剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

李緒良

摘 要：現(xiàn)階段，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還沒有明確規(guī)定剪力墻位置的具體布置以及尺寸的要求。一般來說，這些標(biāo)準(zhǔn)都是由建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師通過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所積累的。所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時不可避免的會存在一些問題，而對建筑的整體效果產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為建筑設(shè)計(jì)中比較常見的施工技術(shù)，剪力墻具有較好的抗震能力與抗側(cè)剛度，因而在各種建筑，特別是高層建筑當(dāng)中得以廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對各種因素進(jìn)行全方位的綜合考慮，并結(jié)合剪力墻的優(yōu)缺點(diǎn)對比分析利與弊，以提高剪力墻的利用率。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻指的是建筑中，用于承受風(fēng)荷載或地震作用所引起的水平荷載的墻體，因此，剪力墻又可以稱作為抗風(fēng)墻或抗震墻。由此可以看出，剪力墻的設(shè)置是為了保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)不遭受到剪切破壞。通常情況下，剪力墻的施工材料會選擇鋼筋混凝土，以增強(qiáng)房屋及構(gòu)筑物的堅(jiān)固性。建筑結(jié)構(gòu)指的是房屋或構(gòu)筑物中，由一定數(shù)量的構(gòu)件而連接形成的具有承受一定荷載能力的空間體系。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，建筑結(jié)構(gòu)的分類也有所區(qū)別。根據(jù)不同的施工方法，建筑結(jié)構(gòu)可分為混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。由于剪力墻具有較強(qiáng)的抗側(cè)剛度和抗震性能，而且用鋼量也比較小，因而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得以廣泛應(yīng)用。簡單來說，剪力墻結(jié)構(gòu)就是利用鋼筋混凝土墻板來承受來自垂直方向和水平方向的力的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時，通常會使用鋼筋混凝土墻板取代之前框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，從而提高承受荷載的能力。換言之，剪力墻結(jié)構(gòu)主要指的是豎向的鋼筋混凝土墻板，而橫向仍然沿用鋼筋混凝土的大樓板搭載在墻上，而這個結(jié)構(gòu)就成為剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

2.1 剪力墻的厚度與高和寬相比，要小很多，幾何特征類似于板，受力形態(tài)接近于柱，但其又與柱存在明顯的區(qū)別，即其肢長和厚度的比值，當(dāng)比值不超過3時，可以按照柱來計(jì)算，當(dāng)比值介于3-5之間，則可作為異形柱，并按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2.2 在剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻作為平面構(gòu)件，不僅需要承受來自平面作用的水平剪力和彎矩，同時還需要承受豎向壓力。在這種狀態(tài)下，剪力墻在水平作用下如同底部嵌固與基礎(chǔ)懸臂梁在地震作用或風(fēng)載下，因此，剪力墻不僅需要具備一定的剛度，還需要具備能夠滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)中最突出的特點(diǎn)就是在同一平面內(nèi)剛度和承載力較大，而平面外剛度以及承載力則比較小。當(dāng)剪力墻與平面外的梁相接時，會導(dǎo)致墻肢外平面外彎矩的發(fā)生，但一般不會對墻的平面外剛度和承載力造成影響，因此，應(yīng)盡量避免開平面外搭接，如果遇到不得不搭接的情況，則應(yīng)根據(jù)具體的相關(guān)規(guī)定采取合理的解決辦法，以對剪力墻平面外的安全形成可靠保障。

2.4 剪力墻的設(shè)計(jì)技術(shù)需要對豎向和水平作用下的結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行綜合分析，在求得內(nèi)力后，按照偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算。一般情況下，在計(jì)算剪力墻承載力時，對帶翼墻的計(jì)算寬度應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況取最小值。

3 剪力墻的特點(diǎn)分類

近幾年來，剪力墻廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要是由于其具有多方面的優(yōu)勢，具體來說包括了抗側(cè)剛度大，側(cè)移??；結(jié)果后自重大，抗震性能高；室內(nèi)墻面平整。但同時也有其弊端，如施工復(fù)雜、造價較高。在具體的施工當(dāng)中，剪力墻的開洞與否以及開洞尺寸的大小，可以具體分為以下幾種情況：

3.1 整體小開口剪力墻：開洞面積不小于15%，但仍屬于面積較小的剪力墻，其受力特點(diǎn)在于彎矩圖在連梁處突變。

3.2 實(shí)體墻：沒有開洞或者開洞面積不足15%的墻。受力特點(diǎn)體現(xiàn)在像一個整體的懸臂墻，此時彎矩圖沒有突變同時也不會產(chǎn)生反彎點(diǎn)。

3.3 壁式框架：洞口尺寸偏大，而且連梁線與墻肢線剛度相互比較接近的墻。這種情況下，彎矩圖會在樓層出發(fā)生突變，并在大部分樓層中出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

