剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及施工技術(shù)應(yīng)用研究

【摘要】建筑物數(shù)量和規(guī)模逐漸增加，不斷提升的建筑高度與復(fù)雜度都對(duì)抗震設(shè)計(jì)提出全新的挑戰(zhàn)。文中基于抗震設(shè)計(jì)原則提出剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括控制結(jié)構(gòu)參數(shù)、剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算與配筋、施工配件工具優(yōu)化等。結(jié)合某剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工方案對(duì)技術(shù)方法及應(yīng)用進(jìn)行研究，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作的實(shí)踐積累更多經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；施工抗震技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TU352.11 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）08-0146-03

0 引言

在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域，剪力墻結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的優(yōu)勢在高層建筑中占據(jù)了重要地位，特別是在抗震性能方面，剪力墻結(jié)構(gòu)具有側(cè)向剛度大、側(cè)移小、承載能力強(qiáng)、整體性好等優(yōu)勢。在水平荷載作用下，剪力墻能夠承擔(dān)大部分的地震作用，有效減輕對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，將有利于增強(qiáng)抗震目標(biāo)的針對(duì)性與設(shè)計(jì)合理性，在確保結(jié)構(gòu)安全性前提下，減少建設(shè)成本。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)原則

1.1 整體性原則

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮實(shí)際情況，合理地規(guī)劃與布置建筑物的總體結(jié)構(gòu)。因?yàn)榻ㄖ锏目拐鹉芰?huì)影響到建筑物的每個(gè)部分，所以設(shè)計(jì)師在進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須從整體角度進(jìn)行分析，全面地分析出影響抗震設(shè)計(jì)的各種因素[1]。確定每個(gè)部件的功能，通過不斷地優(yōu)化各個(gè)部件的設(shè)計(jì)條件，加強(qiáng)部件之間的協(xié)調(diào)，從而提升建筑的抗震能力。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師必須先弄清各構(gòu)件的受力特點(diǎn)，結(jié)合建筑工程所在地區(qū)的實(shí)際情況開展工程設(shè)計(jì)工作。通過對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與調(diào)整，既能保證建筑物的整體抗震性能，又能保證建筑安全性能，從而滿足建筑使用需求。

1.2 簡化原則

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)首先確定建筑抗震能力與構(gòu)造形式的相關(guān)性。通常情況下，構(gòu)造越簡單的建筑物，抗震性能就越好。對(duì)于某些構(gòu)造較為復(fù)雜的建筑，則應(yīng)依據(jù)它的受力分析來決定抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，或采用力學(xué)方法來控制整體平衡[2]。因此，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡化，可以極大地改善建筑物的抗震能力，還可以在一定范圍內(nèi)減小對(duì)建筑物的沖擊，從而保障建筑物的安全。

1.3 抵抗性原則

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平直接影響到建筑物的抗震性能，設(shè)計(jì)師應(yīng)將抗震問題放在首位，特別是要注重對(duì)建筑物的抵抗能力。通過持續(xù)地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，全面提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而保證建筑物的安全性和穩(wěn)定性。為進(jìn)一步提高剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能，減小震害對(duì)建筑物的破壞，設(shè)計(jì)師還應(yīng)按照特定的需求，確保構(gòu)件的受力平衡，從多個(gè)角度提高建筑物的穩(wěn)定性。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土墻板實(shí)現(xiàn)梁柱的功能，它能夠承擔(dān)不同荷載作用下的內(nèi)力，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在水平方向上保持穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土墻板承擔(dān)豎向與水平兩種作用力，又稱剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)地震設(shè)防烈度合理設(shè)置剪力墻數(shù)量，適當(dāng)采用新技術(shù)提高結(jié)構(gòu)橫向剛度。在抗震設(shè)防地區(qū)，通過對(duì)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整，確定框架結(jié)構(gòu)的數(shù)量和位置，使建筑既能滿足剛性要求，又能最大限度地發(fā)揮空間效應(yīng)，滿足當(dāng)前高層住宅建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。為確保住宅結(jié)構(gòu)安全可靠，可將框架梁改為與剪力墻等寬或等厚的框架梁，以確保結(jié)構(gòu)安全可靠。在同一框架梁上制作一組與之相同寬度或多個(gè)暗梁配筋，配筋應(yīng)滿足框架梁抗拉強(qiáng)度最小配筋比例，并按結(jié)構(gòu)要求合理布置。

2.2 控制結(jié)構(gòu)參數(shù)

