建筑工程設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

于明

（黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院 黑龍江省哈爾濱市 150080）

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的當(dāng)下，人口基數(shù)不斷增加，土地資源日益匱乏，建筑工程項(xiàng)目中高層建筑的比例逐漸提升，同時(shí)人們的建筑工程質(zhì)量安全意識(shí)也逐步提升，基于此，建筑工程必須不斷提升自身的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，全面提升建筑工程的質(zhì)量安全，以滿足建筑使用者的需求。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)分類與設(shè)計(jì)優(yōu)勢分析

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

1.1.1 開洞與非開洞剪力墻

這種剪力墻與懸壁墻較為相似，具有彎曲型變形的特點(diǎn)，變矩圖不存在彎點(diǎn)，同時(shí)其基本不會(huì)發(fā)生突變。

1.1.2 小開口的剪力墻

在剪力墻面積當(dāng)中，此種剪力墻占據(jù)的比例為15%左右，其也屬于彎曲型變形的一種，同時(shí)，整個(gè)墻肢上也沒有任何彎點(diǎn)，然而其彎矩圖的定位點(diǎn)存在突變的可能。

1.1.3 雙肢與多肢剪力墻

這種剪力墻必須開出較大的洞口，并且需按照相應(yīng)的順序進(jìn)行洞口的排列，與開口較小的剪力墻的受力模式基本相似。

1.1.4 壁式剪力墻

這種剪力墻的開口較大，屬于剪切形變形，與框架構(gòu)造的受力方式相一致。通常在高層樓房建筑中應(yīng)用廣泛，墻肢上容易出現(xiàn)反彎點(diǎn)，且極易發(fā)生突變。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢

1.2.1 經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)

剪力墻結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的框架式梁柱結(jié)構(gòu)所需耗費(fèi)的原料更多，建筑成本也相對較高，然而從安全層面分析，剪力墻實(shí)現(xiàn)了混凝土與鋼筋結(jié)構(gòu)的結(jié)合應(yīng)用，無需填充其他鋼材料。這種建筑結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，無需再對建筑結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)行澆筑，大大節(jié)約了鋼筋材料的使用成本，可以滿足當(dāng)下建筑企業(yè)控制建筑成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的需求。

1.2.2 穩(wěn)定性更高

由于剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的是鋼筋與混凝土兩種物質(zhì)，鋼筋混凝土的結(jié)合應(yīng)用使剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑具有良好的支撐能力，使得建筑的穩(wěn)定性有明顯提升，同時(shí)，與傳統(tǒng)框架式梁柱結(jié)構(gòu)相比，剪力墻結(jié)構(gòu)的外觀具有明顯優(yōu)勢。

1.2.3 連續(xù)性強(qiáng)

在剪力墻設(shè)計(jì)之時(shí)，設(shè)計(jì)人員會(huì)對其進(jìn)行區(qū)域劃分，進(jìn)而使構(gòu)件實(shí)現(xiàn)分隔，以使各個(gè)區(qū)域發(fā)揮出不同的作用，并且可以從橫向與縱向兩個(gè)方面進(jìn)行分隔區(qū)域的有效維護(hù)，以保障建筑工程的穩(wěn)定性與連續(xù)性。然而建筑物看似區(qū)域被區(qū)分，實(shí)則也相互關(guān)聯(lián)而成為一個(gè)整體，因此，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有良好的連續(xù)性。

1.2.4 規(guī)則明確

在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，可以確保區(qū)域劃分的合理性。同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)則性較強(qiáng)，規(guī)則也較易理解，建筑區(qū)域劃分后，可以實(shí)現(xiàn)維護(hù)與相關(guān)工作的同步開展。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 低于二十層的高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)問題

在低于二十層的高層建筑當(dāng)中，應(yīng)用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑數(shù)量眾多，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式主要利用構(gòu)造配筋的方式進(jìn)行墻體配筋，同時(shí)，各個(gè)墻肢軸壓比的計(jì)算值較小。基于這些原因，實(shí)際墻體的承載能力與設(shè)計(jì)情況不符，建筑施工費(fèi)用消耗也較大。

2.2 高于二十層的高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)問題

在高于二十層的建筑當(dāng)中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用仍然較為廣泛，然而由于未能根據(jù)建筑項(xiàng)目的實(shí)際情況而選擇適合的剪力墻結(jié)構(gòu)方式，因此剪力墻底部的剪力系數(shù)難以符合建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)連鎖性問題的出現(xiàn)。