3.4 雙肢或多肢剪力墻：開洞比較大或者洞口成列形狀布置的墻。其受力特點(diǎn)與整體開口較小的墻比較相似。

4 剪力墻的布置原則

4.1 在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)時，需要注意的是應(yīng)當(dāng)沿著主軸的方向進(jìn)行雙向或多向布置，最好能夠在不同的方向使得剪力墻相連，并最大程度防止出現(xiàn)對直或拉通的情況；在設(shè)計(jì)抗震功能結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)盡量促使兩個方向的側(cè)向剛度相互接近，并保證剪力墻的墻肢截面尺寸符合設(shè)計(jì)規(guī)范。在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻應(yīng)當(dāng)沿主軸方向或其它方向進(jìn)行雙向或多向布置，尤其是對于抗震功能的設(shè)計(jì)，要盡量防止單方向有墻模式的出現(xiàn)，從而保證其能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。另外，剪力墻要保證分布均勻，并且數(shù)量適宜。在剪力墻配置較少時，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度也會隨之減弱，而如果配置數(shù)量較大，墻體也難以真正發(fā)揮作用，功能得不到充分發(fā)揮，并造成抗側(cè)力的剛度過大，震力也有所增加，最后影響自重。

4.2 剪力墻的布置應(yīng)遵循豎直方向上從下往上布置的順序，從而防止剛度突變情況的發(fā)生。在高層建筑中，剪力墻的墻肢截面應(yīng)當(dāng)盡量簡易，并保證剪力墻在豎直方向上的高度的均勻性，另外還應(yīng)當(dāng)在剪力墻的洞口或者門窗處形成明確的墻肢和連接梁。

4.3 剪力墻在布置設(shè)計(jì)時要均勻分配不易過密，以保證整個結(jié)構(gòu)具有相互適應(yīng)側(cè)向的剛度，如果側(cè)向剛度過大，會導(dǎo)致墻體自身的重力過大，而且在發(fā)生地震時還會增加震力，而增加建筑倒塌的可能性，留下安全隱患。

4.4 務(wù)必保證剪力墻的洞口或者門窗上下對齊，并且成列布置，另外為了保證剪力墻的承重力，不發(fā)生變形，應(yīng)當(dāng)避免使用疊合的錯洞墻。

4.5 短肢剪力墻指的是墻肢的截面長度與厚度之間的比值介于5-8之間，而在高層建筑中，則不能全部都采用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，而是需要將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的最大使用高度適當(dāng)?shù)慕档汀?/p>

5 剪力墻在建筑設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用

5.1 剪力墻平面結(jié)構(gòu)布置

剪力墻的平面布置首先要做到的就是保證均勻，并保證質(zhì)量中心和剛度中心處在重合的狀態(tài)下，減少力矩對墻體的作用力。剪力墻在施工中應(yīng)當(dāng)沿主軸方向布置，并保證剪力墻的抗側(cè)力剛度保持在合理范圍內(nèi)，如果有必要可適當(dāng)增加可利用空間，并保證適當(dāng)?shù)母叨?。另外，剪力墻還應(yīng)當(dāng)保持合理的間距，通常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，公式為T=（0.05-0.06）n，其中n為建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)。實(shí)際剪力墻的數(shù)量應(yīng)當(dāng)與計(jì)算結(jié)果接近。剪力墻處理要具備較強(qiáng)的承重能力與剛度，還應(yīng)當(dāng)保證良好的延伸性和彈性，從而保證其在因外力作用產(chǎn)生裂縫時，剪力墻還能夠不發(fā)生倒塌。

5.2 剪力墻約束邊緣構(gòu)件處理

約束邊緣構(gòu)件能夠促使剪力墻的承載能力得以顯著提高，并減少層間位移，同時提高抗震能力，而且對于墻板也能提供穩(wěn)定作用。剪力墻抗震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足第一振型的抵抗力矩大于承受力矩的一半以上。約束邊緣構(gòu)件的確定應(yīng)當(dāng)以剪力墻相關(guān)軸壓比為依據(jù)。一般來說，抗震等級較高的剪力墻，應(yīng)當(dāng)采取層數(shù)較多的約束邊緣構(gòu)件，并有效控制剪力墻的均勻性，以從根本上提高墻肢的承重能力。

6 結(jié)束語

綜上可以看出，由于具有較強(qiáng)的抗震性能與抗側(cè)剛度，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得以廣泛應(yīng)用。同時，也正是由于其具備這些功能，因而施工工藝也比較復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)人員和施工人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工時，綜合考慮各方面的因素，以保證剪力墻能夠真正發(fā)揮其應(yīng)有的作用，從而對建筑物的功能和安全形成可靠保障。

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