淺論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用

孫啟剛

平頂山平煤設(shè)計(jì)院有限公司 河南 平頂山 467000

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的定義

剪力墻結(jié)構(gòu)一般是指承載多種負(fù)荷所造成的橫向力和縱向力過程中，采用鋼筋混凝土板對(duì)結(jié)構(gòu)的橫向力予以有效控制。該結(jié)構(gòu)目前在高層和超高層建筑中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

剪力墻也被人們稱為擋風(fēng)抗震墻和結(jié)構(gòu)墻，所以剪力墻主要是承擔(dān)建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的多種負(fù)荷，此外其也是建筑結(jié)構(gòu)中起支撐作用的一個(gè)重要的組成部分。剪力墻能夠承擔(dān)縱向荷載與橫向荷載，與墻體和樓板能夠構(gòu)成一個(gè)相對(duì)較為完整的結(jié)構(gòu)體系。但是這一結(jié)構(gòu)體系無法拆除，所以靈活性較差。從當(dāng)前的建筑設(shè)計(jì)工作中我們也可以清晰地看到，剪力墻結(jié)構(gòu)需要消耗大量的施工材料，同時(shí)在施工中還增加了成本投入，施工難度相對(duì)也比較大，很多建筑單位在工程建設(shè)和施工的過程中都不是十分推崇這種結(jié)構(gòu)形式。所以設(shè)計(jì)人員在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中必須要充分地總結(jié)和歸納剪力墻結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢(shì)和不足，從而更好地找到技術(shù)的突破口。

1.3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣，在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用則更為廣泛。剪力墻主要是承受建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的風(fēng)荷載和水平荷載，所以剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中也是一個(gè)重要的支撐結(jié)構(gòu)。剪力墻在抗風(fēng)和抗荷載方面具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。比如在地震發(fā)生時(shí)，剪力墻可以吸收地震釋放出來的能量，同時(shí)還能很好地避免墻體結(jié)構(gòu)由于地震作用的影響而產(chǎn)生非常嚴(yán)重的損壞。而在這一原理的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)工作中一定要科學(xué)控制剪力墻的寬高比。剪力墻自身的高度和寬度均較大，但卻比較薄，墻體有著比較明顯的幾何形態(tài)，所以主要為柱狀結(jié)構(gòu)。但是墻體受力狀態(tài)和柱體的受力狀態(tài)還存在著較為明顯的差別。如果在合理范圍內(nèi)，則可按照柱體的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)完成設(shè)計(jì)工作。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中普遍為平面結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要承擔(dān)較大的水平應(yīng)力和彎矩力時(shí)，通常是沿平面發(fā)揮其作用。此外，結(jié)構(gòu)自身還需要承受縱向應(yīng)力。因此在設(shè)計(jì)過程中一方面要保證其彈性滿足設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)非彈性和延性也應(yīng)充分滿足設(shè)計(jì)的需要。在剪力墻設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員一定要綜合各項(xiàng)因素進(jìn)行全面分析，對(duì)重力和延展力進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算。在計(jì)算剪力墻承載力以及對(duì)其進(jìn)行綜合分析時(shí)，取值的科學(xué)性十分重要。應(yīng)分析計(jì)算出帶翼墻的寬度和門窗以及洞口之間的翼緣距離和剪力墻之間寬度的最小數(shù)值，一般而言，該數(shù)值為墻肢的十分之一[1]。

2 剪力墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中需要涉及很多方面的內(nèi)容，如設(shè)計(jì)的方法、整體的布局以及強(qiáng)度的控制等諸多方面都會(huì)影響到剪力墻結(jié)構(gòu)最終的設(shè)計(jì)質(zhì)量及設(shè)計(jì)效果。因此我們必須要在設(shè)計(jì)中充分了解并掌握剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)內(nèi)容，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

2.1 合理選擇剪力墻設(shè)計(jì)方法

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，若要更好地確保剪力墻結(jié)構(gòu)自身的安全性與穩(wěn)定性，不斷提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與水平，設(shè)計(jì)人員在日常工作中一定要選擇合理的剪力墻設(shè)計(jì)方法，保證施工方案的科學(xué)性以及有效性，確保設(shè)計(jì)人員在技術(shù)強(qiáng)度和穩(wěn)定性上都能得到有效的提升。因?yàn)槭軓潬顟B(tài)下的剪力墻本身延展性較好，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)將剪力墻設(shè)定為寬細(xì)狀，進(jìn)而使建筑工程更為安全和穩(wěn)定。此外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的具體情況在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。此外，還要積極參照過往剪力墻設(shè)計(jì)工作中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而能夠更好地為日后的剪力墻設(shè)計(jì)工作服務(wù)。在保證建筑工程建設(shè)順利進(jìn)行的同時(shí)，也能更好地保證剪力墻設(shè)計(jì)工作的改進(jìn)與完善。

