淺析裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王忠偉

皖創(chuàng)環(huán)保股份有限公司 安徽 合肥 230000

引言

本文從裝配式建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和剪力墻結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)出發(fā)，著重論述其設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，并對其進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，以達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果。同時，為了推動裝配式建筑的發(fā)展，豐富其建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，必須對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的思考，確定其設(shè)計(jì)重點(diǎn)，并充分考慮措施選擇的合理性，從而使裝配式建筑的設(shè)計(jì)方案更具科學(xué)性，進(jìn)一步提高其實(shí)用價值，并使其發(fā)揮更大的作用。

1 裝配式建筑結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1.1 裝配式建筑結(jié)構(gòu)概述

要真正做到科學(xué)地運(yùn)用裝配式建筑結(jié)構(gòu)，就必須掌握有關(guān)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[1]。

1.1.1 通過對設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)工作機(jī)制等因素的綜合應(yīng)用，可以使其更好地發(fā)揮設(shè)計(jì)工作的有效性，拓寬設(shè)計(jì)工作的思路。

1.1.2 了解裝配式建筑的建設(shè)情況，強(qiáng)化對其結(jié)構(gòu)狀態(tài)的分析，嚴(yán)格控制相關(guān)設(shè)計(jì)方案的制定，以保證裝配式建筑在建設(shè)和使用中的穩(wěn)定性。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻分為實(shí)體剪力墻、整體小開口剪力墻、雙肢或多肢剪力墻以及壁式剪力墻。在工程實(shí)踐中，有洞口和沒有洞口為實(shí)體剪力墻，在實(shí)際運(yùn)用中可以為豐富的建筑結(jié)構(gòu)形式和提高使用效果等提供技術(shù)支撐。

圖1 裝配式剪力墻

在實(shí)際工程中，整體小開口剪力墻的變形以彎曲為主，在實(shí)際應(yīng)用中幾乎沒有反彎點(diǎn)，可有效地提高現(xiàn)代建筑物的穩(wěn)定性和使用效果；在工程實(shí)際中，如果有較大的洞口，則一般采用雙肢或多肢剪力墻，這樣可以提高結(jié)構(gòu)的施工和使用質(zhì)量；壁式框架剪力墻也有較大的洞口，但其受力特征與其他墻體不同：樓層處的彎矩會出現(xiàn)突變，出現(xiàn)彎點(diǎn)。了解各種不同形式的剪力墻的基礎(chǔ)知識，同時重視其設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，從而獲得實(shí)用價值的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而科學(xué)地運(yùn)用高質(zhì)量的剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

通過對剪力墻結(jié)構(gòu)的功能特性及應(yīng)用價值的了解，為了更好地進(jìn)行其設(shè)計(jì)工作，并進(jìn)一步完善其設(shè)計(jì)，必須遵守有關(guān)的設(shè)計(jì)原則。其具體內(nèi)容有以下幾點(diǎn)[2]。

2.1 最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和布局等方面考慮，提出在一定水平地震荷載作用下，剪力墻應(yīng)該盡量減少，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮大開間剪力墻，以改善剪力墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的側(cè)向剛度，保證剪力墻結(jié)構(gòu)的正常工作狀態(tài)。在設(shè)計(jì)時，應(yīng)嚴(yán)格遵循最小剪力系數(shù)調(diào)整原則，從而設(shè)計(jì)及出抗震性能更好的剪力墻結(jié)構(gòu)，以達(dá)到更好地發(fā)揮其在裝配式建筑中的作用，同時也不會影響其結(jié)構(gòu)性能和使用價值。

2.2 最大位移與層高之比的調(diào)整原則

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)避免樓層之間發(fā)生較大的位移，合理應(yīng)對剪力墻結(jié)構(gòu)的剪切變形。因此，在設(shè)計(jì)時，要充分考慮各樓層之間的最大位移與層高之比的調(diào)整原則，從而為剪力墻結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)目的和提高應(yīng)用效果等提供技術(shù)保障。

2.3 連梁超限的調(diào)整原則

為保證剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠取得理想的效果，同時又能保證其設(shè)計(jì)的可靠性，必須全面考慮連梁超限調(diào)整的原則。在設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對連梁橋跨比的控制，使其在最大彎矩、剪力不超限的情況下，適當(dāng)?shù)卦黾悠淇绫?。同時，在考慮到工程造價的影響下，調(diào)整連梁跨比和剛度，充分考慮其適用性，以確保其在裝配式建筑中的使用價值。

