解析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

藍(lán)培余

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑工程得以順利實(shí)施的基礎(chǔ)，是整個工程項(xiàng)目的工作重點(diǎn)，更是保證建筑結(jié)構(gòu)實(shí)用性、安全性和耐久性的關(guān)鍵。近年來，人們對建筑結(jié)構(gòu)提出了更高要求，而剪力墻結(jié)構(gòu)以其自身鮮明、突出的優(yōu)勢和特點(diǎn)成為了多層、高層建筑的必然選擇，在提高建筑結(jié)構(gòu)整體性、耐久性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。下面筆者就對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行探析，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計原則；墻肢

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，人們對工作、居住環(huán)境提出了更高要求，在這種情況下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也推陳出新，剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛。剪力墻結(jié)構(gòu)具有較大的抗側(cè)剛度和較小的側(cè)移能力，抗震效果也非常顯著，當(dāng)前已成為多層和高層建筑結(jié)構(gòu)的必然選擇。為了發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的整體應(yīng)用效果，必須把握其設(shè)計原則，掌握設(shè)計要點(diǎn)，使其不斷滿足復(fù)雜多變的建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新要求。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

剪力墻結(jié)構(gòu)主要由墻肢、連梁兩種結(jié)構(gòu)組成，具有良好的抗震性能和較高的剛度，其在建筑結(jié)構(gòu)中的主要作用是抵擋各種荷載特別是風(fēng)荷載，是建筑物的主要支撐結(jié)構(gòu)。為了使剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，必須對其進(jìn)行合理設(shè)計和安排。在設(shè)計過程中，應(yīng)遵循以下原則：

（1）控制剪力墻的高度和寬度。對于剪力墻結(jié)構(gòu)而言，其高度和寬度較大，厚度較小，在外形上類似于板狀，而受力形態(tài)卻趨向于柱子結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)根據(jù)外形墻體長度和厚度比值進(jìn)行設(shè)計，當(dāng)比值小于3時，可按照柱體結(jié)構(gòu)要求設(shè)計，當(dāng)比值在3～5之間時，則按照雙向受壓結(jié)構(gòu)設(shè)計，以更好滿足彈性、非彈性以及延伸性等要求。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)剛度和實(shí)際承載力較大，平面外的則較小，連接剪力墻和平面外梁時容易使墻肢外彎，基于此，在設(shè)計時應(yīng)盡量避免將兩者相連，如果必須連接，則要采取一定的保護(hù)措施。

（3）設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，必須充分考慮墻體水平、垂直方向上的作用力以及墻體整體結(jié)構(gòu)作用力，同時，計算正截面承載力，并按照斜截面受剪承載力進(jìn)行分析和驗(yàn)算。若墻體所受負(fù)荷作用比較集中且大，應(yīng)計算出局部受壓承載力。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

2.1 剪力墻肢種類

按照高度與厚度比，可將剪力墻的墻肢分為一般剪力墻和短肢剪力墻。如果剪力墻高度超過其厚度7倍即高度與厚度比為8：1時，為一般剪力墻，短肢剪力墻中剪力墻的高度和厚度比則為6：1。按照剪力墻墻面開洞大小可將剪力墻的墻肢分為整截面剪力墻、整體小開口墻、連肢墻、壁式框架等，其中，整截面剪力墻開洞或不開洞面積小于15%，這種剪力墻的變形主要為曲型，在整個墻肢高度上彎矩圖沒有彎點(diǎn)，不會發(fā)生突變；整體小開口墻開洞面積大于15%，變形主要是彎曲型，整個墻肢高度基本不存在反彎點(diǎn)，彎矩圖主要位置發(fā)生了突變；連肢墻或是開口較大，或是成列分部，受力特點(diǎn)與整體小開口墻類似；壁式框架有著很大的洞口尺寸，剪力墻的變形為剪切型，在受力特點(diǎn)方面與框架結(jié)構(gòu)十分相似。

