張偉園
(江蘇省建筑設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,江蘇 南京 210000)
前言:建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中,剪力墻結(jié)構(gòu)體系作為常用的結(jié)構(gòu)形式,在房屋建設(shè)中得到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的廣泛運(yùn)用。剪力墻平面布置設(shè)計(jì)時(shí),從結(jié)構(gòu)安全性和建筑使用功能入手,要讓剪力墻在保證安全穩(wěn)定的前提下,最大程度上滿足建筑的使用功能。剪力墻架構(gòu)作為關(guān)鍵的力學(xué)運(yùn)用載體,讓建筑的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。通過抗震設(shè)計(jì)及抗震構(gòu)造措施的規(guī)范要求,為結(jié)構(gòu)工程師做好剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供了依據(jù),認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理,讓建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定搭建獲得參照,也促進(jìn)建筑工程建設(shè)順利實(shí)施。
從根本上來說,建筑結(jié)構(gòu)從房屋使用角度入手,通過設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻,使之與梁板進(jìn)行相應(yīng)連接,形成剪力墻體系,來抵抗相應(yīng)的荷載及地震作用。從建筑使用功能上的差異,建筑結(jié)構(gòu)形式也存在不同。剪力墻包括了剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪、筒體及復(fù)雜的混合結(jié)構(gòu)。剪力墻運(yùn)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,其整體性好,剛度大,在水平力的作用下變形小,其側(cè)向變形的特點(diǎn)為彎曲型。剪力墻要求間距不能過大,所以平面布置不算靈活;但是其承載力較容易滿足。從本質(zhì)出發(fā),剪力墻結(jié)構(gòu)主要是以鋼筋混凝土剪力墻、梁、板為基礎(chǔ),進(jìn)行豎向和水平力的承接,設(shè)計(jì)的過程中,使之互相協(xié)同合作,一起承受外力作用,保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。下面針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中具體優(yōu)化原則開展分析。
(一)承載力和剛度合理。剪力墻設(shè)置時(shí),承載力要控制在合理范圍內(nèi),不可有過大的剛度,造成材料的浪費(fèi);也不可使結(jié)構(gòu)過柔,剛度小,結(jié)構(gòu)的安全性不能保證。平面布置應(yīng)該盡量保持簡(jiǎn)單,剛度和承載力分部宜均勻,形心與質(zhì)心要在合理范圍內(nèi),傳力路徑要做到簡(jiǎn)單明確。
(二)樓層剪力系數(shù)的控制。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展的時(shí)候,要對(duì)不同樓層之間的剪力系數(shù)進(jìn)行合理控制,以最小數(shù)值為基礎(chǔ)。這就會(huì)在一定程度上對(duì)建筑物的重量進(jìn)行一定控制,防止出現(xiàn)抗震能力減退的問題,避免出現(xiàn)安全問題。設(shè)計(jì)工作當(dāng)中,還要進(jìn)行短肢剪力墻分析,從承受力矩方面出發(fā),然后按照分析的具體數(shù)值進(jìn)行剪力系數(shù)的改進(jìn),將其控制在最小范圍內(nèi)。
建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中,要剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做到有效合理且節(jié)省,這樣布置并非容易的事。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要保證其數(shù)量適宜,且截面的長(zhǎng)度與厚度處于最優(yōu)狀態(tài)。發(fā)揮連梁的作用,同時(shí)要控制短肢剪力墻的數(shù)量。通過對(duì)結(jié)構(gòu)梁板墻配筋的控制,更好的保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和工程造價(jià)。下面針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面分析,為建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。
