剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

田 稷

（甘肅省建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種結(jié)構(gòu)在高層建筑中被大量運(yùn)用。剪力墻的結(jié)構(gòu)主要是由墻肢和連梁這兩種結(jié)構(gòu)組成，并且這兩種結(jié)構(gòu)分別有著不同的抗震性能和不同的建筑剛度，因此，在進(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),為了更好地展現(xiàn)出剪力墻結(jié)構(gòu)的運(yùn)用價(jià)值，設(shè)計(jì)人員需要有效把控設(shè)計(jì)的核心要點(diǎn)，以保證剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以符合建筑工程建設(shè)的整體質(zhì)量要求。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑物的核心支撐結(jié)構(gòu)，有著顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，也存在一定的缺陷問(wèn)題。

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

（1）剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性較強(qiáng)，且建筑成本較低。在保證剪力墻結(jié)構(gòu)品質(zhì)，完善建筑功能的同時(shí)，可控制工程建設(shè)成本。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度表現(xiàn)優(yōu)異，結(jié)構(gòu)功能相對(duì)完善，可以承載多種類型的負(fù)荷。

（3）在建筑工程中，剪力墻結(jié)構(gòu)與分割墻體的結(jié)合運(yùn)用，可有效拓展建筑物內(nèi)部的可利用空間，使其兼具美觀性與實(shí)用性。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的運(yùn)用缺點(diǎn)

（1）由于剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度優(yōu)異，倘若遭遇外力影響，便會(huì)展現(xiàn)出自主防御的特性，在相互作用力的影響下會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形情況。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架設(shè)計(jì)，會(huì)一定程度上造成墻體結(jié)構(gòu)自重的提升，留下一定的安全隱患。

（3）剪力墻施工成本相對(duì)較低，盡管可實(shí)現(xiàn)工程材料的節(jié)約使用，不過(guò)整體結(jié)構(gòu)的延續(xù)性仍待提升。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的主要類別

2.1 實(shí)體類剪力墻

實(shí)體類剪力墻是指建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒(méi)有洞口的剪力墻，此類剪力墻的平穩(wěn)性與負(fù)荷承載力較為優(yōu)異，一般不會(huì)產(chǎn)生品質(zhì)問(wèn)題。

2.2 小開(kāi)口整體剪力墻

此類剪力墻設(shè)計(jì)中留有洞口，洞口通常在剪力墻整體結(jié)構(gòu)約15%的面積以內(nèi)，這對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的負(fù)荷承載能力帶來(lái)顯著影響，連梁會(huì)產(chǎn)生反彎的情況。

2.3 聯(lián)肢剪力墻

聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有面積較大的洞口，這會(huì)對(duì)墻體結(jié)構(gòu)的完整性帶來(lái)顯著影響，無(wú)法有效保障剪力墻的負(fù)荷承載能力。

2.4 壁式框架剪力墻

壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)的洞口所占面積更為突出，墻體結(jié)構(gòu)所受到的影響也更為顯著，除去梁柱之外，其他交錯(cuò)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生一定的變形情況，剪力墻結(jié)構(gòu)也接近框架的內(nèi)力分布，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有待完善。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

3.1 拉通對(duì)直

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻中涉及的門(mén)窗與洞口需保證上層與下層結(jié)構(gòu)的全面對(duì)齊，有效設(shè)計(jì)好結(jié)構(gòu)的傳力途徑，全面提升剪力墻結(jié)構(gòu)的防震水準(zhǔn)。剪力墻結(jié)構(gòu)需沿著軸線拉通對(duì)直，并且需全面規(guī)避重疊等情況的出現(xiàn)，以保證整體建筑結(jié)構(gòu)功能的完善性與后期使用的平穩(wěn)性。

