剪力墻設(shè)計(jì)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用分析

崔 瑩

(山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司 山東 濰坊 262500)

建筑設(shè)施結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性需要得到重視,才能在后續(xù)建筑的整體施工質(zhì)量方面展現(xiàn)良好效果,現(xiàn)階段部分建筑中所使用的剪力墻結(jié)構(gòu),在參與設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)受到設(shè)計(jì)及參數(shù)等多方面影響,需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中注意控制各方面要點(diǎn),盡量在保持建筑施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上,選擇最佳設(shè)計(jì)方案指導(dǎo)施工,可有利于提升建筑結(jié)構(gòu)的承載性能。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

剪力墻剛度較大,比較容易滿(mǎn)足在地震或者強(qiáng)風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)的位移限制,在地震情況下所受破壞性小,通過(guò)連梁和墻肢底部的塑性鉸范圍內(nèi)的塑性濱興分散地震能量,提升結(jié)構(gòu)的受力程度,降低對(duì)其他結(jié)構(gòu)的抗震要求,尤其在抗震要求較高的地區(qū)抗震優(yōu)勢(shì)更加突出,但在實(shí)際的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然存在一些問(wèn)題。

1.1 存在設(shè)計(jì)原則問(wèn)題

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作應(yīng)在開(kāi)展時(shí)結(jié)合實(shí)際原則,將整體建筑設(shè)施構(gòu)造性能與實(shí)際強(qiáng)度作為重要的開(kāi)展基礎(chǔ),在部分建筑項(xiàng)目中可能會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的結(jié)構(gòu)等情況,主要是在設(shè)計(jì)人員的工作中存在忽視問(wèn)題,沒(méi)有重視相關(guān)特殊因素的影響作用,最終設(shè)計(jì)方案的合理程度難以得到保證。在無(wú)法保證構(gòu)件施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上,建筑設(shè)施可能會(huì)在后續(xù)使用過(guò)程中逐漸暴露出安全隱患。此外在進(jìn)行結(jié)構(gòu)假設(shè)中,由于多種不確定因素的影響,可能會(huì)導(dǎo)致模型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的使用差異。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)的布置上,僅僅搬照計(jì)算機(jī)的點(diǎn)算模型結(jié)果來(lái)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在一定程度上會(huì)造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理以及建筑工程成本的提高。

1.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在問(wèn)題

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在開(kāi)展過(guò)程中,需要使用相應(yīng)數(shù)據(jù)完成計(jì)算工作,在進(jìn)行推算時(shí)對(duì)其質(zhì)量系數(shù)提出了相關(guān)要求,必須要在超過(guò)最初設(shè)定數(shù)值的基礎(chǔ)上才能確保其合理性。比如振型數(shù)的設(shè)計(jì)通常會(huì)受到建筑類(lèi)型影響,在部分多塔類(lèi)型的進(jìn)行計(jì)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)值變化,同時(shí)在實(shí)際配筋率的數(shù)值計(jì)算方面可能存在誤差。這類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)都會(huì)降低最終設(shè)計(jì)效果,影響到實(shí)際建筑的抗震能力[1]。

1.3 連梁?jiǎn)栴}

在各類(lèi)墻肢平面的連接過(guò)程中,需要使用連梁發(fā)揮連接作用,由于其在整體跨度和截面面積方面具有一定使用優(yōu)勢(shì),在受到跨度小但橫截面積大的影響下,通常需要承擔(dān)地震及風(fēng)力的作用力。由于其在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較為突出的內(nèi)作用力,所以需要在對(duì)剪力墻的剛度當(dāng)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算時(shí),需要結(jié)合獨(dú)立墻肢的平面實(shí)時(shí)受力情況,才可得到有效分析結(jié)果。剪力墻結(jié)構(gòu)在開(kāi)展連梁設(shè)計(jì)工作時(shí),通常受到其精確程度要求較為嚴(yán)格的影響,施工時(shí)容易出現(xiàn)連梁超筋等問(wèn)題,無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)建筑所提出的穩(wěn)固要求,從而形成較為嚴(yán)重的安全隱患,所以工作中面臨的實(shí)際難度較高。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 提高設(shè)計(jì)方法的合理性