2.2 剪力墻的具體結(jié)構(gòu)布置

剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用非常廣泛。一般而言，高層建筑需要具備良好的空間工作性能，所以其剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)置應(yīng)雙向布置，這樣才能在施工過程中形成完整的結(jié)構(gòu)空間，進(jìn)而提高建筑物抗震性能，特別是在抗震區(qū)域，剪力墻雙向墻體的剛度應(yīng)接近，平面分布要均勻平衡，剪力墻剛度中心與建筑物的中心位置要合理，這樣才能確保剪力墻穩(wěn)定性，使其具備較高承載力。對于截面較小的樓面梁的設(shè)計，可采用半剛接或鉸接的形式，這樣有利于避免剪力墻出現(xiàn)平面外彎。此外，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，約束性的截面剪力墻往往比無約束性的截面剪力墻的極限承載力大，抗震消耗能量也高，墻面穩(wěn)定性好，這就要求我們在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候考慮結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用效果和承載力，以此決定是采用約束性還是無約束性的邊緣結(jié)構(gòu)。

2.3 剪力墻中大墻肢處理

剪力墻結(jié)構(gòu)本身存在延伸性，所以在設(shè)計和施工中也需要具備相應(yīng)的延伸特性，這將直接關(guān)系到剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。為了避免剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性破壞現(xiàn)象，對于墻體長度較長的剪力墻，在設(shè)計時應(yīng)在確保其滿足承載力要求的基礎(chǔ)上采用分層間隔方法設(shè)計，將剪力墻分隔成一定數(shù)量的均勻的獨(dú)立墻段；對于墻體長度較小的剪力墻，其受彎產(chǎn)生的裂縫寬度就較小，這個時候可設(shè)置配筋，充分發(fā)揮墻體配筋的支撐作用。當(dāng)墻肢長度超過8m時，還可采取下面兩種方法避免脆性破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)：第一，開施工洞，也就是在施工期間在墻上留洞，等到完工后砌填充墻，將長墻肢變?yōu)槎虊χ坏诙谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)計算時在墻上留洞，這樣能增強(qiáng)小墻肢的配筋能力。

2.4 剪力墻截面厚度和墻體配筋

相關(guān)規(guī)定要求剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度要根據(jù)抗震等級系數(shù)選取。為了保證剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性、剛性和穩(wěn)定性，一、二級剪力墻底部加強(qiáng)部位墻厚應(yīng)大于200mm，大于層高的1/17，其他部位墻厚要大于160mm，墻端頭無翼墻或暗柱的時候，墻厚要大于層高的1/12，但是這些規(guī)定不適用于低高層和八度地震區(qū)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計。控制剪力墻配筋有利于結(jié)構(gòu)的安全性和工程的經(jīng)濟(jì)性，在1～3級抗震等級的剪力墻中，豎向、水平分布筋的最小配筋率應(yīng)大于0.3%，部分框支剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋率要大于0.35%，上述配筋率比較適用于高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計；對于低層建筑、結(jié)構(gòu)相對較矮小的建筑的剪力墻，其水平分布筋和配筋數(shù)量要適當(dāng)增加。

2.5 連梁設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁是連接墻肢與墻肢之間的梁。當(dāng)剪力墻受到水平荷載的時候，墻肢可能會出現(xiàn)扭曲情況，連梁裝置則能夠均衡墻肢的水平負(fù)荷力，改善墻肢受力狀態(tài)，對墻肢起到了一定的約束和穩(wěn)定作用。可見，墻肢之間的連梁對整個剪力墻結(jié)構(gòu)都具有重要作用，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中是不可或缺的環(huán)節(jié)，一旦設(shè)計失誤或是不合理，必然會對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來不良影響。所以，在進(jìn)行連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，設(shè)計師應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定適當(dāng)折減連梁結(jié)構(gòu)剛度和高度，適當(dāng)增加其跨度，從而降低結(jié)構(gòu)剛度，完善抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計，緩解地震作用的對剪力墻結(jié)構(gòu)的影響。另外，為了進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的承載力和抗震性能，設(shè)計師也可適當(dāng)增加剪力墻結(jié)構(gòu)厚度，增加連梁截面，使連梁裝置的作用得到最大限度發(fā)揮。

3 結(jié) 語

總之，為了滿足人們對工作、居住環(huán)境的高要求，我們在確保建筑結(jié)構(gòu)安全的前提下，還應(yīng)從設(shè)計層面下功夫，而剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和安排對于建筑整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計而言就顯得非常重要，其關(guān)系到建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性和實(shí)用性，關(guān)系著工程效益的發(fā)揮，所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)時，我們必須遵循設(shè)計原則，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計要求合理布置剪力墻結(jié)構(gòu)，使剪力墻結(jié)構(gòu)的價值得以充分發(fā)揮，為建筑物整體質(zhì)量和安全奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

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