(一)剪力墻數(shù)量宜適中
剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該有較好的空間工作性能,其布置應(yīng)該盡量做到雙向布置,使之形成空間結(jié)構(gòu),且雙向的剛度要控制在相當(dāng)范圍內(nèi),不可相差過大。通常情況下,剪力墻處于合理的運(yùn)用情況下,所承受的荷載力是以豎向荷載和風(fēng)荷載為主。剪力墻數(shù)量應(yīng)該適宜控制,要從軸壓比以及兩個(gè)方向的振動(dòng)周期來入手,將其視為參照和依據(jù),然后還需關(guān)注墻肢所承載的具體層數(shù)。從地震力角度入手,在計(jì)算的過程中,從側(cè)向位移入手,以底部位置所承受的剪力作為分析點(diǎn),能夠在對(duì)其合理的進(jìn)行布局和規(guī)劃之下,形成完善的剛度分配模式,然后保證豎向的剛度更加合理,保持著連續(xù)性。
(二)剪力墻截面設(shè)計(jì)
1.剪力墻長(zhǎng)度限制:一般情況下,剪力墻的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng),墻肢的最大長(zhǎng)度不宜超過8m。剪力墻結(jié)構(gòu)要有一定的延性,又細(xì)又高的剪力墻(指高寬比大于3 時(shí))容易設(shè)計(jì)成彎曲破壞的剪力墻。因此當(dāng)剪力墻的長(zhǎng)度超過一定數(shù)值時(shí),應(yīng)該設(shè)置洞口,將長(zhǎng)墻分成長(zhǎng)度較小的墻段,使分割后每個(gè)墻段變?yōu)楦邔挶却笥? 的獨(dú)立強(qiáng)制或者連肢墻。因此規(guī)范上限制了剪力墻墻肢的長(zhǎng)度不宜超過8m。
2.剪力墻厚度要求:建筑物的高度越來越高,伴隨著剪力墻結(jié)構(gòu)高度也隨之增加。在設(shè)置剪力墻墻肢的厚度時(shí),在保證墻體的自身穩(wěn)定性的同時(shí),也要承受建筑物自身荷載及所承受的外力作用?,F(xiàn)在建筑尤其是住宅類,對(duì)房屋的使用功能有較高要求。因此墻肢厚度在保證軸壓比要求下,要盡量控制墻肢的厚度。高層規(guī)范中規(guī)定了不同抗震等級(jí)下的墻肢的最小厚度。在結(jié)構(gòu)的底部加強(qiáng)區(qū),剪力墻的穩(wěn)定性容易出現(xiàn)不足,通過增加墻肢翼緣或端柱,或者適當(dāng)調(diào)整墻肢數(shù)量來保證結(jié)構(gòu)安全性,也能同時(shí)滿足建筑的使用功能[2]。
(三)做好連梁設(shè)計(jì)工作
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,連梁指在剪力墻結(jié)構(gòu)中,連接著兩個(gè)墻肢,在墻肢平面內(nèi)相連的梁。連梁一般具有較小跨度、截面高度大,與連梁相連的墻體剛度又很大等特點(diǎn),其作用來平衡兩側(cè)墻體剛度。一般在風(fēng)荷載和地震作用下,連梁的內(nèi)力往往很大。關(guān)鍵的部位連梁這主要是為墻肢之間提供連接的力量和載體。剪力墻處于水平荷載的狀態(tài)下,墻肢在一定程度上會(huì)發(fā)生扭曲的轉(zhuǎn)變。這個(gè)時(shí)候,通過連梁裝置的架構(gòu),就要會(huì)讓墻肢擁有平衡性能,進(jìn)行水平負(fù)荷力的承載。在此情況下,對(duì)所受力進(jìn)行分解,形成約束和穩(wěn)定的效果。墻肢和墻肢擁有連梁,這在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)揮出十分關(guān)鍵的價(jià)值。而且,作為不可忽視和缺少的部分,倘若在設(shè)計(jì)方面發(fā)生問題,則必然會(huì)導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)不良后果[1]。