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要滿足經(jīng)濟(jì)要求，又要滿足安全要求。①在墻體設(shè)計(jì)時(shí)，要注意層間位移、位移比等問題，保證相關(guān)參數(shù)符合規(guī)范規(guī)定；②設(shè)置剪力墻時(shí)，要注意避免主筋扭曲、偏心等現(xiàn)象；③在計(jì)算變形速率時(shí)，應(yīng)該考慮到剪力墻的偏心角，使各豎向變形率≤1.2；④對(duì)大開孔和倒手型預(yù)制構(gòu)件，在吊裝和注漿完成后，可采取型鋼固定等措施，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并將型鋼拆除；⑤已安裝好的混凝土外墻和陽臺(tái)所選用的吊車，應(yīng)是帶有分布梁的吊車；⑥將預(yù)制的墻板安裝就位，矯正后將其與樓板的預(yù)制連接螺栓用臨時(shí)的對(duì)角支撐進(jìn)行緊固，且每塊PC墻應(yīng)至少有兩道上斜支撐和下斜支撐。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算與配筋

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)它的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確計(jì)算，并確定施工過程中所需的鋼筋數(shù)量。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中還需對(duì)斜截面及抗彎承載力進(jìn)行計(jì)算，以確保其滿足設(shè)計(jì)要求。另外，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)布置時(shí)，通常采用豎向和水平向鋼筋，根據(jù)工程抗震要求確定墻體厚度。為充分發(fā)揮剪力墻的抗震、剛度等性能，部分建筑的一、二級(jí)剪力墻厚度超過1/16、總厚度＞200 cm。

2.4 施工配件工具優(yōu)化

在混凝土剪力墻施工過程中，要明確每一個(gè)施工構(gòu)件的功能。為滿足建筑行業(yè)對(duì)構(gòu)件的特殊要求，可能會(huì)選用比較大尺寸的構(gòu)件，所以在進(jìn)行輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的安裝要求進(jìn)行全面的分析。如需重新加工，也要符合加工的標(biāo)準(zhǔn)要求，主要是樓梯吊裝、樓梯隔墻吊件、螺栓、鋼板等。項(xiàng)目施工前要建立健全的質(zhì)量管理體系，針對(duì)監(jiān)督和管理施工情況，要求每一位管理人員的職責(zé)都要嚴(yán)格落實(shí)，以免出現(xiàn)問題無人負(fù)責(zé)的情況。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)施工抗震技術(shù)應(yīng)用

3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)建筑工程概況

某高層民用住宅工程共計(jì)26棟建筑，每棟建筑18層高，底層高4.5 m，其余樓層高3.1 m。高層建筑均采用裝配式框架-現(xiàn)澆剪力墻，混凝土選用C35強(qiáng)度等級(jí)，高層建筑剪力墻平面布置如圖1所示。

項(xiàng)目施工中，使用的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制主梁、預(yù)制次梁、預(yù)制柱、預(yù)制疊合樓板、預(yù)制樓梯及預(yù)制外掛板等6類，通過現(xiàn)場施工安裝及后澆混凝土澆筑來完成結(jié)構(gòu)施工。采用直螺紋套筒和灌漿套筒相結(jié)合的梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化施工，保障節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土澆筑質(zhì)量符合技術(shù)要求。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)施工抗震技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

1）轉(zhuǎn)換層預(yù)留鋼筋校正。為防止過渡層施工過程中出現(xiàn)積累誤差，在設(shè)置過渡層預(yù)制筋之前，先在距離墻約200 mm處的樓層板樣板上畫一條直線，再由一階基準(zhǔn)點(diǎn)拉回，以消除過渡層施工中的累計(jì)誤差[3]。在進(jìn)行混凝土澆筑之前，先把鋼筋安放在現(xiàn)澆混凝土墻上，再把鋼筋與現(xiàn)澆混凝土墻面連接，用定位板進(jìn)行糾偏與加固。為保證預(yù)制鋼筋在澆注及振搗過程中不發(fā)生傾斜，應(yīng)在混凝土澆筑表面0～30 mm的位置進(jìn)行。在完成混凝土灌注和垂直結(jié)構(gòu)提升之前，必須重新檢測埋置的鋼筋，以確保提升過程的安全性。

2）混凝土施工。下料時(shí)宜采用串筒、溜管等工具。攪拌混凝土?xí)r要保證兩次攪拌間隔不超過1.5 h，中間要用振搗棒連續(xù)攪拌，需在5 h以內(nèi)完成。在具體澆筑時(shí)，為盡量減少溫度應(yīng)力，可采用分層或分塊澆筑的方式將大面積墻體澆筑完成。施工人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)水平或豎向縫隙，減小約束程度，減小蓄熱有效降低熱量積聚，極大地減小溫度應(yīng)力，在一定程度上避免開裂。對(duì)混凝土中各種原材料要進(jìn)行科學(xué)、合理地配比，才能使各種原材料有效地結(jié)合在一起?；炷猎牧吓浜媳扰c混凝土材料參數(shù)如表1、表2所示[4]。