建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作在開(kāi)展階段,需要保證剪力墻設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)方法及結(jié)構(gòu)布置合理程度等多方面,得到多項(xiàng)工作的必要支持,才能確保最終設(shè)計(jì)方案在抗震性方面達(dá)到良好程度。設(shè)計(jì)方法的選用是保證剪力墻設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要基礎(chǔ),需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)建筑的實(shí)際質(zhì)量要求,結(jié)合工程整體強(qiáng)度和安全性要求選擇設(shè)計(jì)方案。

在選擇設(shè)計(jì)方法時(shí),考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)所具有的良好延展性,為在保持受彎的工作狀態(tài)下得到良好發(fā)揮,可以在設(shè)計(jì)中要求其保持寬細(xì)狀。但需要注意的是,如果實(shí)際長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)則會(huì)影響到建筑工程的抗震效果,從而形成低寬剪力墻影響到最終設(shè)計(jì)質(zhì)量。另外在設(shè)計(jì)人員選擇設(shè)計(jì)方法時(shí)也要借助計(jì)算機(jī)的輔助功能,才能在經(jīng)過(guò)大量計(jì)算和實(shí)踐后得到更多精確數(shù)據(jù),分析定制現(xiàn)有問(wèn)題的有效解決方案。從而真正在克服多種形式影響的情況下,確保最終結(jié)構(gòu)體系得到合理布置,在提升方案設(shè)計(jì)水平的同時(shí),保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性達(dá)到工程質(zhì)量要求[2]。

2.2 提高結(jié)構(gòu)布置的合理程度

優(yōu)化提升剪力墻設(shè)計(jì),首先要在結(jié)構(gòu)布置方面進(jìn)行合理控制,才能確保最終建筑工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。比如設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)剪力墻水平方向時(shí),需要保證剪力墻平面設(shè)計(jì)的對(duì)稱(chēng)效果,才有可能將重量核心及剛度核心進(jìn)行結(jié)合設(shè)置,實(shí)現(xiàn)減少扭距出現(xiàn)概率的目的,同時(shí)還能夠在完成設(shè)計(jì)后,對(duì)其所具有的抗震性能起到提升效果。

除此之外,為進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)效果和抗震性能,也可在方案中進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,如果可以減少單向設(shè)計(jì),可以在一定程度內(nèi)有效提高抗震效果,同時(shí)能夠避免出現(xiàn)扭矩現(xiàn)象形成干擾影響。為在完成結(jié)構(gòu)布置工作后,可使其整體強(qiáng)度滿(mǎn)足工程要求高,應(yīng)在側(cè)向剛度方面進(jìn)行合理調(diào)整,應(yīng)達(dá)到一定良好標(biāo)準(zhǔn),才可實(shí)現(xiàn)提升抗震效率的目標(biāo)。剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所具有的特點(diǎn),會(huì)在應(yīng)用范圍出現(xiàn)擴(kuò)大化影響的情況下得到展現(xiàn),考慮到其平面內(nèi)部具有較強(qiáng)剛度及承載能力,但容易出現(xiàn)剪切變形等問(wèn)題,因此應(yīng)在整體方案中進(jìn)行適當(dāng)完善。

必須要采取相應(yīng)措施才能使所有結(jié)構(gòu)真正發(fā)揮使用價(jià)值,在保持設(shè)計(jì)具有經(jīng)濟(jì)合理性特點(diǎn)的情況下,可在原材料和技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化提升,可適當(dāng)起到降低造價(jià)的作用[3]。

2.3 進(jìn)行延伸性處理

這一工作的開(kāi)展情況是否科學(xué)合理,對(duì)后續(xù)剪力墻的整體承重效果具有一定影響作用,主要是由于剪力墻在自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)中,存在較好的延展性,所以在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí),也應(yīng)注意在施工過(guò)程中注意保持這一特點(diǎn),從而真正提高整體效果,保持良好的耐久性?xún)?yōu)勢(shì)。

