力均勻的墻體，這樣在實際施工過程中通過弱梁來完成連接。剪力墻洞口鋪設(shè)過程中，需要注意對剪力墻的整體力學(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)則的對洞口進(jìn)行布設(shè)，基本成排成列進(jìn)行設(shè)計，另外還需要注意保證洞口與洞口之間的間隔均勻。在設(shè)計一些不規(guī)則洞口剪力墻時，需要通過錯洞剪力墻和疊合剪力墻等方式進(jìn)行設(shè)計，在施工過程中需要對應(yīng)的使用加固措施來進(jìn)行加固。

為保證澆筑施工的順利進(jìn)行，同時減少預(yù)埋的工作量，澆筑口沿墻體長度方向的間距為兩個樁間距。下層的澆注口要和上層的澆注口對正，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

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，剪力墻連梁的設(shè)計不單單能夠保證整個結(jié)構(gòu)的高度還能夠有效地減少建筑側(cè)移等情況，具有非常重要的價值，但是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面還需要綜合化的對定向連梁進(jìn)行設(shè)計。連梁剪力墻設(shè)計，如圖3。高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中，因為墻長較長，可以通過剪力墻平面當(dāng)中的梁跨和開洞方式形成連梁，如果產(chǎn)生跨高比較小的連梁，在計算過程中很容易導(dǎo)致過度抗剪連梁的出現(xiàn)，因此在實踐當(dāng)中需要注意進(jìn)行控制，具體方法如圖3所示[2]。

3.3.1增加梁的截面積增加

讓梁的截面積增加，保證連梁具有較強的抗剪能力，但在此過程中也會造成梁的高度有所增加。在設(shè)計過程中需要注意相關(guān)的施工要點。在連梁寬度固定的條件下，可以通過適當(dāng)加高粱高的方式來進(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)計方式在連梁剛度方面的貢獻(xiàn)不大。

3.3.2調(diào)整設(shè)計內(nèi)力

在提高連梁截面不會影響抗剪承載力的條件下，可以讓連梁的剛度人為的降低，通過這樣的方式合理的對剪切力進(jìn)行分配，以便將連梁的抗剪性能問題解決，最簡單的控制方式在于對計算參數(shù)進(jìn)行選擇，通過對連梁剛度折減系數(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5的連梁，需要依照設(shè)計的框架量來進(jìn)行優(yōu)化，以符合施工要求。

另外，在剪力墻連梁設(shè)計時，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)計過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)計剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中加強內(nèi)力分析，做好連梁剛力折減的相關(guān)計算，避免剪力墻連梁出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞[3]。

3.4 對剪力墻墻肢的長度以及鋼筋的使用進(jìn)行控制

在設(shè)計的過程中，首先需要重視剪力墻墻肢的長度設(shè)計，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，這樣可以防止彎矩影響剪力墻的穩(wěn)定性。在實際施工過程中通過連續(xù)肢墻的方式來確保墻體具有較好的寬高比，使剪力墻具有較強的穩(wěn)定性。另外，依照國家的規(guī)定和要求，對于不同抗震級別的剪力墻在設(shè)計過程中豎直方向和水平方向的配筋率是有一定區(qū)別的，在四級抗震級別和非抗震級別的剪力墻當(dāng)中，配筋率需要超過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，是因為高度出現(xiàn)突變可能會造成整個剪力墻方向地梁連接位置出現(xiàn)強制平面外彎曲，因此在設(shè)計的過程中需要注意適當(dāng)?shù)氖褂冒抵头鰤χ确绞絹磉M(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，以便解決該問題[5]。

3.6 墻肢設(shè)置

墻肢的主要作用是分散剪力墻的壓力，使建筑物的抗震能力得到顯著提高。在設(shè)置墻肢的過程中，需要深入研究建筑的構(gòu)造，對建筑進(jìn)行系統(tǒng)的受力分析。剪力墻本身具有一定的延伸性，因此在選擇剪力墻整體結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要充分考慮其延伸性的直接影響，而剪力墻整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中最重要的一點就是要考慮剪力墻的脆性和延伸性，這就需要根據(jù)整個剪力墻的具體延伸長度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于前置條件長度相對較長的大型剪力墻，應(yīng)采用墻分層或多間距的方法實施。剪力墻表面應(yīng)進(jìn)行多截面無縫切割處理，有效避免對剪力墻延性的破壞。對于相對較短的大型剪力墻，應(yīng)采用這種加固方法進(jìn)行配合，充分發(fā)揮其作為支撐柱的作用。當(dāng)剪力墻的前置條件長度大于8m時，可以考慮配筋來設(shè)置墻體施工的漏洞。通過在實驗室搭建模型，并根據(jù)模型底部必要的傳感器，傳感器主要采集剪力墻各部分的承壓值。最后，通過比較不同墻體肢數(shù)下剪力墻承載力的變化，確定墻體肢數(shù)。確定墻體肢數(shù)后，應(yīng)根據(jù)建筑物的實際抗震需求確定墻體肢的截面積，使剪力墻在地震來臨時能起到很好的減震作用。

3.7 優(yōu)化配筋方案

只有在剪力墻中加入一定比例的鋼筋，剪力墻才能具有很強的剛度。然而，考慮需求壓力而忽視成本會導(dǎo)致工程成本的增加。因此，在設(shè)計加固方案時，應(yīng)深入分析建筑的抗震需求，并根據(jù)建筑的實際需求選擇相應(yīng)的加固類型。確定鋼筋類型后，根據(jù)建筑物的受力需求確定剪力墻中鋼筋的比例。

結(jié)論：

總而言之，在當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢非常明顯，在實際應(yīng)用過程中獲得了廣泛的歡迎。在設(shè)計方面需要重視與實際情況相結(jié)合，嚴(yán)格依照規(guī)范要求，加強各參數(shù)的合理設(shè)計，重點對剪力墻的高度、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)計方案加強平面設(shè)計等細(xì)節(jié)的控制，這樣才能使建筑結(jié)構(gòu)整體優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，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)勢充分發(fā)揮出來。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧法.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)剪力墻結(jié)構(gòu)的運用分析[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2015（4）：40.

[2]陳南生.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用分析[J].房地產(chǎn)世界，2020，No.329（21）： 43-45.

[3]鐘艷，張丹萍.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2016（08）：665.

[4]孫守才.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].商品與質(zhì)量，2018（48）：96.

[5]張媛，王禹.淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用[C].2014年全國科技工作會議論文集，2014：98.