剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化淺析

李佳澤

摘要：目前在各大城市，高層建筑的數(shù)量逐漸增多，剪力墻結(jié)構(gòu)因其整體性好、側(cè)向剛度大、測(cè)移小，所以在高層建筑工程中剪力墻結(jié)構(gòu)得到了非常廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化進(jìn)行淺析。

關(guān)鍵詞：建筑工程；剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

現(xiàn)代社會(huì)，剪力墻結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于高層建筑中。剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻來代替框架結(jié)構(gòu)的梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力。隨著剪力墻結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)師在其設(shè)計(jì)過程中存在的不足和浪費(fèi)也較多，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與實(shí)際情況相結(jié)合，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保其安全性得到保障，經(jīng)濟(jì)性得到充分發(fā)揮。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程一些要注意的細(xì)節(jié)

（一）墻體布置原則。

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜的側(cè)向剛度，不宜過小或者過大，宜沿兩個(gè)方向布置且兩個(gè)方向的側(cè)向剛度宜接近；墻體應(yīng)上下連續(xù)，門窗洞口要上下對(duì)齊，成列布置，以便形成明確的墻肢和連梁；剪力墻也不宜過長(zhǎng)，較長(zhǎng)的墻體應(yīng)設(shè)置高跨比較大的連梁將其分成若干墻段，最長(zhǎng)時(shí)不宜超過8米。當(dāng)然，現(xiàn)在也流行通過混凝土構(gòu)造外墻來將長(zhǎng)墻分段，但是這種做法還是存在著模糊之處，那就是混凝土構(gòu)造外墻的剛度貢獻(xiàn)是否可以完全無視。

（二）剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度和配筋問題

1、在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50011-2010 6.4.1章節(jié)抗震墻的基本抗震構(gòu)造措施中規(guī)定了墻體的厚度及配筋，目的是為防止因墻體平面外剛度過小，穩(wěn)定性差，容易在偏心荷載作用下壓屈失穩(wěn)，但這些規(guī)定對(duì)于多層及低高層剪力墻結(jié)構(gòu)顯得不夠合理。例如9-12層的剪力墻結(jié)構(gòu)，多數(shù)墻肢在重力荷載代表值作用下軸壓比都小于0.2， 電算結(jié)果墻體往往只需要構(gòu)造配筋，但只因底部功能要求4.2～5.0m層高，按照不小于層高1/20的要求，墻厚就會(huì)超過200mm，顯然不合理。所以不應(yīng)要求死扣規(guī)范，而通過采用概念設(shè)計(jì)分析，控制墻肢軸壓比，進(jìn)行墻體截面條件、強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算并在構(gòu)造上適當(dāng)加強(qiáng)暗柱或配筋，保證其整體性連接等措施，是可以使墻厚減小的。

2.、在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50011-2010 6.4.3條規(guī)定了在一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻中，豎向和水平分布筋的最小配筋率均不應(yīng)小于0.25%，和國(guó)外的配筋率 0.1-0.25%的高者基本接軌，這在高層或者較長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)該是合理的，但對(duì)于低矮、短小的剪力墻值得探討。墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪切破壞，同時(shí)起到抵抗溫度應(yīng)力防止砼出現(xiàn)裂縫，設(shè)計(jì)中當(dāng)建筑物較高較長(zhǎng)或框剪結(jié)構(gòu)時(shí)配筋宜適當(dāng)增加，特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當(dāng)增加。但對(duì)于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否適當(dāng)減小值得探討。墻的豎向鋼筋主要起抗彎作用，目前在一些多層低高層剪力墻中電算結(jié)果多為構(gòu)造配筋；但配筋時(shí)所取的配筋率有人往往扣除了約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件中的鋼筋，豎向最小配筋率應(yīng)該包括邊緣構(gòu)件中的鋼筋，墻肢的豎向配筋原則也應(yīng)該盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區(qū)并保證鋼筋間距<300mm，也應(yīng)該注意防止豎筋過多使墻的抗彎強(qiáng)度大于抗剪強(qiáng)度，對(duì)抗震不利。

二 、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）短肢剪力墻的判斷

現(xiàn)下多數(shù)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中對(duì)于短肢剪力墻的判斷都是通過主流設(shè)計(jì)軟件等程序自行判斷，而很多時(shí)候程序僅僅根據(jù)墻長(zhǎng)與墻厚之比來判斷，不夠準(zhǔn)確，很多長(zhǎng)墻都被認(rèn)為是短肢剪力墻。而規(guī)范上要求的短肢剪力墻的配筋要大于一般墻體的配筋，所以設(shè)計(jì)過程中不免造成浪費(fèi)。關(guān)于短肢剪力墻的判斷有如下建議：A）對(duì)于一字形墻，長(zhǎng)度在4～8倍墻厚，如果兩端都有強(qiáng)連梁（跨高比<=2.5），該墻肢判定為長(zhǎng)墻；B）對(duì)于兩肢剪力墻（L形、T形、+形）：a）只要有一肢為長(zhǎng)墻，就可以認(rèn)為是普通剪力墻。b）兩肢均不滿足長(zhǎng)墻，兩肢或至少其中一肢長(zhǎng)度滿足短肢墻，如果短肢墻一端與強(qiáng)連梁連接，另一端有長(zhǎng)度不小于翼墻厚度3倍的翼墻，或短肢墻兩端都有強(qiáng)連梁，該墻肢判定為長(zhǎng)墻；C）對(duì)于三肢剪力墻（I形，C形，Z形）：a）只要有一肢為長(zhǎng)墻，就可以認(rèn)為是普通剪力墻；b）中間腹板滿足高厚比4～8，另兩肢滿足翼墻的要求，也不作為短肢墻處理；c）同一方向的墻肢投影長(zhǎng)度與厚度之比大于8，可以認(rèn)為是普通剪力墻。

（二）邊緣構(gòu)件縱筋間距

目前規(guī)范上對(duì)墻豎向筋間距、柱縱筋間距有規(guī)定（不宜大于200mm），對(duì)剪力墻邊緣構(gòu)件縱筋間距沒有規(guī)定，全國(guó)技術(shù)措施2009上有規(guī)定為200mm；而現(xiàn)在南方很多地區(qū)是按照300mm來進(jìn)行設(shè)計(jì)，不免有些冒進(jìn)。建議按照250mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。端柱的情況因?yàn)槠涫芰μ匦院椭咏€是建議按照200mm間距進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（三）邊緣構(gòu)件配箍特征值λv

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中7.2.15條邊緣構(gòu)件配箍特征值λv是根據(jù)墻肢在重力荷載代表值下的軸壓比確定的，以二、三級(jí)為例：當(dāng)軸壓比大于0.4時(shí)λv取值0.2；當(dāng)軸壓比小于等于0.4時(shí)λv取值0.12；兩者差距接近67%。而軸壓比的變化幅度是均勻的，不會(huì)出現(xiàn)突變，因此規(guī)范在λv取值的規(guī)定上有些不夠細(xì)致，建議以軸壓比0.05為增值分段，線性取值。

三、結(jié)語：

剪力墻廣泛應(yīng)用于多層和高層鋼筋混凝土房屋，除框架結(jié)構(gòu)外，其余如抗震墻結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)、板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系均與剪力墻有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的有關(guān)問題深入了解，合理的進(jìn)行鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保障安全性的前提下盡可能提高經(jīng)濟(jì)性。

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