除此之外,為了盡量減少相應(yīng)破壞問(wèn)題的出現(xiàn)概率,在延展線(xiàn)的處理過(guò)程中進(jìn)行合理控制,才能有利于保持其承載能力可達(dá)到要求范圍。設(shè)計(jì)方法應(yīng)保持勻稱(chēng),在保持上下連貫并具有對(duì)稱(chēng)效果的情況下,才能保證其整體具有支撐效果,需要逐漸整體設(shè)計(jì)方案中注意其可靠性,盡量避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)偏差,才能保證整體設(shè)計(jì)方案具有可實(shí)施性效果。

2.4 注意強(qiáng)度和性能的提升

在整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案中,強(qiáng)度和性能是設(shè)計(jì)人員工作中的重點(diǎn)把控內(nèi)容,尤其是在相關(guān)政策規(guī)定方面,相關(guān)機(jī)構(gòu)所定制的《高規(guī)》中提出了更高要求,需要在設(shè)計(jì)施工時(shí)得到可靠保障效果,因此在剪力墻分布筋的配筋率方面,需要保證水平和豎向的抗震效果均達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。尤其是在非抗震設(shè)計(jì)和四級(jí)抗震設(shè)計(jì)中更加需要注意,應(yīng)在數(shù)據(jù)的控制保持方面符合相關(guān)比例,大致應(yīng)在20%以上才可達(dá)到應(yīng)用效果。在1～3級(jí)抗震效果設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況控制數(shù)據(jù)比例,從而在完成最終施工方案后,可保證工程抗震強(qiáng)度達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn),在實(shí)用性能方面也可得到有效提升。

除此之外,在相應(yīng)這些規(guī)范中也對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了相關(guān)要求,在提升強(qiáng)度和性能時(shí)需要注意優(yōu)化剪力墻的承載能力,通過(guò)對(duì)邊緣和構(gòu)造邊緣的剪力墻構(gòu)件進(jìn)行控制約束,可以在有效提升其抗震效果和承載能力的同時(shí),使整體設(shè)計(jì)方案的合理程度得到提升。

2.5 調(diào)整剪力墻的厚度和長(zhǎng)度

剪力墻的厚度在逐漸增加的過(guò)程中,也可使連梁的截面寬度出現(xiàn)上調(diào),可以在整體結(jié)構(gòu)中逐漸增加剛度,在此基礎(chǔ)上需要注意連梁的抗剪承載力和寬度,應(yīng)在經(jīng)過(guò)合理調(diào)整后形成正比[4]。基于剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則,剪力墻的厚度也需要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

根據(jù)建筑抗震的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料規(guī)定,剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度和長(zhǎng)度需要隨著地震等級(jí)系數(shù)來(lái)靈活調(diào)整。比如有關(guān)規(guī)定,為了保障剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及抗震性,要求剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度一般要小于200 mm,相應(yīng)的高厚比要小于六分之一。

換句話(huà)說(shuō),建筑物的剪力墻結(jié)構(gòu)厚度小于200 mm 的同時(shí)高厚比也要靈活的進(jìn)行調(diào)整。一旦建筑物的剪力墻結(jié)構(gòu)厚度和長(zhǎng)度比值不均,在不滿(mǎn)足條件的情況下,就要采取L、T 行界面剪力墻來(lái)代替一字剪力墻,確保剪力墻結(jié)構(gòu)盡可能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)構(gòu)造的要求和原則。

2.6 提升混凝土的等級(jí)

混凝土的等級(jí)決定了剪力墻的實(shí)際抗剪承載能力,混凝土等級(jí)的提高,在一定程度上雖然減少了了鋼筋的使用量,但是這個(gè)減少的效率比起混凝土成本的提升和施工質(zhì)量、水平要求的提高增加了一定的成本,經(jīng)濟(jì)意義不是很大,因而除非有特殊的情況,否則在設(shè)計(jì)方或者是施工方都不會(huì)愿意使用高等級(jí)的混凝土。