3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

在了解裝配式建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、剪力墻結(jié)構(gòu)的使用價值等之后，應(yīng)科學(xué)合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)，并能有效地進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)。

3.1 注重剪力墻的合理布置

為了使剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加合理和科學(xué)，應(yīng)充分考慮其合理的布置，應(yīng)該完成以下工作[3]。

3.1.1 采用均勻布置和分散布置的方法，進(jìn)行剪力墻的布置，并綜合考慮墻體長度是否符合實(shí)際要求、平面布置是否合理，從而達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果，為裝配式建筑結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)化和使用質(zhì)量的提升提供技術(shù)上的支撐。

3.1.2 在進(jìn)行剪力墻的布置時，應(yīng)注意合理的間距，根據(jù)裝配式建筑的具體情況，合理選擇剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，以提高其設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高其使用效率。同時，要科學(xué)地分析已布置的剪力墻的使用狀況，并運(yùn)用設(shè)計(jì)人員的專業(yè)知識，對其進(jìn)行優(yōu)化，以提高其在裝配式建筑中的使用效果。

3.2 充分考慮建筑高度及層數(shù)要求

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高設(shè)計(jì)方案質(zhì)量時，應(yīng)充分考慮裝配式建筑的高度、層數(shù)等因素，編制并實(shí)施有關(guān)的設(shè)計(jì)工作方案，以保證剪力墻結(jié)構(gòu)在工程中的安全應(yīng)用。同時，考慮到建筑高度和層數(shù)的要求，可以使剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用效果更為顯著，從而豐富了其設(shè)計(jì)內(nèi)容，為以后的裝配式建筑的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，減少其的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，并使其的良好的使用狀況得以維持，同時又不會影響到其的使用質(zhì)量和潛在的使用價值。

3.3 其他方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.3.1 關(guān)注過渡層設(shè)計(jì)。如果采用帶過渡層的剪力墻結(jié)構(gòu)，這將會對結(jié)構(gòu)的受力效果產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)的整體性能產(chǎn)生潛在的威脅。在不充分地考慮到過渡層的荷載，剪力墻結(jié)構(gòu)的性能會受到影響。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重過渡層的設(shè)計(jì)，在圈梁和其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的支撐下，逐步建立起框架結(jié)構(gòu)體系，及時地傳遞地震側(cè)向力，從而實(shí)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目的以及提高裝配式建筑質(zhì)量[4]。

3.3.2 重視連梁設(shè)計(jì)。在實(shí)際工程中，連梁的結(jié)構(gòu)可靠度對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能有很大的影響。所以，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)著重考慮連梁的設(shè)計(jì)問題。設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極進(jìn)行強(qiáng)剪、弱彎等連梁的驗(yàn)算、計(jì)算，避免人為地增大縱筋。為了保證剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須對其進(jìn)行合理的截面控制，以便為今后的設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)；結(jié)合工程設(shè)計(jì)需求，以及連梁的功能特點(diǎn)，在實(shí)際工程中，應(yīng)對連梁跨高比進(jìn)行嚴(yán)格的控制，通過相關(guān)的數(shù)據(jù)和技術(shù)手段，以提高其抗剪強(qiáng)度計(jì)算的精確度，使其在剪力墻結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)化中，最大限度地發(fā)揮其應(yīng)用價值。同時，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分了解連梁在其中的重要作用，推動有關(guān)設(shè)計(jì)工作的落實(shí)，加強(qiáng)連梁設(shè)計(jì)的專業(yè)性和實(shí)用性。

3.3.3 滿足抗震要求，設(shè)置底層框架柱網(wǎng)。在實(shí)際工程中，裝配式建筑由于受地震作用，結(jié)構(gòu)受力主要集中于底層，容易引起結(jié)構(gòu)的變形。因此，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時，需要在行業(yè)技術(shù)規(guī)范的指引下，考慮抗震設(shè)防烈度的劃分，以達(dá)到裝配式建筑的抗震要求，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的使用價值。同時，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)充分考慮到底層框架柱的合理布置，以保證剪力墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中的使用狀況，從而達(dá)到科學(xué)的設(shè)計(jì)目的。

