剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孟慶福　劉磊

摘 要：針對(duì)人們不斷增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，和現(xiàn)階段在我國(guó)土地資源緊張的現(xiàn)狀，高層建筑在蓬勃發(fā)展的同時(shí)也朝著功能用途多元化發(fā)展。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要考慮的就是建筑物的豎向傳力問(wèn)題。剪力墻結(jié)構(gòu)良好的抵抗側(cè)向力和承受傳遞豎向荷載的優(yōu)點(diǎn)使它成為高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)是以人們對(duì)建筑功能和質(zhì)量的要求越來(lái)越多的背景下產(chǎn)生的。在建筑中采用剪力墻結(jié)構(gòu)可以達(dá)到對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，剪力墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工中不僅抗側(cè)剛度大，提高建筑的抗震能力而且對(duì)鋼材的用量也會(huì)減少。隨著剪力墻在我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)中的地位的不斷提升，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的探討也越來(lái)越有實(shí)際意義。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)可采用框架、剪力墻、框架-剪力墻、板柱-剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系，不同的結(jié)構(gòu)有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，被應(yīng)用于不同的建筑當(dāng)中。

剪力墻結(jié)構(gòu)是由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)，“剪力墻（shearwall）”，在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011中稱抗震墻。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

剪力墻結(jié)構(gòu)的分類依據(jù)是剪力墻墻體上的開(kāi)洞以及開(kāi)洞的尺寸等。其中，不開(kāi)洞的為實(shí)體墻，開(kāi)洞的又根據(jù)洞的具體情況分為小開(kāi)口剪力墻、多肢剪力墻、壁式框架剪力墻。

實(shí)體墻是指截面墻體沒(méi)有開(kāi)洞或者開(kāi)洞面積小于墻體面積的15%。實(shí)體墻的承載力比較強(qiáng)，在受力變形時(shí)主要變形是曲型，畫彎矩圖時(shí)既不會(huì)發(fā)生反彎也不會(huì)產(chǎn)生突變。

整體上小開(kāi)口的剪力墻是指在墻體的開(kāi)洞面積不超過(guò)15%。小開(kāi)口剪力墻的變形主要是彎曲形變，在畫彎矩圖時(shí)雖然不會(huì)有反彎的情況但是可能發(fā)生突變。

多肢剪力墻是指墻體的開(kāi)洞面積過(guò)大或者開(kāi)洞洞口在墻體上成列狀分布。在受力時(shí)彎矩圖的變化和整體上小開(kāi)口剪力墻類似。

壁式框架剪力墻是指在墻體上開(kāi)洞尺寸較大并且墻肢線上的廣度和墻體的連梁線剛度相差不多。這種墻體的變形為剪切變形，受力特點(diǎn)和框架結(jié)構(gòu)類似。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)針對(duì)不同的建筑類型，施工方法也是不同的。比如居住性建筑，由于臥室和客房等房間面積都不太大，因此剪力墻結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆剪力墻。采用這種承重墻與隔墻合二為一的施工形式不僅僅可以使室內(nèi)框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔而且更加具有經(jīng)濟(jì)效益。但是剪力墻結(jié)構(gòu)仍然有一定的缺點(diǎn)，仍然以高層居住建筑為例。鋼筋混凝土墻體的自重本身就會(huì)加大建筑的荷載，在居住建筑中墻體的數(shù)量繁多因而對(duì)于地基的要求更加嚴(yán)格，也容易引起較大的地震反應(yīng)，因此會(huì)加大地基的造價(jià)和上部結(jié)構(gòu)抗震的造價(jià)。在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中往往采用構(gòu)造配筋的配筋形式，這樣的設(shè)計(jì)鋼筋的配筋率較低，結(jié)構(gòu)的延性較差。