所以在進(jìn)行選擇時(shí),需要根據(jù)工程實(shí)際要求選擇混凝土的等級(jí)類(lèi)型,盡量提升混凝土的抗剪承受能力,才能在施工后盡量保持建筑穩(wěn)定性。

提高混凝土的等級(jí)也有多種措施,比如采用高強(qiáng)度等級(jí)的水泥,通過(guò)提高水泥強(qiáng)度來(lái)達(dá)提高混凝土強(qiáng)度的目的;降低水灰比,該方式是提高混凝土強(qiáng)度的有效措施,降低了混凝土拌合物的水灰比能夠減少硬化混凝土的孔隙率,有效增加水泥與骨料之間的粘度,因而需要一定的技術(shù)措施來(lái)處理;另外還有濕熱養(yǎng)護(hù)、混凝土的齡期調(diào)整以及摻加外加劑來(lái)改進(jìn)施工工藝等等途徑提升混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。

2.7 增強(qiáng)底部設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),為了保障剪力墻的底部塑性鉸具有足夠的延性,進(jìn)一步提升抗剪切破壞能力,就要對(duì)塑性鉸部位加強(qiáng)抗震措施,比如進(jìn)行邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì),邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)大致分為約束邊緣構(gòu)件以及構(gòu)造邊緣構(gòu)件,此類(lèi)方式加強(qiáng)了該加強(qiáng)的部分,減輕了該減輕的部分,使得剪力墻的設(shè)計(jì)更加趨于合理。剪力墻的底部塑性鉸出現(xiàn)通常有一定的范圍,為了安全起見(jiàn),在底部設(shè)計(jì)時(shí)部位范圍適當(dāng)擴(kuò)大。底部高度在進(jìn)行提高時(shí)所選的值,來(lái)自于兩層底層與墻肢總高,由于剪力墻高度可能過(guò)大,如果在高層建筑中進(jìn)行設(shè)計(jì),需要在超過(guò)150 m 位置時(shí)將高度控制在墻肢的10%左右。

2.8 控制配筋設(shè)計(jì)

在建筑物的主體造價(jià)中剪力墻的配筋控制起到關(guān)鍵性的作用,與高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比,一般剪力墻的配筋都是按照規(guī)范規(guī)定的最小配筋率來(lái)構(gòu)造配筋,配筋設(shè)計(jì)需要根據(jù)剪力墻厚度進(jìn)行計(jì)算,在符合設(shè)計(jì)規(guī)范的情況下具體選擇,可以有效的控制剪力墻的墻身鋼筋用量,采用優(yōu)良的鋼筋材料是進(jìn)場(chǎng)前首先要做好的工作。

鋼筋材質(zhì)的選擇非常重要,其各類(lèi)合格證明等材料需要要個(gè)檢查清楚,確保合格的鋼筋才可以進(jìn)入施工場(chǎng)地。

剪力墻結(jié)構(gòu)在配筋時(shí)應(yīng)該將水平鋼筋設(shè)置在外側(cè),而垂直鋼筋則設(shè)置在內(nèi)側(cè)。比如在墻體厚度并未達(dá)到14 cm 時(shí)通常會(huì)使用雙排配筋,如果墻體厚度達(dá)到70 cm 左右時(shí)則使用三排配筋,通過(guò)這種方式可以使主筋受力較為均勻。除此之外還要注意對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的合理設(shè)計(jì),連梁對(duì)剪切變形十分敏感,很多情況下可能會(huì)出現(xiàn)超筋的現(xiàn)象,比如可以通過(guò)降低連梁截面的高度或者塑性條幅來(lái)減少剪力的設(shè)計(jì)值。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前建筑行業(yè)的快速發(fā)展,大量建筑項(xiàng)目在方案設(shè)計(jì)中提出了更高要求,因此,應(yīng)在原本的建筑結(jié)構(gòu)中進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,從而真正起到優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu),合理使用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。在合理利用這一建筑的使用優(yōu)勢(shì)后,可在建筑的整體穩(wěn)定性和抗震效果方面達(dá)到良好標(biāo)準(zhǔn),使建筑項(xiàng)目在后期使用階段保持良好質(zhì)量水平。