建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用淺析

仇揚(yáng)軍

安徽省歙縣建筑設(shè)計(jì)院

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用淺析

仇揚(yáng)軍

安徽省歙縣建筑設(shè)計(jì)院

剪力墻結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要結(jié)構(gòu)，在建筑行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。要實(shí)施剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員不僅需具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)需要具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文對(duì)其在建筑結(jié)構(gòu)中的具體應(yīng)用的看法與思考，為建筑同行提供一些參考。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻結(jié)構(gòu)；運(yùn)用

前言

隨著現(xiàn)代社會(huì)生活水平不斷提高，人們對(duì)于居住環(huán)境的舒適性有了更高的要求。剪力墻結(jié)構(gòu)的墻肢厚度和填充墻之間保持一致，其平面不會(huì)像框架柱一樣凸出到房間內(nèi)，可促使空間利用率有效提高。因此剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用日益增多。

1　剪力墻結(jié)構(gòu)概念、特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)原則

剪力墻結(jié)構(gòu)在目前的建筑物設(shè)計(jì)實(shí)踐中已經(jīng)被越來(lái)越廣泛地運(yùn)用，尤其是那些大型高層建筑，使用案例更是比比皆是。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)已然成為建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域一個(gè)傳統(tǒng)問(wèn)題。在高層甚至超高層建筑不斷涌現(xiàn)的現(xiàn)代社會(huì)背景中，怎樣在建筑物設(shè)計(jì)中既符合建筑物創(chuàng)新、綠色、高效、安全又要滿(mǎn)足時(shí)下設(shè)計(jì)師與建筑使用者追求新穎性和個(gè)性化要求，已經(jīng)成為建筑設(shè)計(jì)者重點(diǎn)思考與研究的問(wèn)題。

1.1剪力墻結(jié)構(gòu)概念

剪力墻結(jié)構(gòu)，即承載各種負(fù)荷帶來(lái)的各種橫向力和縱向力時(shí)，主要運(yùn)用鋼筋混凝土板而非過(guò)去的框架結(jié)構(gòu)，而且能有效控制結(jié)構(gòu)的橫向力。剪力墻結(jié)構(gòu)在目前的高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被大量的使用。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

剪力墻有時(shí)候也叫擋風(fēng)抗震墻、結(jié)構(gòu)墻，因而剪力墻在建筑物結(jié)構(gòu)中的主要功能在于承擔(dān)各種負(fù)荷，是一種主要的支撐結(jié)構(gòu)。剪力墻作為承擔(dān)縱向荷載（ 重力） 與橫向荷載的最重要結(jié)構(gòu)，能夠與墻體、樓板一起構(gòu)成荷載體系。這種結(jié)構(gòu)主要缺點(diǎn)是很難拆除。就中國(guó)目前建筑工程設(shè)計(jì)狀況來(lái)講，這種墻體結(jié)構(gòu)受材料耗費(fèi)大、造價(jià)高與施工困難等原因的限制，許多建設(shè)單位不傾向使用這種結(jié)構(gòu)。因此設(shè)計(jì)師在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要認(rèn)真的進(jìn)行歸納和總結(jié)，設(shè)置合理的部位，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，努力克服技術(shù)問(wèn)題。

1.3剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

剪力墻在我國(guó)目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被廣泛運(yùn)用。剪力墻在各種建筑中主要作用為承受風(fēng)荷載、水平荷載，因此可以說(shuō)剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中主要起著支撐作用。同時(shí)設(shè)計(jì)師對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的選擇還要考慮到其在抗震與抗風(fēng)方面的良好特性，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，剪力墻能夠及時(shí)有效地將能量吸收，防止墻體結(jié)構(gòu)受到地震能量的剪切破壞。受到這一原理的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)師在建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)τ诩袅Y(jié)構(gòu)需要注意合理控制剪力墻高寬比。因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)的高度較高，寬度較寬，但厚度較小，幾何形態(tài)很明顯，這就使受力形態(tài)很明顯地呈柱狀結(jié)構(gòu)。然而，其受力形態(tài)又明顯區(qū)別于柱體，二者厚度和肢長(zhǎng)之間存在顯著的差異性，當(dāng)二者比值小于一定值的時(shí)候完全可以依照柱體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)去設(shè)計(jì)。剪力墻墻體結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候呈平面結(jié)構(gòu)，其承受相應(yīng)的水平力、彎矩力的時(shí)候是沿著平面在作用，除此之外，還要承受相應(yīng)的縱向壓力。基于此，在建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候不僅要滿(mǎn)足彈性要求，還要滿(mǎn)足非彈性以及延性要求。建筑設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)墻體的時(shí)候，要綜合分析、計(jì)算墻體縱向重力和橫向延展力。設(shè)計(jì)師針對(duì)剪力墻承載能力的綜合分析與計(jì)算過(guò)程中，取值的時(shí)候依據(jù)分析計(jì)算帶翼墻的寬度和門(mén)窗與洞口之間的翼緣距離還有剪力墻之間的寬度的最小數(shù)值，這個(gè)最小數(shù)值通常都是墻肢總體高度的10%。