歷年以來(lái)有關(guān)建筑物的剛度大小爭(zhēng)議不斷，但歷次的震害表明建筑的剛性越大震害越輕。但剛度越大，造價(jià)越高，因此建筑的剛度不能無(wú)限制的增大。在高層剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要充分考慮剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，進(jìn)而在控制造價(jià)的前提之下保證工程的質(zhì)量。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)要考慮三個(gè)原則：樓層之間最小剪力系數(shù)調(diào)整原則；樓層之間最大位移與樓層高之間的比例調(diào)整原則；剪力墻連梁超限調(diào)整原則。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵守樓層之間最小剪力系數(shù)調(diào)整原則。在設(shè)計(jì)時(shí)首先在保證安全的前提之下控制剪力墻的數(shù)量，進(jìn)而降低建筑物的自重，增強(qiáng)建筑物的抗震能力。一般來(lái)說(shuō)要保證第一振型底部地震傾覆力矩占總底部同類力矩的40%以內(nèi)。其次，可以對(duì)剪力墻的墻體進(jìn)行處理，一般采用大開(kāi)間的處理形式。通過(guò)這種處理，使剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得到增加，并且控制樓層之間的最小剪力系數(shù)，因而降低工程造價(jià)，減少建筑成本。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要遵守層之間最大位移與樓層高之間的比例調(diào)整原則。設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮樓層之間的剪切變形和扭轉(zhuǎn)變形。在進(jìn)行剪切變形處理時(shí)要合理設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，一般而言建筑的剪切變形是通過(guò)豎向受力構(gòu)件的數(shù)量來(lái)控制的，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致樓層之間發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。針對(duì)這種情況，在設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮剪切變形還要注意扭轉(zhuǎn)變形以及由于這些變形引起的樓層之間的位移變化。這些可能發(fā)生的問(wèn)題都要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中層之間最大位移與樓層高之間的比例調(diào)整原則。

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要遵守剪力墻連梁超限調(diào)整原則。當(dāng)剪力墻的跨高比不足2.5就可能出現(xiàn)剪力和彎矩不符合規(guī)定限度的現(xiàn)象。因而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中要盡可能保證這個(gè)比例大于2.5。值得注意的是，這個(gè)比例并不是越大越好，針對(duì)不同的構(gòu)件有不同的規(guī)定。比如在保證剪力墻的連梁高度不變的前提之下當(dāng)剪力墻連梁的跨高比介于5到6時(shí)就會(huì)出現(xiàn)超過(guò)規(guī)定的限度的彎矩剪力值的現(xiàn)象。因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)中如果需要大于5的跨高比就要采用框架梁的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中保證連梁在規(guī)定的范圍內(nèi)，不僅僅可以保證施工質(zhì)量還可以控制建筑成本。

4 設(shè)計(jì)中需考慮的要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)中要考慮剪力墻的數(shù)量、剪力墻的平面布置方法和其他因素。

剪力墻的數(shù)量并不是越多越好，而是要根據(jù)建筑等級(jí)和要求合理設(shè)定，否則不僅僅造成資源浪費(fèi)還會(huì)增加建筑自重。剪力墻的平面布置方法也是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的，不合理的設(shè)計(jì)會(huì)降低剪力墻的抗震能力。在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮工程造價(jià)等因素，進(jìn)而在預(yù)算范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出符合安全保障的剪力墻結(jié)構(gòu)。

5 結(jié) 語(yǔ)

剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)促進(jìn)我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化發(fā)展有重要意義。因此在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)建筑類型，建筑用途，建筑基礎(chǔ)情況對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮采用剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)以及設(shè)計(jì)原則，不斷探索新的設(shè)計(jì)施工工藝，進(jìn)而彌補(bǔ)剪力墻的缺點(diǎn)，使整個(gè)建筑的質(zhì)量更好，成本更低，施工更方便。

參考文獻(xiàn)

[1]慶彥營(yíng).剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中華民居，2013，24（21）32～33.

[2]呂瑞孝，姜?jiǎng)?高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需關(guān)注的要點(diǎn)[J].科技信息，2011，19（11）21～22.

[3]胡金焱.淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，31（23）13～14.

[4]蔡斌凱.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013，18（10）10～11.