裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

陳健

摘 要：隨著我國社會主義現(xiàn)代化進程的加快，我國經(jīng)濟得到了空前的改善，城市現(xiàn)代化建設(shè)的步伐也逐漸加快。為了適應(yīng)高質(zhì)量、高效率的建設(shè)，裝配式建筑迅速崛起，成為當(dāng)今建筑領(lǐng)域的重要組成部分。但是，對于性能更可靠的剪力墻結(jié)構(gòu)，需要更加全面的設(shè)計，明確設(shè)計要點，進一步強化實施各種控制措施。同時，要對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進行綜合考慮，合理有效地提高施工效率，充分利用裝配式建筑在建筑應(yīng)用中的便利和快捷優(yōu)勢。筆者結(jié)合多年的裝配式建筑設(shè)計施工經(jīng)驗，對結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計作了一定的探討，并對其在裝配式建筑中的合理應(yīng)用作了闡述，以期對后續(xù)裝配式建筑的應(yīng)用有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；建筑設(shè)計；剪力墻結(jié)構(gòu)

1 前言

新時代的來臨帶動了建筑行業(yè)的整體發(fā)展，裝配式建筑被大量采用，但在裝配式建筑設(shè)計中，剪力墻設(shè)計常常會出現(xiàn)一些問題。因此在實際設(shè)計施工中應(yīng)充分利用裝配式建筑的優(yōu)勢，合理設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)，避免施工過程中出現(xiàn)剪力墻質(zhì)量事故。目前，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是最重要的一環(huán)，在設(shè)計過程中應(yīng)充分結(jié)合工程實際情況，合理設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)，確保剪力墻結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中具有科學(xué)性。

2剪力墻結(jié)構(gòu)概述

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來取代梁和柱的框架結(jié)構(gòu)[1]。剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有良好的承載力，并且具有良好的整體性能和空間性能，它的抗側(cè)力比框架結(jié)構(gòu)更好。剪力墻的寬度和高度都比較大，但它的厚度較小，與板樓厚度相近，因此，它在墻體的平面內(nèi)具有非常高的抗側(cè)移剛度，而在墻體的平面外則具有非常低的剛度，此為剪力墻具有的幾何特征和受力特點。所以，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了要考慮剪力墻結(jié)構(gòu)的豎向承載能力外，還應(yīng)將其的彈性變形能力和抗震性能也納入其中。合理設(shè)計結(jié)構(gòu)類型和規(guī)模，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全。在水平荷載作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)為彎曲變形。但是由于對剪力墻結(jié)構(gòu)的間距有一定的局限性，使其在平面上的布局比較僵硬，因此，對于需要大面積的公共建筑來說，是不適宜的。這時就需要使用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其特征如下：首先，框架剪力墻是較好抗側(cè)力結(jié)構(gòu)；框架剪力墻結(jié)構(gòu)擁有一種有別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系，它自身并不是一個單一的結(jié)構(gòu)形式，而是由兩個結(jié)構(gòu)形式結(jié)合在一起形成的，采用剛度和強度都比較大的剪力墻與框架協(xié)同工作。既可構(gòu)成靈活的大空間，滿足了建筑功能的需要；與此同時，剪力墻結(jié)構(gòu)還能夠提高結(jié)構(gòu)整體的抗震和抗風(fēng)能力，減少結(jié)構(gòu)的位移。其次是框架剪力墻具有較強的抗震性能，對于高層建筑來說，框架剪力墻的抗震性能體系應(yīng)能充分滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[2]。當(dāng)震級相對較小時，建筑物沒有明顯的損壞，仍能正常使用；如果是中級地震，那么在修復(fù)之后，應(yīng)能夠恢復(fù)到原來的水平；當(dāng)?shù)卣鹁哂休^大震級時，確保建筑物本身不會受到較嚴(yán)重的塌陷危害。通常情況下，地震對建筑物的破壞是有方向性的，框架剪力墻能夠均勻分布在建筑周圍，有效抵抗水平荷載，提高整體結(jié)構(gòu)的承載力，最終實現(xiàn)建筑物抗震性能的優(yōu)化提升。