3.2 豎向貫穿

豎向剪力墻需保證由上到下，實(shí)現(xiàn)總體上的結(jié)構(gòu)貫穿。一般在剪力墻豎向出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，剪力墻墻體厚度也會(huì)有一定程度的改變，可借助控制剪力墻單元?jiǎng)偠鹊姆椒▉?lái)控制抗側(cè)剛度，規(guī)避剛度的突發(fā)性變化對(duì)抗震性能的影響。

3.3 洞口開(kāi)設(shè)控制

盡管開(kāi)洞會(huì)影響剪力墻的負(fù)荷承載能力，不過(guò)某些較長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu),需借助開(kāi)設(shè)洞口來(lái)分擔(dān)墻體所承受的負(fù)荷載，洞口之間借助弱梁接入，不過(guò)墻肢一般控制在8m 的范圍內(nèi),不能太長(zhǎng)。

3.4 建筑高度匹配

在剪力墻結(jié)構(gòu)類型挑選時(shí)，要合理設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)型式，以匹配建筑整體荷載，規(guī)避受力不均衡問(wèn)題的出現(xiàn)。

3.5 控制墻肢平面的外彎矩

伴隨工藝與材料的持續(xù)改進(jìn)，控制墻肢平面外彎矩的舉措更加多樣化，可借助提升豎直方向墻體體量的舉措，對(duì)墻肢平面外彎矩進(jìn)行全面把控；也可通過(guò)提升磚垛體量，來(lái)控制梁端所帶來(lái)的負(fù)荷壓力。倘若墻體截面相對(duì)有限，則可規(guī)劃成鉸鏈連接的模式，也可有效控制墻肢平面的外彎矩。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

4.1 墻肢的厚度與長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

剪力墻墻肢的長(zhǎng)度與厚度，對(duì)整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及后期穩(wěn)定性有顯著影響。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要充分結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況，從剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度層面來(lái)考慮，確定墻肢的長(zhǎng)度與厚度[1]。一般而言，高層建筑物內(nèi)部剪力墻結(jié)構(gòu)的墻肢體厚度需要控制在20cm 范圍內(nèi)，保證與填充墻的厚度相同。高層建筑基礎(chǔ)深埋在抗震設(shè)防區(qū)，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎(chǔ)埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；樁箱或樁筏基礎(chǔ)的埋置深度（不計(jì)樁長(zhǎng)）不宜小于建筑物高度的1/18，墻體的整體高度也需在5m 之上，墻肢厚度需要超出填充墻的整體厚度；下墻肢的整體長(zhǎng)度不大于8m，下跨的高度需高于6m?？拐饓Φ暮穸刃枰罁?jù)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)科學(xué)規(guī)劃，通常而言，倘若抗震性能需要達(dá)到一級(jí)水準(zhǔn)，則其厚度則必須提升到16cm 之上；倘若需要達(dá)到四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，則墻體的厚度則需至少保證有14cm。

4.2 合理設(shè)計(jì)剪力墻的配筋

在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中有著明確的要求，抗震等級(jí)為一～三級(jí)的剪力墻，豎向以及水平分布最小配筋率大約為0.25%，某些框支剪力墻底部增進(jìn)部位的配筋率也需要符合0.3%的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工程項(xiàng)目規(guī)劃中，若建筑物體量較大，則需要提升水平配筋率，尤其是在梁結(jié)構(gòu)等區(qū)域[2]。

4.3 連梁的規(guī)范化設(shè)計(jì)

建筑物內(nèi)部剪力墻結(jié)構(gòu)中，接入墻肢的便是連梁，在水平負(fù)荷載力作用下的墻肢會(huì)出現(xiàn)彎曲的情況，導(dǎo)致連梁端部產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，并產(chǎn)生內(nèi)力，導(dǎo)致墻肢的性能出現(xiàn)一定程度的下降，因此，應(yīng)從調(diào)控墻肢受力模式進(jìn)行改進(jìn)。而針對(duì)某些未調(diào)配連梁的剪力墻結(jié)構(gòu)而言,在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，需要把控以下核心環(huán)節(jié)[3-4]。