在鋼筋的制作與安裝過程中，要注重對(duì)其進(jìn)行表面潔凈，不能有任何損壞，如果有涂料或銹蝕，則要在使用之前清理干凈。在施工過程中，如果發(fā)現(xiàn)鋼筋上出現(xiàn)細(xì)小銹斑，則不允許在建筑施工中應(yīng)用，另外還要確保整個(gè)鋼筋都是筆直，沒有出現(xiàn)彎折部分。鋼筋材料參數(shù)如表3所示。

3）預(yù)制疊合板安裝。預(yù)制疊合樓板厚度0.6 cm，為防止?jié)仓r(shí)環(huán)梁鋼筋發(fā)生碰撞而造成破壞，應(yīng)在預(yù)制疊合板安裝完畢后綁扎環(huán)梁鋼筋，確保施工質(zhì)量。為確保裝配后的層板定位準(zhǔn)確，且符合設(shè)計(jì)圖紙要求，安裝位置的偏差要滿足相應(yīng)規(guī)范，有效地防止施工誤差[5]。在安裝疊合板前，要先行測量它的邊線及控制線，如果發(fā)現(xiàn)有誤差，則要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，再進(jìn)行下一步的安裝工序，以確保整體的裝配式層板達(dá)到規(guī)范要求。

4）預(yù)制墻體安裝。按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行預(yù)制墻體的標(biāo)準(zhǔn)化安裝，精確定位墻體位置，起墻前要提前放置墻體內(nèi)外的左右控制線，安裝墻體時(shí)要確保外墻外側(cè)的平整。另外，應(yīng)全面控制前置標(biāo)高，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可采用內(nèi)嵌式螺套對(duì)螺紋進(jìn)行調(diào)整。施工人員在施工過程中要合理控制鋼筋位置，嚴(yán)格按照規(guī)范要求施工。為保證施工進(jìn)度，可采用鋼絲繩對(duì)施工位置進(jìn)行合理調(diào)整，再對(duì)墻體垂直度及位置進(jìn)行調(diào)整。預(yù)制墻體安裝完畢后，要對(duì)墻體進(jìn)行垂直度檢查，如有偏差，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)妮o助支撐進(jìn)行調(diào)整，以保證整體墻體的安裝質(zhì)量符合規(guī)范要求。

5）后澆帶施工方法。后澆帶是為了防止混凝土收縮不均勻、沉降不均勻而產(chǎn)生的裂縫，宜設(shè)在結(jié)構(gòu)受力較小的部位，如梁板反彎處，以確保使用效果。后澆帶寬度一般為700～1 000 mm，間距30～40 m。在澆筑后澆帶之前，必須對(duì)施工縫中的垃圾、浮皮及松散的混凝土進(jìn)行清理，使底層混凝土的密實(shí)表面暴露出來。然后澆筑無收縮混凝土，采用比原有混凝土強(qiáng)度高一個(gè)等級(jí)的無收縮混凝土，以保證新老混凝土牢固連接。預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)采用焊接方式連接，定位準(zhǔn)確、綁扎牢固，后澆帶兩側(cè)應(yīng)增加混凝土墊塊及馬凳，提高保護(hù)層的厚度及穩(wěn)定性。

6）隔震技術(shù)。隔震技術(shù)通過在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層，以減小地震波對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)間精確設(shè)置隔震支座，保證支座位置精確、安裝牢固。高層建筑中常用的隔震結(jié)構(gòu)，如滑動(dòng)式隔震支座、高阻尼橡膠支座等，可有效地吸收、耗散地震波，減小地震波向上部結(jié)構(gòu)傳播。隔震支座與基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)之間的連接要符合設(shè)計(jì)要求，保證傳力路徑清晰可靠，安裝完畢后，需對(duì)隔震支座進(jìn)行調(diào)試、校驗(yàn)，保證其在使用狀態(tài)。懸掛隔震技術(shù)采用懸掛系統(tǒng)，分離建筑主體與地面或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，阻斷地震波直接傳遞，該技術(shù)利用懸掛系統(tǒng)的彈性和阻尼特性，消耗地震能量，從而保護(hù)建筑主體結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要運(yùn)用抗震技術(shù)，在確保建筑質(zhì)量的前提下，多角度地提升建筑整體抗震能力，對(duì)保證高層建筑的安全性具有重要意義。文中通過合理設(shè)計(jì)、優(yōu)化材料選擇、嚴(yán)格施工和實(shí)時(shí)監(jiān)測檢測等措施，進(jìn)一步提高剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，從而減少地震災(zāi)害對(duì)建筑物的破壞程度，保證群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡介]李晨（1989—），男，沈陽人，本科，工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。