3裝配式建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑

第一，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑由于其自身的抗壓和抗拉性能，在大跨度建筑結(jié)構(gòu)中具有良好的應(yīng)用前景。在房屋建筑設(shè)計中，采用鋼結(jié)構(gòu)裝配大跨度的結(jié)構(gòu)，可有效地保證房屋空間布局的靈活性，使房屋空間利用率最大化。例如，大跨度鋼結(jié)構(gòu)裝配式房屋結(jié)構(gòu)在展覽館、體育館等建筑中得到廣泛應(yīng)用。

第二，大型房屋建筑項目的建設(shè)周期非常緊迫，大部分項目都是以鋼結(jié)構(gòu)為主要構(gòu)件進行裝配的。由于鋼結(jié)構(gòu)的施工周期短，施工簡單、快速、高效，因此被廣泛用于廠房、倉庫等大型建筑物。

第三，鋼結(jié)構(gòu)因其造價低廉，重量輕，抗震性能好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于高層建筑中。但鋼結(jié)構(gòu)裝配式因鋼材自身不耐火，其保溫、防腐、防火等施工過程較為復(fù)雜，導(dǎo)致其在高層建筑中應(yīng)用時存在諸多缺陷，且這些缺陷很難得到有效的解決[3]。

3.2混凝土結(jié)構(gòu)裝配式建筑

混凝土結(jié)構(gòu)裝配式建筑分為裝配式和全裝配式兩種，在施工過程中均需要人工拼接預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，其主要施工步驟如下：首先選取適當(dāng)?shù)呢Q向構(gòu)件，利用漿錨搭接或套筒注漿的方法將豎向構(gòu)件進行連接，并在上方安裝預(yù)制梁、板，再澆筑混凝土與預(yù)制梁板形成疊合層，從而組成整體裝配式結(jié)構(gòu)。為了提高裝配率、整體施工進度和效率，對于有些非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的施工，通常是通過裝配式結(jié)構(gòu)進行施工，例如預(yù)制外墻線條、預(yù)制樓梯和預(yù)制非承重墻板等等。當(dāng)前，因為全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的施工難度很大，在我國尚不多見。而且，混凝土結(jié)構(gòu)全裝配式建筑的施工過程比較復(fù)雜，對施工人員的技術(shù)有很高的要求，人工成本較高，經(jīng)濟效益較差。

4裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢

首先，裝配式建筑結(jié)構(gòu)能夠降低實際施工過程中的投資成本，相對于傳統(tǒng)的施工建筑，在實際使用過程中，許多質(zhì)量相對較輕的墻板被采用，從而方便施工人員開展相應(yīng)的施工作業(yè)。由于該墻板所具有的價格較為低廉，其安裝更為便捷，使得施工作業(yè)所具有的便捷性大幅度的提升時，降低原有施工成本。因此，開發(fā)單位要合理地分析項目開發(fā)過程中的效益比例，從而提高項目的效益[4]。

其次，為了縮短施工周期，在施工過程中要分析裝配式建筑的設(shè)計圖紙，在施工前對項目施工全過程進行深化設(shè)計，以縮短施工周期，提高施工效率，使施工對周邊環(huán)境的影響得以降低，使施工企業(yè)綜合效益提高。

最后，施工工藝在應(yīng)用過程中會呈現(xiàn)出更加簡單化的特點。裝配式建筑結(jié)構(gòu)在具體施工過程中會采用模塊化施工方法，施工人員根據(jù)其模塊結(jié)構(gòu)進行具體裝配，強化整體施工人員技術(shù)，嚴(yán)格落實相關(guān)要求，確保施工綜合效率提升。同時，在裝配式結(jié)構(gòu)施工中，對施工人員的整體素質(zhì)進行全面控制，保證施工質(zhì)量，使現(xiàn)場實際安全得到保障，從而為綠色建筑的發(fā)展打下一定的基礎(chǔ)。

