張志

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)既可以保證結(jié)構(gòu)安全可靠性，又可以使室內(nèi)空間合理、墻面平整，所以高層建筑結(jié)構(gòu)中越來(lái)越多地采用剪力墻結(jié)構(gòu)。由于其具有優(yōu)越的抗震性能和良好的承載能力，而得到了人們的廣泛關(guān)注，這種結(jié)構(gòu)尤其適用于高層建筑。本文就剪力墻的相關(guān)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析。

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

前 ?言

隨著我國(guó)住房需求的不斷增大，單位建設(shè)用地日益緊張，土地是不可再生資源，高層建筑便有很大的發(fā)展空間，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步深入探討和研究，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)剪力墻的一般設(shè)計(jì)規(guī)則，為了滿足多功能高層建筑體系的需要，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還需要遵守一些其他相應(yīng)的原則。本文對(duì)剪力墻的設(shè)計(jì)提出了些許建議，以期被廣大建筑行業(yè)人士采用。

一、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及它的分類分析與研究

剪力墻結(jié)構(gòu)是一種用鋼筋混凝土的墻板代替?zhèn)鹘y(tǒng)框架結(jié)構(gòu)之中的梁柱，以承受水平力和豎向力的結(jié)構(gòu)。剪力墻的特點(diǎn)是其墻肢的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于墻肢厚度，其在水平面以內(nèi)具有極大的承載力和剛度，在水平面以外，承載力和剛度相對(duì)較小。剪力墻的墻肢屬于偏心受拉或受壓構(gòu)件。除此之外，剪力墻還可承受除彎矩和水平剪力以外的豎向力。在剪力、軸力和彎矩共同作用下，剪力墻的水平力就像一個(gè)懸臂深梁，其底部牢牢地固定于基礎(chǔ)之上。剪力墻的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：1） 剪力墻承載能力優(yōu)越，抗側(cè)力能力強(qiáng)，通常用于高層建筑;2） 剪力墻充分利用空間，可以節(jié)約層高;3） 剪力墻結(jié)構(gòu)的室內(nèi)空間相比梁柱結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)要寬敞簡(jiǎn)潔，但也有其缺點(diǎn)，那就是其建筑平面的設(shè)置不是很靈活，住戶不能對(duì)室內(nèi)的布局進(jìn)行改造;4） 施工比較麻煩，造價(jià)也比較高;5） 其結(jié)構(gòu)的自身重力大，可以吸收的地震能量大。

剪力墻由于其自身空洞的數(shù)量和大小有所不同，這些不同會(huì)導(dǎo)致剪力墻的內(nèi)力分布、變形狀態(tài)和受力特點(diǎn)產(chǎn)生不同。據(jù)此，通?？梢詫⒓袅Ψ諊?lián)肢墻、整體小開(kāi)洞墻和整截面墻三大類。其中每一類都各具特點(diǎn)：1） 聯(lián)肢墻：是指當(dāng)剪力墻洞口呈現(xiàn)豎向成列的布置時(shí)，其洞口的面積會(huì)超過(guò)剪力墻總面積的16%，各個(gè)墻體之間由一些連梁進(jìn)行連接。2） 整體小開(kāi)洞墻：是指當(dāng)剪力墻的洞口稍大，成列布置，上下對(duì)齊，形成了明顯的連梁和墻肢，其剛度分布均勻。3） 整截面墻：是指剪力墻的洞口面積小于其墻體總面積的16%，或者不開(kāi)洞口。如果開(kāi)洞口，洞口的長(zhǎng)邊尺寸都小于洞口的凈距和洞口到剪力墻墻邊的凈距。此時(shí)剪力墻的受力情況就像一個(gè)整體懸臂構(gòu)件。

