建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻設(shè)計(jì)分析

劉海芳

（北京中環(huán)世紀(jì)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，北京 100097）

基于現(xiàn)代人對(duì)于房屋建筑的穩(wěn)定性以及安全性的較高要求，使得剪力墻的設(shè)計(jì)在整個(gè)建筑工程當(dāng)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著舉足輕重的地位。對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員們來說，先要對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)十分了解，然后按照建筑外型選擇切合實(shí)際的結(jié)構(gòu)形式，選擇符合實(shí)際情況要求的結(jié)構(gòu)，并且還要具有設(shè)計(jì)較好的抗震性、抗風(fēng)性能的結(jié)構(gòu)，以確保建筑結(jié)構(gòu)的合理性、安全性和可靠性。在保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)亟档驮靸r(jià)，從而保證經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。這些方面也是今后的設(shè)計(jì)發(fā)展的主流方向，同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況以及相關(guān)法律法規(guī)做相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)的過程中，為了保證建筑物自身的重量降低，并且同時(shí)可以增強(qiáng)建筑物的抵抗地震的效應(yīng)能力。應(yīng)在規(guī)定的系數(shù)范圍之中，盡可能地減少剪力墻使用的數(shù)量，將樓層的最小剪力系數(shù)準(zhǔn)確、完整的控制在設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求范圍之內(nèi)。

在設(shè)計(jì)剪力墻的過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)剪力墻的內(nèi)部強(qiáng)度比外部強(qiáng)度要高，所以，設(shè)計(jì)師一般會(huì)對(duì)剪力墻內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算、分析，然而對(duì)于剪力墻外部就不會(huì)去進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，運(yùn)用外加防護(hù)使承載能力達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，從而保證施工質(zhì)量的要求。

在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，不僅要對(duì)剪力墻在水平方向和垂直方向進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，還應(yīng)該對(duì)剪力墻模版撓度和承載能力進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，確保建筑物質(zhì)量能夠達(dá)到建筑物本來的要求，同時(shí)，也能更好滿足人們對(duì)居住環(huán)境的要求。

剪力墻在受力時(shí)要求較高，所以寬度會(huì)相對(duì)較大，這種情況和結(jié)構(gòu)柱相似。所以在對(duì)這種建筑物進(jìn)行相應(yīng)的受力分析時(shí)，需要分別針對(duì)剪力墻的寬度、高度和跨度進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，從而使其達(dá)到更高的精確度，以保證在質(zhì)量方面能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)布置

高層建筑應(yīng)該為空間留出足夠的地方，因此剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該采取雙向的方式進(jìn)行布置，這樣就能形成空間的結(jié)構(gòu)。所有剪力墻的受力點(diǎn)應(yīng)當(dāng)均衡的布置，讓建筑物質(zhì)心和剪力墻的剛度中心盡可能地重合，從而達(dá)到扭轉(zhuǎn)相應(yīng)減小的目的。特別是頻發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)避免單向設(shè)計(jì)這種方式進(jìn)行布置剪力墻結(jié)構(gòu)，而且應(yīng)該讓兩個(gè)方向的剪力墻的剛度相對(duì)接近。還可以通過對(duì)墻肢的長(zhǎng)度和連梁的高度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整或者改變，從而對(duì)剛心的位置進(jìn)行調(diào)整。剪力墻抗側(cè)剛度的數(shù)值越大，結(jié)構(gòu)自振的周期相對(duì)就越短，可以承受的地震作用就相對(duì)越大，對(duì)結(jié)構(gòu)來說就相對(duì)上越不利。因此，可以利用剪力墻的承載力以及抗側(cè)剛度兩項(xiàng)指標(biāo)都相對(duì)較大的特點(diǎn)，竭盡所能地對(duì)縱橫墻體的厚度進(jìn)行適當(dāng)減少，也可以適當(dāng)?shù)夭捎弥鞔谓Y(jié)構(gòu)，以此來對(duì)墻體的距離進(jìn)行加寬，盡可能地減少墻的數(shù)量，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度進(jìn)行降低并且同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的重量進(jìn)行相對(duì)減輕，減少墻體剪力與彎矩。

3 連梁設(shè)計(jì)

在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中，因?yàn)殚_間較小或者墻長(zhǎng)較長(zhǎng)，開洞后就形成了連梁，如果兩墻肢的中間出現(xiàn)了跨高比相對(duì)較小的連梁的情況，在計(jì)算的過程中，有可能發(fā)生連梁抗剪超過限定標(biāo)準(zhǔn)的情況，那么通常，有下面幾種解決的方案。

（1） 增大截面面積，提高連梁自身抗剪能力，但是隨著連梁的剛度越來越大，其相應(yīng)內(nèi)力也越來越大，因?yàn)槠鋵?duì)抗剪能力提高是有限的，在梁寬不變的情況下，可以通過采用對(duì)梁寬加寬的方法，使抗剪力的提高值大于分擔(dān)剪力增加值，雖然加寬截面面積對(duì)連梁剛度貢獻(xiàn)相對(duì)較小，僅僅是線性關(guān)系，但是也可以起到一定的作用。