在此,連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展當(dāng)中,結(jié)構(gòu)人員從“強(qiáng)墻弱連梁”入手,做好連梁的剛度和高度控制,并在一定程度上增加跨度。這會(huì)保證抗震性能設(shè)計(jì)的作用發(fā)揮,這就要求在較早時(shí)期受到破壞的連梁先產(chǎn)生塑性鉸,且在保證連梁承載力下降不是過多的情況下,同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)力重分布,使大部分的連梁的破壞先于墻肢的破壞。
(四)控制短肢剪力墻數(shù)量
按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,短肢剪力墻有著明確的規(guī)定,在截面和厚度上進(jìn)行了相應(yīng)的要求:墻肢厚度控制在300mm 以內(nèi),同時(shí)各個(gè)墻肢截面要做好高度和厚度的比值,將其控制在4—8 之間,滿足以上條件的稱為短肢剪力墻。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之下,建筑技術(shù)也看到了明顯的發(fā)展趨勢(shì)。建筑層面上,短肢剪力墻擁有了更加廣泛的運(yùn)用領(lǐng)域,和長(zhǎng)肢剪力墻進(jìn)行對(duì)比,其所呈現(xiàn)出的肢厚度是比較小的。具體運(yùn)用當(dāng)中,這一形式的合理運(yùn)用會(huì)讓建筑工程進(jìn)行空間設(shè)計(jì)的時(shí)候得以優(yōu)化升級(jí)。短肢剪力墻一般都出現(xiàn)在多層和高層住宅中。
當(dāng)前,我們也要明確的認(rèn)識(shí)到短肢剪力墻也有自身的局限性。短肢剪力墻沿著建筑高度可能會(huì)有較多樓層的墻肢容易出現(xiàn)反彎點(diǎn),其受力特點(diǎn)基本接近于異形柱,但是又承擔(dān)較大的軸力和剪力。由于短肢剪力墻的抗震性能較差,在地震區(qū)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)不多。因此,高層住宅中不宜過多的使用短肢剪力墻,更不應(yīng)全部采用短肢剪力墻。因此,在規(guī)范當(dāng)中,對(duì)短肢剪力墻所承擔(dān)的底部總傾覆力矩做了明確的規(guī)定,以此來限制短肢剪力墻的數(shù)量。
(五)合理的控制配筋
剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中需要耗費(fèi)比較多的鋼材,而且還需合理運(yùn)用到我國(guó)的建筑領(lǐng)域當(dāng)中。施工項(xiàng)目運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)開展工作的時(shí)候,經(jīng)過多次的實(shí)踐運(yùn)用得知,對(duì)配筋的數(shù)量進(jìn)行有效控制和規(guī)劃,不僅是會(huì)保證建筑結(jié)構(gòu)更加合理和穩(wěn)固,也能夠在工程造價(jià)上得以合理的控制。墻體配筋控制環(huán)節(jié)當(dāng)中,要以規(guī)范要求計(jì)算配筋數(shù)值為基礎(chǔ),并按照構(gòu)造要求,對(duì)其合理控制的過程中滿足實(shí)際要求[3]。施工圖紙?jiān)O(shè)置的過程中進(jìn)行配筋率的控制,對(duì)受力構(gòu)建極限壓應(yīng)變值進(jìn)行提高,改善構(gòu)件脆性破壞。同時(shí),對(duì)混凝土的徐變進(jìn)行減少和控制。
結(jié)論:綜合以上分析,剪力墻設(shè)計(jì)能更好的滿足了現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的需要。而且這也符合人們對(duì)建筑的使用要求。從當(dāng)前的發(fā)展領(lǐng)域入手,做好剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作,將其優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來,讓建筑結(jié)構(gòu)更加安全和穩(wěn)固,也會(huì)進(jìn)一步保證建筑設(shè)計(jì)穩(wěn)定發(fā)展和運(yùn)轉(zhuǎn)。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式進(jìn)行全面優(yōu)化和升級(jí),能夠讓設(shè)計(jì)展現(xiàn)出明顯的科學(xué)性和完整性。對(duì)剪力墻的數(shù)量合理的控制,加強(qiáng)布置和合理規(guī)劃。通過多個(gè)角度的完善升級(jí),真正地為保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性做好準(zhǔn)備。