（1）折減連梁剛度。連梁的跨高相對(duì)有限，與連梁接入的墻肢剛度突出，在水平力作用下，會(huì)出現(xiàn)較大的內(nèi)力，容易引發(fā)連梁裂縫問(wèn)題，導(dǎo)致總體剛度下降。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需合理折減連梁的剛度，針對(duì)高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需借助彈性剛度來(lái)進(jìn)行研究整體的解析。不過(guò)抗震規(guī)劃中的剪力墻結(jié)構(gòu)連梁剛度相比墻體較低，所承載的彎矩會(huì)較為可觀，配筋無(wú)法有效運(yùn)作。通常情況之下，設(shè)防烈度相對(duì)較低，可全面控制折減，而相反則會(huì)導(dǎo)致折減的增多，不過(guò)折減系數(shù)要不低于0.5，以保證連梁承載負(fù)荷性能的平穩(wěn)性。

（2）拓寬洞口的寬度。在全面控制連梁高度的同時(shí)，提升洞口的整體寬度，可全面控制連梁剛度，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)剛度的全面下降，也讓地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)起到控制作用。

（3）增加剪力墻厚度。全面提升高層建筑內(nèi)部剪力墻厚度，等同于提升了連梁截面的寬度，這不僅會(huì)提升結(jié)構(gòu)的剛度，提升地震所引發(fā)的內(nèi)力，同時(shí)會(huì)讓連梁的寬度與負(fù)荷承載力呈現(xiàn)正比關(guān)系。若剪力墻的整體厚度提升，在應(yīng)對(duì)地震突發(fā)產(chǎn)生的巨大內(nèi)力時(shí)，則不能依據(jù)其厚度有效分散到剪力墻，可能會(huì)引發(fā)連梁抗剪承載力超出標(biāo)準(zhǔn)的情況。所以，在具體規(guī)劃中,需要依據(jù)工程建設(shè)的具體需求,開(kāi)展有針對(duì)性的調(diào)控，以切實(shí)保證剪力墻的效果，實(shí)現(xiàn)建筑整體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性。

4.4 墻體的防震加固設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成部分是墻體，墻體是承載壓力的基礎(chǔ)。在墻體設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展鋼筋配比計(jì)算，需要對(duì)縱向和橫向的承載能力進(jìn)行系統(tǒng)化驗(yàn)算，使鋼筋調(diào)配比例達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的防震需求[5]。同時(shí)，在建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,剪力墻的傾斜力矩比例應(yīng)控制在40%范圍內(nèi)，在地震力作用之下，可通過(guò)扭轉(zhuǎn)作用，將地震的負(fù)面影響控制在較低的范圍。依據(jù)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，橫梁剪切需高于2.5 的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，要特別把控好實(shí)際的跨度標(biāo)準(zhǔn)，在跨高比超出6 時(shí)，接頭的剛度會(huì)受到顯著影響，導(dǎo)致剪力墻出現(xiàn)超負(fù)荷承載力情況。因此，也應(yīng)全面作好跨度設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著建筑工程項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模及復(fù)雜程度的擴(kuò)大，對(duì)建筑的功能性要求也隨之提升，設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中開(kāi)展持續(xù)的優(yōu)化與創(chuàng)新，從而提升剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與安全性。未來(lái)在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從以下兩個(gè)方面做好優(yōu)化工作。

（1）剪力墻結(jié)構(gòu)的延伸特性對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性及耐久性有明顯影響，在未來(lái)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需進(jìn)一步明晰建筑物承載負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的要求，深化剪力墻的延伸性，以提升剪力墻設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)一步分析和規(guī)避影響墻體性能和質(zhì)量的因素，以提升剪力墻的整體強(qiáng)度及性能，保障剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程項(xiàng)目中的應(yīng)用價(jià)值得到最大化體現(xiàn)。