對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深入研究

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。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化原則

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)。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深入分析

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。