4 常見疑問及解決辦法

4.1 剪力墻鋼筋保護(hù)層的問題

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆剪力墻通常具有15mm厚的保護(hù)層。在預(yù)制剪力墻中，套管最外面的混凝土保護(hù)層不得小于15mm，否則，其鋼筋保護(hù)層與模型計(jì)算結(jié)果不相符。所以，在進(jìn)行預(yù)制混凝土剪力墻設(shè)計(jì)時，必須對二者進(jìn)行檢驗(yàn)[5]。

4.2 疊合板的受力分析問題

疊合樓板一般包括現(xiàn)澆樓板和預(yù)制樓板，根據(jù)接縫結(jié)構(gòu)、支座結(jié)構(gòu)和長寬比的不同，可劃分為單向或雙向兩類。按長寬比確定的雙向板，將樓板分為兩個單向密縫的樓板，考慮到其為單向板，在設(shè)計(jì)時只考慮了單向板的導(dǎo)荷計(jì)算。然而，在使用過程中，力會通過最短的路徑進(jìn)行傳遞，所以樓面的實(shí)際受力仍然是雙向板，所以不能以人為標(biāo)準(zhǔn)的單向板來進(jìn)行。不同的導(dǎo)荷方式會造成相鄰梁構(gòu)件的計(jì)算結(jié)構(gòu)不同，在設(shè)計(jì)時不重視這一點(diǎn)，存在著一定的安全風(fēng)險。

4.3 疊合梁剛度的放大問題

在計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移時，按翼緣條件下，樓面梁剛度增大系數(shù)為1.5～2.0，而邊梁增大系數(shù)為1.2～1.5?！陡咭?guī)》要求：在采用疊合樓板時，應(yīng)將疊合板的增大作用納入到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算中，而中梁的增大系數(shù)為1.3～2.0，而邊梁的增大系數(shù)為1.0～1.5。

4.4 吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

在裝配式建筑工程中，裝配式建筑構(gòu)件的吊裝是施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在吊裝期間，由于構(gòu)件的重心不穩(wěn)定，會導(dǎo)致構(gòu)件在下落過程中過快，使其在半空中飄蕩，導(dǎo)致在離心力作用下發(fā)生脫鉤事故。同時，在安裝過程中，節(jié)點(diǎn)的連接也會受到影響。吊點(diǎn)的選取與構(gòu)件質(zhì)量、預(yù)制構(gòu)件的安裝以及吊裝管理的安全有著密切的關(guān)系。

5 關(guān)于提高剪力墻結(jié)構(gòu)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的對策

5.1 嚴(yán)格把控剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

為了提高剪力墻的設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制其設(shè)計(jì)過程。

5.1.1 在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該逐步健全整個設(shè)計(jì)過程的控制機(jī)制，這為以后的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提高奠定了基礎(chǔ)。

5.1.2 注重運(yùn)用信息化手段和精細(xì)化管理手段，對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化，以提高其在實(shí)際工程中的技術(shù)水平。

5.2 加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究

針對目前的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，在提高其設(shè)計(jì)水準(zhǔn)時，需要繼續(xù)加強(qiáng)這一領(lǐng)域的研究。其具體表現(xiàn)有以下幾點(diǎn)。

5.2.1 對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的理論研究，并將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，為此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供更多的支持，使其在實(shí)際中得到充分的應(yīng)用。

5.2.2 通過對剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際分析，總結(jié)其工作經(jīng)驗(yàn)，為今后的設(shè)計(jì)工作提供有力的支撐，以提高其設(shè)計(jì)水平。

5.3 其他方面的措施

在對提高剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平進(jìn)行分析的同時，還應(yīng)注意到在上述各方面的科學(xué)運(yùn)用。

5.3.1 通過對專業(yè)人才的培養(yǎng)、激勵和問責(zé)機(jī)制的落實(shí)，同時為滿足剪力墻結(jié)構(gòu)專業(yè)化設(shè)計(jì)的要求，逐步提升設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技術(shù)和基本素質(zhì)。

5.3.2 通過強(qiáng)化剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果評估，制定相應(yīng)的評估方案，及時解決這些問題，以保證今后的工程應(yīng)用水平，從而推動我國裝配式建筑工程的可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)束語

總之，通過明確不同的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，合理使用相應(yīng)的控制措施，能有效地提高剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，達(dá)到科學(xué)的設(shè)計(jì)要求，并使其利用價值最大化。因此，今后在強(qiáng)化裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和提高剪力墻結(jié)構(gòu)的使用水平時，應(yīng)充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，切實(shí)落實(shí)設(shè)計(jì)工作，為今后有效地進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。