2.3 在建筑結(jié)構(gòu)中框支剪力墻結(jié)構(gòu)存在的問題

在建筑物結(jié)構(gòu)與底部處理過程中，采用的結(jié)構(gòu)有所不同。通常會(huì)在剪力墻的上部采用短肢剪力墻，而底部則使用全落地剪力墻與框架支撐相結(jié)合的剪力墻結(jié)構(gòu)，在商業(yè)性住宅小區(qū)或商店店鋪等建筑設(shè)計(jì)時(shí)，此種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較為方泛。然而這種結(jié)構(gòu)較為脆弱，上下兩個(gè)部分的剛性并不一致。一旦發(fā)生自然災(zāi)害，在相同的壓力作用下，上部由于自身的壓力承受能力較強(qiáng)而不易發(fā)生變形，而下部由于壓力承受能力相對較低，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變形問題，即使外部壓力來自于水平方式，下部出現(xiàn)變形的概率也較高。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算原則

3.1 對樓層間的最小剪力系數(shù)進(jìn)行規(guī)范

剪力墻應(yīng)用數(shù)量越少，該建筑物的抗震能力越強(qiáng)，其中，短肢剪力墻應(yīng)承擔(dān)超過四成的地震力。其于此，應(yīng)將剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成大開間的形式，以此保證建筑結(jié)構(gòu)具有一定的側(cè)向剛度，進(jìn)而使樓層間的最小剪力系數(shù)趨于規(guī)范，從整體層面提升建筑物的穩(wěn)固度，同時(shí)也可以有效節(jié)約建筑成本。

3.2 對樓層間最大位移和層高比例進(jìn)行優(yōu)化

樓層之間的設(shè)計(jì)是建筑物設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其中，扭轉(zhuǎn)變形與剪切變形極為重要。在設(shè)計(jì)過程中，通常會(huì)對縱向的構(gòu)件數(shù)量進(jìn)行掌握而達(dá)到剪切變形的目標(biāo)，一旦縱向構(gòu)件設(shè)置過多將會(huì)導(dǎo)致剪重比超標(biāo)，進(jìn)而會(huì)對設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生影響，難以將扭轉(zhuǎn)變形保持在合理范圍之內(nèi)，進(jìn)而使樓層出現(xiàn)不合理位移。基于此，對扭轉(zhuǎn)變形進(jìn)行控制是建筑物設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

3.3 對剪力墻連梁超限進(jìn)行調(diào)整

將剪力墻連梁的跨高比進(jìn)行提升，將之控制在2.5之上，可以有效保障連梁的剪力處于合理范圍，同時(shí)也可確保變矩符合設(shè)計(jì)要求。一旦跨高比高于5，此時(shí)應(yīng)根據(jù)框架梁的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行連梁設(shè)計(jì)；如跨高比接近6時(shí)，在連梁剛度恒定的情況下，剪力與變矩將會(huì)超出限定范圍。基于此，必須合理調(diào)整連梁的超限，進(jìn)而促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化，節(jié)約建筑工程的施工費(fèi)用。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容分析

4.1 剪力墻設(shè)計(jì)方法

由于建筑工程情況不同，選用的設(shè)計(jì)方式也應(yīng)有所差別，進(jìn)而可以保障建筑施工工作的順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)方案的制定應(yīng)遵從設(shè)計(jì)方法的制定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合建筑工程的具體情況選擇最為適合的設(shè)計(jì)方案。在剪力墻設(shè)計(jì)之時(shí)，由于剪力墻結(jié)構(gòu)狀態(tài)受彎情況較多，因此，通常會(huì)采用寬細(xì)狀的設(shè)計(jì)形狀，正因如此，剪力墻結(jié)構(gòu)具有明顯的延展特性。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人員必須具備物理學(xué)知識(shí)，掌握一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能，并且要充分了解結(jié)構(gòu)的受力狀況。在這些知識(shí)與技能的綜合運(yùn)用下，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出的方案才具有較高的科學(xué)性，才可以確保建筑工程項(xiàng)目的穩(wěn)定與安全。

4.2 實(shí)現(xiàn)各部分結(jié)構(gòu)的合理布局

只有保障設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的合理性與可行性，才可以實(shí)現(xiàn)對各部分結(jié)構(gòu)的合理布置，基于此，設(shè)計(jì)方案必須具有一定的對稱性，進(jìn)而確保剪力墻的重量與剛度核心的有效融合，進(jìn)而提升剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力，促進(jìn)其自身性能的有效發(fā)揮。

4.3 有效處理剪力墻的延伸性

由于剪力墻的延伸性較高，因此會(huì)對剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性與耐久性產(chǎn)生直接影響。因此，在剪力強(qiáng)設(shè)計(jì)與施工過程中，必須確保剪力墻的延伸性符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以提高剪力墻結(jié)構(gòu)自身的支撐能力，進(jìn)而保障建筑工程的穩(wěn)定與質(zhì)量安全。

5 結(jié)語

在建筑技能水平不斷提高的當(dāng)下，建筑設(shè)計(jì)及施工各方面的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)都有所提升。在建筑項(xiàng)目當(dāng)中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用至關(guān)重要，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以較高的重視。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否規(guī)范會(huì)對整個(gè)建筑工程的施工進(jìn)度與建筑的質(zhì)量安全產(chǎn)生直接影響。建筑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員必須完善自身的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技能，進(jìn)而促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。