論剪力墻結構在建筑結構設計中的應用

周任

摘 要：社會經濟的快速發展促進了建筑尤其是高層建筑行業的發展，高層建筑業已成為城市建筑的發展趨勢。鋼筋混凝土剪力墻結構的抗側剛度大、整體性好、經濟指標佳，在現階段的高層住宅結構設計過程中的應用較為廣泛。對剪力墻結構及其設計過程中必須驗證遵循的基本原則進行了分析，就剪力墻的布置及剪力墻結構計算等方面進行了簡要闡述。

關鍵詞：剪力墻；高層住宅；鋼筋混凝土；結構計算

中圖分類號：TU398.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.156

建筑工程項目施工建設過程中所應用的剪力墻結構，實際上就是將原建筑框架結構利用性能良好的鋼筋混凝土墻板對其替代，并以此來承擔建筑物荷載，這有利于對建筑結構水平力產生制約作用。簡單而言，即利用鋼筋混凝土材料制成的墻板替代原建筑水平、豎向荷載的墻體。從應用效果來看，無論是技術性，還是經濟性，剪力墻都有巨大的優勢。在實踐中，為了能夠有效節省建筑成本投入，采用剪力墻結構能夠有效應用于高層建筑工程項目，如果某建筑項目中應用的剪力墻過多，則剪力墻與筒體之間就會匯合在一起。值得一提的是，雖然我國建筑領域大量使用了剪力墻，但建筑墻體無法全部利用該種結構，以免會對建筑質量造成影響。

1 建筑中的剪力墻結構

嚴格意義上來講，剪力墻又被稱為抗震墻或結構墻，其中，主要部分是鋼筋混凝土。在建筑結構設計過程中，采用剪力墻結構能夠抵抗自重、使用荷載以及風荷載和地震力造成的水平及豎向力荷載。就高層剪力墻而言，其主要是以剪力墻結構作為主承受結構，支撐水平和豎向上的荷載和壓力。

2 設計原則分析

在建筑尤其是高層建筑住宅結構設計過程中，剪力墻是必不可少的部分，該種結構具有抗側剛度大、施工操作方便簡單等優勢。從剪力墻本身結構來看，其剛度相對較大，小震范圍內可保持一定的彈性；如果震作用相對較大，則連梁耗能以后就會有效吸收地震剪力，然后屈服，在塑性鉸的作用下使其協調變形，從而降低剪力墻結構剛度，地震作用也因此而減小。在結構優化設計過程中剛度較大時，地震抵抗能力就會越強。在實踐中可以看到，剪力墻無限增加，雖然可以增強結構剛度，但是也會增加自身的質量，進而使地震作用擴大化。在這種情況下，建筑工程項目施工建設費用和成本就會大幅度提升。因此，剪力墻結構經濟性與剛度關系的處理是提高設計質量的關鍵所在。

具體而言，在結構墻建設以及布設過程中，平面上的各個方向應當保持均勻，而且豎向上的構件切忌中斷；查看剪力墻結構試算結果，使結構的位移角接近規范限制，充分發揮剪力墻的抗側向剛度；核查計算結果，應當能夠有效滿足周期要求以及規范位移要求，其核查底部的剪力值應當處在合理范圍之內。上述操作的主要目的在于達到結構剛度合適、工程造價合理的目的。

3 剪力墻結構的布置

建筑剪力墻結構設計的過程中，首先應當滿足基礎要求，盡可能地減少該種結構的應用數量，對其長度進行嚴格控制，并盡可能地使其滿足平面以及豎向上的規則。同時，還要適量減少邊緣構件的應用量，然后通過優化布設數量相對較少的建筑剪力墻，卻獲得了滿足規范要求的抗側以及抗扭剛度。在布設剪力墻結構時，其基本步驟是：①中部弱，四周弱。在剪力墻結構布設中，應當最大限度地在外圍護墻布設，其結構位置盡量少用剪力墻布設，以此提高高層建筑主體抗扭剛度。②剛度沿高度均勻變化。墻厚應當按照建筑高度均勻變化，并且對其軸壓比進行嚴格控制，最大限度地減少剛度突變（高度方向上的變化）。實踐中，為了能夠有效滿足建筑底部位置的剪力抵抗客觀要求，提升墻體的抗震性和穩定性，在底部位置需適當加大墻體的厚度。③多采用L、T以及十字形等類型的墻肢。在剪力墻布設的過程中，應當充分考慮其連續轉折，優化布設小墻垛，以免對邊緣構件造成不利影響。④各墻肢軸壓比宜相近。在計算豎向荷載以后，確保墻肢軸壓比值接近，規范規定的軸壓比限值相差不大，減小地震力和自重。⑤整體布設剪力墻結構。在布設施工過程中，應當保持連續性，使剪力墻形成一個完整的體系，增強結構抗側剛度。⑥梁、板優化布設。在布設樓層梁時，應確保梁傳力路徑明確、簡潔，應盡可能地避免出現多重傳遞等現象。

總而言之，合理、完整剪力墻布置應當多布置外圍墻，剪力墻間必須有梁貫通，結合平面圖，使建筑需求與結構構件結合在一起。

4 剪力墻結構分析

4.1 試算分析

以典型建筑平面標準層為基準，建立一個初步的模型，根據層高和層數進行簡單組裝，不考慮地震作用先計算荷載，然后將墻肢軸壓比計算出來，使各墻肢軸壓比值達標，然后將剪力墻的厚度估算出來。同時，通過優整軸壓比值，對剪力墻長度、墻體厚度和建筑混凝土強度等級進行適當調整。

4.2 計算調整

在試算模型的基礎上，調整模型使層間位移角滿足規范要求。如果局部剛度偏弱，則可以通過局部增設剪力墻和加大墻厚的方式來解決。

如果周期比以及位移比等無法有效滿足要求，則應將剪力墻周邊改成框架梁，并適當提高連梁的高度，從而使結構的外圍剛度得以增強；減少剪力墻中部位置的布置量，使連梁高度降低，從而有效延長剪力墻的平動周期，使位移比、周期比得以優化調整；對結構振型曲線進行適當調整，確定位移最大點，適當進行結構加強。

5 計算中存在問題的處理方式

在實踐中可以看到，采用連梁加高方式進行處理的效果并不理想。因此，我們可以采用洞口寬度擴大、梁截面減小等方 式，有效增大剪力墻連梁跨高比，使其所承擔的地震力得以轉移。如果梁的調整比較困難，則可降低梁彎剪剛度，然后對其進行適當調整。通過小墻垛消除等方式，可以有效避免超筋、計算失真等現象出現。短肢剪力墻數量在剪力墻總數量中不宜過多，以免因局部結構構件承受地震力破壞屈服后，導致二道防線無法發揮其作用。

6 結束語

建筑剪力墻結構由于其具有的優點，目前，在高層建筑結構設計中得到了較為廣泛的應用。作為設計人員，應該了解剪力墻結構的相關理論，遵循結構設計基本原則，準確把握設計要點。只有這樣，才能有效發揮建筑剪力墻的作用。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