二、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則分析與研究

高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證期安全性和高質(zhì)量，通常有一些設(shè)計(jì)原則。在剪力墻的結(jié)構(gòu)中，剪力墻最好沿主軸的方向，或者其他的方向進(jìn)行雙向布置。在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剪力墻中，要避免僅僅在單向布置墻體的形式，這樣可以保證剪力墻結(jié)構(gòu)有比較好的空間性能。同時(shí)最好使兩個(gè)受力的方向，在抗側(cè)剛度方面要接近。另外，剪力墻結(jié)構(gòu)的數(shù)量應(yīng)適當(dāng)，其布置要均勻。如果剪力墻布置地過(guò)少，那么其結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度就會(huì)有欠缺;當(dāng)剪力墻布置地過(guò)多時(shí)，其墻體又會(huì)得不到充分地利用，這樣就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度太大，進(jìn)而導(dǎo)致地震力偏大，其結(jié)構(gòu)的重量也會(huì)增加，這就會(huì)存在諸多的不利性。對(duì)于剪力墻的墻肢截面來(lái)說(shuō)，最好按照規(guī)則、簡(jiǎn)單的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。其門(mén)窗的洞口最好是成列布置并且上下對(duì)齊的，以形成非常明顯的連梁和墻肢。在剪力墻的抗震設(shè)計(jì)方面，對(duì)于小于三級(jí)抗震能力的剪力墻來(lái)說(shuō)，其底部的加強(qiáng)部位最好不要采用錯(cuò)洞墻的設(shè)計(jì)。除此之外還用保證剪力墻的布置是自下而上的連續(xù)性布置，以避免其剛度的突變，從而影響其安全性能。剪力墻在設(shè)計(jì)時(shí)，除了要要滿足其位移的限值要求之外，還需保證框剪結(jié)構(gòu)里，各抗側(cè)力元件的作用要滿足經(jīng)濟(jì)、安全、合理等要求。剪力墻的合理數(shù)量在設(shè)計(jì)時(shí)也是有原則的，即在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，要盡量減少剪力墻的數(shù)量。此外，設(shè)計(jì)規(guī)范中還規(guī)定，剪力墻的框架部分，其承擔(dān)的剪力必須大于等于剪力墻底部總作用力的20%，或者不小于各層框架所承受地震總剪力之中最大數(shù)值的1.5倍。對(duì)于剪力墻邊緣構(gòu)造和配筋結(jié)構(gòu)、厚度等來(lái)說(shuō)，還有其特殊的設(shè)計(jì)原則。1） 剪力墻邊緣構(gòu)造。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的研究表明，矩形截面的剪力墻結(jié)構(gòu)，其延性要比槽形或工字形截面的剪力墻結(jié)構(gòu)差。計(jì)算分析的研究也表明，當(dāng)增加剪力墻的墻肢截面翼緣時(shí)，也可以顯著提高剪力墻的延性。因此在矩形墻的兩端可以設(shè)置約束性的邊緣構(gòu)件，這樣既可以顯著提高整個(gè)墻體的延性，同時(shí)還可以避免剪力墻在水平方向發(fā)生剪切滑動(dòng)，從而提高其抗剪切的能力。在 2002 年實(shí)施的建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)范中，根據(jù)剪力墻的受力狀況及其結(jié)構(gòu)類型不同，可以將邊緣構(gòu)件分為構(gòu)造邊緣構(gòu)件和約束邊緣構(gòu)件兩大類。2） 剪力墻結(jié)構(gòu)中的配筋問(wèn)題和厚度。剪力墻中又水平和豎向兩種配筋的布置方式，水平配筋在設(shè)計(jì)時(shí)，如果建筑物的特點(diǎn)是又高又長(zhǎng)，那么應(yīng)適當(dāng)增加配筋的數(shù)量。豎向配筋的數(shù)量不宜過(guò)度，過(guò)多對(duì)抗震性能不利。

三、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些建議

在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合筆者多年來(lái)的一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提幾條設(shè)計(jì)建議。1） 要注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。高層建筑的形式功能日漸多樣化，其結(jié)構(gòu)布置通常也會(huì)有許多變式，所以需要設(shè)置一些轉(zhuǎn)換構(gòu)件，以將上下結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。尤其是對(duì)于那些具有底部大空間的高位轉(zhuǎn)換部分，在設(shè)計(jì)時(shí)尤其需要慎重。最好選擇一些重量和剛度都比較小的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。在設(shè)計(jì)計(jì)算式，最好多取機(jī)組振型數(shù)。最終確定哪些可能的軟弱環(huán)節(jié)，以更好地對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。2） 合理設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)。對(duì)于那些層數(shù)比較小，例如低于 20 層的高層建筑，在剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)可以設(shè)計(jì)成短肢的剪力墻結(jié)構(gòu)。這對(duì)于減少建筑的建筑造價(jià)具有重要意義，同時(shí)還可以增加整個(gè)建筑的承重能力，從而提高其安全性和實(shí)用性。3） 有效利用短肢墻。在框支的剪力墻結(jié)構(gòu)體系之中，其上部的剪力墻可以設(shè)置成短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。同樣在此結(jié)構(gòu)中，如果是為了減少剪力墻上下層之間的剛度比，最好將剪力墻上部的剛度減小（也即轉(zhuǎn)而采用短肢的剪力墻結(jié)構(gòu)），而不宜采用將剪力墻下層剛度增加的方法，這樣可明顯改善其經(jīng)濟(jì)效果。4） 不宜出現(xiàn)獨(dú)立的小墻肢結(jié)構(gòu)。在我國(guó)的 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中指出，“矩形截面獨(dú)立墻肢的截面高度不宜小于截面寬度的5 倍?！痹诩袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，獨(dú)立的小墻肢一般可通過(guò)設(shè)置合并洞口的方法來(lái)消除，也可以對(duì)剪力墻進(jìn)行合理布置，以將小墻肢轉(zhuǎn)換成墻體的翼緣。

四、結(jié)束語(yǔ)

因此 ，剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證不發(fā)生剪切破壞 ，也就是要求墻肢和連梁的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)剪弱彎的原則 ，同時(shí)要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服 ，而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。所以要注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，加大新技術(shù)的研究，這樣建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就會(huì)更加安全、實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)

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