5裝配式建筑剪力結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

5.1調(diào)整樓層位移與剪力墻布置數(shù)量比例

如果樓層所處區(qū)域發(fā)生地震較多，則應(yīng)按最大層位移標(biāo)準(zhǔn)值調(diào)整剪力墻布置數(shù)量比例，以降低地震對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響。設(shè)計單位必須確保整個剪力墻結(jié)構(gòu)的彎矩和變形不受影響，并把剪切變形作為主要考慮因素。設(shè)計中不僅要根據(jù)最大層位移調(diào)整構(gòu)件數(shù)量，應(yīng)進一步強化有關(guān)構(gòu)件的布置，以減小建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形，保證結(jié)構(gòu)中各樓層間的位移不會因為扭轉(zhuǎn)引起結(jié)構(gòu)中各樓層的位移過大。另外，因樓層間位移無法決定剪力墻結(jié)構(gòu)的豎向荷載強度，因此應(yīng)加強結(jié)構(gòu)縱向剛度與承載力，以減少層間位移的可能性[5]。

5.2調(diào)整剪力墻的連梁超限

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁跨高比較小，其相應(yīng)的彎矩和剪力強度都大大超過設(shè)計值，容易造成結(jié)構(gòu)斷裂，危及居民生命財產(chǎn)安全。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)連梁跨高比應(yīng)大于2.5，以保證其結(jié)構(gòu)強度良好，不受意外因素影響而造成結(jié)構(gòu)破壞。設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)有關(guān)部門的規(guī)定，選擇合適的跨高比，既要減少彎矩，又要保證剪力滿足建筑安全要求，從而保證整個的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計更加地科學(xué)、合理、高效。另外，我國規(guī)定，當(dāng)連接墻肢的梁跨高比小于5的情況下，此梁為連梁，應(yīng)進行剛度折減并保障連梁的抗剪。

6裝配式建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用策略

6.1科學(xué)合理地設(shè)計剪力墻位置

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，墻體位置的布置、墻體布置方式等都是非常重要的。首先，確定建筑結(jié)構(gòu)的主軸位置以及剪力墻的位置，然后根據(jù)主軸的不同方向設(shè)置雙向剪力墻，從而使建筑物的內(nèi)部空間分布更加合理。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，禁止采用單向放置設(shè)計模式，應(yīng)在兩個角度上對剪力墻結(jié)構(gòu)性能進行分析，來保證剪力墻結(jié)構(gòu)在各個方向上的振動頻率與振動周期具有相似性，這有助于保持墻體安全和穩(wěn)定。其次，剪力墻截面設(shè)計應(yīng)以規(guī)則與簡單性為基礎(chǔ)，剪力墻的抗壓能力和剛度較大，因此可以利用剪力墻的承載力來減輕建筑荷載，充分發(fā)揮剪力墻的作用。建筑剪力墻布置時，應(yīng)避免剪力墻分布過于密集，保證間距合理。在剪力墻布置設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)墻高標(biāo)準(zhǔn)縮減厚度，并綜合考慮混凝土等級。采用減少墻肢方式，按照工程項目標(biāo)準(zhǔn)提高其截面高度。但如果是在一個區(qū)域內(nèi)，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害頻繁，在這種情況下，如果剪力墻的高度過高，那么在地震發(fā)生后，剪力墻就易發(fā)生彎曲，另外，如果剪力墻太低的話，就有可能導(dǎo)致墻體發(fā)生脆性破壞。因此，在地震多發(fā)區(qū)，剪力墻的高度設(shè)計是重點，既要保證它的承載力，又要保證它的穩(wěn)定性。同時，有關(guān)人員在設(shè)計剪力墻時，應(yīng)先研究剪力墻的受力狀況，確保剪力墻結(jié)構(gòu)位置和孔洞位置具有科學(xué)性，確保剪力墻設(shè)計符合力學(xué)特性[6]。

6.2 對剪力墻彎矩進行科學(xué)控制

在建筑工程中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程實際需要，分析剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻的特點。盡管剪力墻的抗壓能力和承載力很強，但在平面以外的承載力相對較弱，這使得剪力墻連接部位由于平面外彎矩導(dǎo)致承載力較差，這是剪力墻常見的問題。因此，設(shè)計人員在剪力墻設(shè)計時應(yīng)有效地控制彎矩，設(shè)計剪力墻連接部位，使其具有與剪力墻外側(cè)相連接的結(jié)構(gòu)。在實際工作中，可以先布置梁墻位置，并根據(jù)軸線位置、軸線方向和剪力墻方向來合理地計算彎矩，從而保證設(shè)計的科學(xué)性。此外，應(yīng)合理設(shè)計扶壁柱，使剪力墻強度和剪力墻剛度均有較大提高，從而保證剪力墻質(zhì)量。如果剪力墻設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)該盡快修改設(shè)計方案，如未發(fā)現(xiàn)問題，則進行后續(xù)設(shè)計，并計算暗樁的配筋。同時，還可以設(shè)計出使梁端更加穩(wěn)定的構(gòu)件，對彎矩進行控制。

