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

錢鑫

【摘要】在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻設(shè)計(jì)是其中一個(gè)重要內(nèi)容，隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，剪力墻在高層建筑中的作用越來越重要。剪力墻本身的設(shè)計(jì)也逐漸成為一項(xiàng)專業(yè)性工作。在人們生活水平不斷提高，對建筑設(shè)計(jì)要求越來越高的背景下，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻設(shè)計(jì)的探討具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，建筑行業(yè)迅速發(fā)展。為 了滿足人們對建筑功能和建筑質(zhì)量的更高要求，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)顯得尤為必 要，剪力墻結(jié)構(gòu)在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大、 用鋼量小以及抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng) 用，目前已經(jīng)成為我國主要的建筑結(jié)構(gòu)形式之一。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要的地位，探討剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要的意義。

1. 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)和安排。在設(shè)計(jì)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(jì)，當(dāng)比值小于 3 時(shí)，可按照柱 體結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)，當(dāng)比值在 3～5 之間時(shí)，則按照雙向受壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(shí)容易使墻肢外彎，基于此，在設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，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(shí)，計(jì)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(jì)算出 局部受壓承載力。

2. 剪力墻優(yōu)劣勢分析

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，僅僅利用較少的鋼量就可以達(dá)到很高的剛度， 從而確保整體性良好。基于這種優(yōu)勢，目前剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高 層建筑工程中。住宅建筑的風(fēng)格多樣化進(jìn)展過程中，室內(nèi)的不均勻布置與 分隔墻在住宅建筑中應(yīng)用越來發(fā)揮多，建設(shè)單位多采用把承重墻與分隔墻 利用現(xiàn)澆混凝土的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性的要求，同時(shí)也滿 足業(yè)主需求。凡事都有兩面性，剪力墻結(jié)構(gòu)也存在著一定的缺點(diǎn)。在剪力 墻結(jié)構(gòu)中混凝土使用量較大，會不斷增加建筑結(jié)構(gòu)的重量，在發(fā)生地震等 災(zāi)害時(shí)，由于抗接側(cè)剛度大，上層將會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，從而對高 層人們的正常生活造成威脅。在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中，要有效發(fā)揮結(jié) 構(gòu)優(yōu)勢，避免劣勢問題，或采取相應(yīng)的補(bǔ)充措施，對缺陷進(jìn)行有效化解。

3. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

（1）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(jì)，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(jì)的時(shí)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）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(jì)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(jì)時(shí)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(jì)，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(gè)時(shí)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(shí)，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(jì)算時(shí)在墻上留洞，這樣能增強(qiáng)小 墻肢的配筋能力。

（3）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(shí)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(jì)。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(jì)；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。

（4）連梁設(shè)計(jì)。

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(shí)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(gè)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(jì)中 是不可或缺的環(huán)節(jié)，一旦設(shè)計(jì)失誤或是不合理，必然會對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè) 計(jì)帶來不良影響。所以，在進(jìn)行連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)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。

（5）合理設(shè)置邊緣構(gòu)件。

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中邊緣構(gòu)件的設(shè)置是一個(gè)重要內(nèi)容。從以往的 經(jīng)驗(yàn)我們可以看出有約束邊緣構(gòu)件的矩形截面剪力墻和無約束邊緣構(gòu)件 剪力墻相比有著明顯優(yōu)勢，極限承載力有了顯著提升，比無約束的提升了 40%。邊緣構(gòu)架通常分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩種類型，這兩種類 型的邊緣構(gòu)件的應(yīng)用需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行設(shè)置。一般情況下當(dāng)墻體平 均軸壓比不小于規(guī)定值的多層房屋一般設(shè)置的是約束邊緣構(gòu)件。一、二級 剪力墻底部加強(qiáng)部位以上的一般部位，三、四級和非抗震設(shè)計(jì)的高層建筑， 底部加強(qiáng)部位，相鄰上一層軸壓比小于規(guī)定值的多層房屋剪力墻，均應(yīng)設(shè) 置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。總的來說就是要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)合理的進(jìn)行設(shè)置。

4. 結(jié)束語

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(jì)層面下功夫，而剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和安 排對于建筑整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，我們必須遵循設(shè)計(jì)原則，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和 設(shè)計(jì)要求合理布置剪力墻結(jié)構(gòu)，使剪力墻結(jié)構(gòu)的價(jià)值得以充分發(fā)揮，為建 筑物整體質(zhì)量和安全奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。