2.2 提高布局合理性

設(shè)計(jì)者在剪力墻水平結(jié)構(gòu)布置工作中一定要最大限度地選擇對(duì)稱的設(shè)計(jì)方式，進(jìn)而能夠更好地保證剪力墻平面設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效果。這種布置形式一方面可以有效保證剪力墻自身的抗震效果，同時(shí)還可避免剪力墻設(shè)計(jì)中的扭矩問題。為了保證剪力墻設(shè)計(jì)以對(duì)稱的形式來布置，設(shè)計(jì)人員需要將剛度中心與重量中心設(shè)計(jì)在同一個(gè)位置。為了更好地保證剪力墻自身的抗震性，設(shè)計(jì)熱暖還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況減少剪力墻的種類。而在設(shè)計(jì)工作中必須要注意的一點(diǎn)是，設(shè)計(jì)者需要觀察剪力墻側(cè)向的剛度是否能夠滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體要求，其也成為確保建立墻結(jié)構(gòu)自身抗震性能的一個(gè)關(guān)鍵要素。

2.3 科學(xué)控制剪力墻的延展性

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，其延展性是一個(gè)非常關(guān)鍵的內(nèi)容。在建筑設(shè)計(jì)的過程中，采取科學(xué)措施對(duì)剪力墻的延展性進(jìn)行處理是必須要做到的一個(gè)工作。一般而言，剪力墻結(jié)構(gòu)本身就具備了良好的延展性，所以在設(shè)計(jì)工作中，必須要確保其本身具有非常強(qiáng)的延展性，只有這樣，才能確保剪力墻自身的整體性與耐久性。設(shè)計(jì)者在調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)延展性的過程中，為了更為有效地防止剪力墻結(jié)構(gòu)受到不必要的損害，在實(shí)際的工作中一定要確保剪力墻結(jié)構(gòu)的承載作用能夠滿足設(shè)計(jì)和施工的基本需要。在設(shè)計(jì)工作中還可以借助對(duì)稱設(shè)計(jì)方式和連貫式的設(shè)計(jì)方式，更好地保證剪力墻的承載力，進(jìn)而更好地保證剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果。

2.4 保證剪力墻強(qiáng)度及性能

剪力墻設(shè)計(jì)工作中，必須要對(duì)其強(qiáng)度和性能予以高度重視。建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范中已經(jīng)說明，在建筑設(shè)計(jì)和施工時(shí)，要采取有效措施保證剪力墻豎向和水平方向分布筋的配筋率，所有建筑的配筋率至少為0.25%，從而使建筑的抗震性能得以顯著提升。設(shè)計(jì)工作中，有關(guān)人員還應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的基本要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)構(gòu)造邊緣以及邊緣位置的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格控制。這種處理方式一方面可以更好地保證剪力墻的強(qiáng)度，同時(shí)還能優(yōu)化剪力墻的性能。剪力墻的抗震能力在這一過程中也得到了十分顯著的提升，所以對(duì)提高工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量也起到了非常積極的作用[2]。

3 工程案例分析

3.1 工程案例概述

某高層建筑是民商兩用的建筑，共為23層。其中，地下共1層，地上1～5層為商業(yè)廣場(chǎng)，其他部分為住宅區(qū)，建筑的總建筑面積為32133m2，抗震設(shè)計(jì)防烈度為7級(jí)。建筑的內(nèi)部一共有2個(gè)單元，采用350mm的分隔縫將其分開，本文主要以1單元的剪力墻結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行分析和探討。如圖1：

圖1 剪力墻結(jié)構(gòu)布置示意圖

3.2 剪力墻布置分析

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，必須要確保結(jié)構(gòu)的豎向和水平承載力要求，剪力墻應(yīng)在隔墻的位置上，同時(shí)還要最大程度減少邊緣構(gòu)件的數(shù)量。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定與要求，剪力墻截面的厚度一定要滿足設(shè)計(jì)的規(guī)定，要能夠充分發(fā)揮自身的結(jié)構(gòu)性能。該工程商業(yè)廣場(chǎng)部分的核心筒樓梯處為剪力墻的位置，其厚度為150mm、240mm、300mm，其余的位置為400mm，住宅區(qū)剪力墻的厚度為200mm。

3.3 梁板布置分析

高層建筑中，梁板的跨度相對(duì)比較小（經(jīng)特殊工藝處理之后的樓板除外）。樓板布置中通常是配筋和梁的布置，同時(shí)還要具備十分明確的傳力路徑，進(jìn)而可以更好地保證傳力效果。該工程部分剪力墻所采用的是C50混凝土，而5～10層采用的是C45混凝土，11～18層采用的是C40混凝土，其余的樓層采用的是C35混凝土。梁板在商用的部分采用的是C40混凝土，而民用的部分采用的是C35混凝土。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)得到了較為廣泛的應(yīng)用，同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)建筑的穩(wěn)定性都有著十分顯著的影響。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，我們必須要對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)加以控制，只有這樣，才能更好地發(fā)揮其積極的作用與價(jià)值，不斷完善剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，也能對(duì)其在更廣的范圍內(nèi)加以應(yīng)用起到非常積極的推動(dòng)作用。