6.3處理好剪力墻延伸

在建筑剪力墻設(shè)計中，應(yīng)綜合考慮剪力墻的延性問題，采用科學(xué)的方法來優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保剪力墻的延展能力能夠滿足設(shè)計要求。由于剪力墻本身具有延性，為了充分發(fā)揮它的延展功能，應(yīng)采取多種有效的構(gòu)造措施保證控制軸壓比、最小配筋率等。

6.4有效地提升剪力墻性能

一般來說，建筑的壽命都是非常長的，所以剪力墻的作用需要很長一段時間才能發(fā)揮作用，所以必須保證剪力墻的強度和性能，并且在設(shè)計中應(yīng)該加強剪力墻的設(shè)計，確保剪力墻能夠滿足施工的要求，避免在使用過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)全面分析影響墻體的因素，以避免使用過程中出現(xiàn)的風(fēng)險，充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的作用。剪力墻結(jié)構(gòu)的性能、強度都會受到配筋率的影響，應(yīng)通過科學(xué)的計算和科學(xué)的設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。另外，相關(guān)人員要做好剪力墻邊緣部位的設(shè)計和控制工作，根據(jù)剪力墻的要求設(shè)計墻體邊緣，提高剪力墻質(zhì)量，使建筑工程能夠健康發(fā)展[7]。

6.5合理控制剪力墻的厚度

在建筑墻體設(shè)計中，既要保證墻體厚度達到建筑要求，又要保證剪力墻的承載力，根據(jù)剪力墻的軸壓比在滿足相關(guān)規(guī)范要求的前提下，自下而上合理減小墻體厚度，并防止墻體結(jié)構(gòu)在荷載作用下過早損壞，延長剪力墻使用壽命，滿足工程的經(jīng)濟性要求。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注意保證剪力墻厚度符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對穩(wěn)定性的要求，驗算通過后方可施工，使剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量達到建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

6.6 積極對設(shè)計人員進行培訓(xùn)

剪力墻設(shè)計人員的技能和素質(zhì)對剪力墻的質(zhì)量有很大的影響，要想提升剪力墻的質(zhì)量，確保剪力墻的穩(wěn)定，就必須要對設(shè)計人員進行訓(xùn)練，讓他們擁有足夠的專業(yè)技能，并且要在實際工作中，按照現(xiàn)場的實際情況來進行剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計。保證其合理性。第一，在招聘設(shè)計人員的時候，要對設(shè)計人員的資質(zhì)、設(shè)計能力展開審核和考核，并對設(shè)計人員的工作理念、核心素質(zhì)進行分析。選擇更優(yōu)秀的設(shè)計師。第二，對企業(yè)內(nèi)的設(shè)計人員進行培訓(xùn)，使每個設(shè)計人員都具備相應(yīng)的專業(yè)技能。第三，對設(shè)計人員實行責(zé)任制，將設(shè)計人員的工作素質(zhì)與其利益相聯(lián)系，明確設(shè)計人員的工作內(nèi)容和職責(zé)，如發(fā)現(xiàn)問題，及時追責(zé)，監(jiān)督整改，確保剪力墻設(shè)計質(zhì)量。

7結(jié)論

總之，隨著人們對建筑結(jié)構(gòu)的要求越來越嚴(yán)格，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會的要求。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)從多方面考慮，既要提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又要充分利用技術(shù)優(yōu)勢，使建筑設(shè)計更符合人們的居住要求。為此，有關(guān)部門應(yīng)繼續(xù)深入研究，根據(jù)工程實際需要，充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計上的優(yōu)越性，提高設(shè)計質(zhì)量。

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