（2） 調(diào)整設(shè)計(jì)的內(nèi)力，在增大連梁的截面面積對(duì)提高抗剪的能力沒有較大的效果的時(shí)候，還可以人為的調(diào)整內(nèi)力，對(duì)連梁的剛度進(jìn)行相應(yīng)的折減，再控制剪力的分配比，從而解決連梁的抗剪問題。其中，調(diào)控方法最簡(jiǎn)單的是在參數(shù)選取時(shí)，調(diào)整連梁的剛度折減系數(shù)，但是這種辦法僅針對(duì)內(nèi)力進(jìn)行配筋計(jì)算的時(shí)候。在對(duì)整體進(jìn)行計(jì)算時(shí)以及非地震的荷載作用下，連梁的剛度不能夠予以折減，此時(shí)連梁應(yīng)當(dāng)具備足夠的抗剪和抗彎的承載能力，從而滿足正常的使用要求。對(duì)于連梁的跨高比＞5的，應(yīng)當(dāng)按照框架梁設(shè)計(jì)，而且還必須能夠滿足框架梁的各項(xiàng)要求。

（3） 通過設(shè)置水平縫從而形成雙連梁，多連梁或者采取其他各種加強(qiáng)受剪力承載的構(gòu)造或措施，比如設(shè)置一些交叉暗撐等技術(shù)措施，從而提高連梁的抗剪承載的能力，提高建筑整體安全性能。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，目的不僅僅是簡(jiǎn)單的降低材料的用量，也不僅是不分輕重的都要按照規(guī)范的底線進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，而是通過物盡其用，讓材料的性能充分發(fā)揮，對(duì)影響結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵部位及相應(yīng)計(jì)算程序，不能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行分析或者計(jì)算模型和實(shí)際情況有部分出入的，應(yīng)當(dāng)對(duì)其重點(diǎn)加強(qiáng)、分析。

在相對(duì)滿足了短肢剪力墻這種墻所可以承受的第一振型地震傾覆力矩，并且占結(jié)構(gòu)總底部數(shù)量的地震傾覆力矩的數(shù)量，同時(shí)，也得在不可以超過40%的要求的前提條件下，竭盡所能地對(duì)剪力墻的布置數(shù)量進(jìn)行減少，采用布置大開間的剪力墻的方案，從而保證樓層的最小剪力的系數(shù)盡可能地接近規(guī)范的限值。采用這種方法，可以盡可能地減輕結(jié)構(gòu)自重，同時(shí)，也能減小地震作用系數(shù)，并且降低了工程的造價(jià)。

在地震頻繁的地區(qū)，對(duì)最大層間的位移的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，應(yīng)該以樓間彎曲變形的數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)，同時(shí)，還要將扭轉(zhuǎn)變形的數(shù)據(jù)一并計(jì)入。所以，相對(duì)于設(shè)計(jì)高層的建筑時(shí)，應(yīng)該盡可能地做到讓扭轉(zhuǎn)變形的數(shù)值達(dá)到最小，但不能僅僅因?yàn)閷娱g的位移不夠，不加分析就增加豎向構(gòu)件剛度。雖然這樣做可以解決問題，但是，這時(shí)應(yīng)該注意結(jié)構(gòu)的剪重比的變化，如果這時(shí)結(jié)構(gòu)的剪重比和相關(guān)規(guī)范的限值無限接近，此方案就相對(duì)可行；如果剪重比相對(duì)較大，就不應(yīng)當(dāng)一味地只增加豎向構(gòu)件剛度，也應(yīng)當(dāng)相對(duì)減少剛度，讓剪重比適當(dāng)減小、地震作用適當(dāng)減小，也可以達(dá)到較好的效果。

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要保證結(jié)構(gòu)抗扭剛度不能夠太弱，首先，對(duì)平面結(jié)構(gòu)不規(guī)則性進(jìn)行限制，避免產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，計(jì)算扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)當(dāng)考慮偶然偏心對(duì)其影響，其次，限制結(jié)構(gòu)抗扭剛度不應(yīng)當(dāng)太弱，具體體現(xiàn)在兩個(gè)指標(biāo)上：T1、T2。在工程的實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)將結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件，盡可能地沿周邊進(jìn)行布置，從而提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度和側(cè)向剛度。如果結(jié)構(gòu)形心附近的豎向剛度進(jìn)行加大，那么只是對(duì)側(cè)向的剛度貢獻(xiàn)較大，對(duì)于抗扭剛度貢獻(xiàn)甚微。

在建筑結(jié)構(gòu)剪力墻的設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，要特別進(jìn)行強(qiáng)調(diào)的是其抗震性能，避免在地震發(fā)生的情況下，出現(xiàn)局部的機(jī)構(gòu)受力有不均衡的情況發(fā)生，所以在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)充分利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)參數(shù)，及時(shí)對(duì)有可能產(chǎn)生薄弱情況的部位進(jìn)行相應(yīng)分析，并且及時(shí)對(duì)方案進(jìn)行改正修訂，從而保證有效地提高整體結(jié)構(gòu)抗震性能。

5 結(jié)語

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)剪力墻進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)布置的位置進(jìn)行充分考慮，以及剪力墻的寬度和長(zhǎng)度需要達(dá)到配筋的相關(guān)規(guī)定的要求等。同時(shí)，設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)剪力墻應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范的原則和要求，從而使剪力墻能夠最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，讓建筑物更加的舒適、堅(jiān)固，同時(shí)，也能夠讓建筑物質(zhì)量達(dá)到最好的狀態(tài)。