2　剪力墻結(jié)構(gòu)分類(lèi)

剪力墻結(jié)構(gòu)共分為四類(lèi)，分類(lèi)依據(jù)為剪力墻上是否有開(kāi)洞以及開(kāi)洞大小。其分類(lèi)如下： （ 1） 整體小開(kāi)口剪力墻： 整體小開(kāi)口剪力墻的開(kāi)口雖然相對(duì)較小，但其開(kāi)洞面積為15% 以上。剪力墻主要發(fā)生彎曲型變形，而整個(gè)墻肢高度基本無(wú)反彎點(diǎn)，墻上彎矩圖位置出現(xiàn)變化；（2） 截面剪力墻或?qū)嶓w墻不開(kāi)洞，或開(kāi)洞面積不足15%，這一種剪力墻主要發(fā)生曲型變形，整個(gè)墻肢高度上彎矩圖無(wú)彎點(diǎn)、無(wú)突變； （3）壁式框架： 壁式框架剪力墻上有較大的開(kāi)洞，連梁線(xiàn)具有與墻肢線(xiàn)十分接近的剛度，整個(gè)受力墻發(fā)生剪切型變形，其受力特點(diǎn)類(lèi)似于框架結(jié)構(gòu)。在高層建筑樓層中，這一剪力墻會(huì)有反彎點(diǎn)，而樓層之處也有有彎矩圖突變； （4） 雙肢、多肢剪力墻： 這一種剪力墻一般具有較大的開(kāi)口或洞口以成列方式分布。其開(kāi)口和整體小開(kāi)口的剪力墻雖有不同，然而二者之間有十分相似的受力特點(diǎn)。

3　在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的運(yùn)用

3.1合理定位剪力墻

盡最大可能的均勻與對(duì)稱(chēng)是剪力墻平面設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循的基本原則，以便縮小扭矩。剪力墻內(nèi)部與外部應(yīng)當(dāng)盡最大可能地對(duì)直與拉通，其肢截面應(yīng)當(dāng)具有簡(jiǎn)潔性和規(guī)則性。尤其是目前常用的整體剪力墻形式，對(duì)截面的規(guī)則性以及應(yīng)力分布需要嚴(yán)格注意。通常情況下，墻上門(mén)窗洞口等開(kāi)洞面積在墻面整體面積的15%以下，且孔洞凈距和孔洞至墻邊的凈距大于孔洞長(zhǎng)邊時(shí)，可忽略洞口對(duì)墻面的影響，按整體懸臂墻的方法對(duì)墻處于水平荷載下的截面內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。

3.2對(duì)大墻肢的處理

在施工的時(shí)候剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)樽陨碛袑?duì)延伸性的要求，所以，墻體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中同樣需要符合延展性方面相應(yīng)的要求，這一點(diǎn)對(duì)于提升剪力墻結(jié)構(gòu)承重力度和完整性特別重要。一般情況下，在設(shè)計(jì)剪力墻過(guò)程中特別容易設(shè)計(jì)為高狀結(jié)構(gòu)，而且特別容易出現(xiàn)墻體結(jié)構(gòu)體系模式和彎曲破壞結(jié)構(gòu)，如此一來(lái)，脆性破壞情況特別容易出現(xiàn)。所以，在剪力墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，那些墻體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的墻體設(shè)計(jì)不僅要符合其承重要求而且要對(duì)其進(jìn)行間隔分層設(shè)計(jì)，將其分割成為獨(dú)立的小巧、均勻的墻段，這種設(shè)計(jì)方式對(duì)于提升剪力墻結(jié)構(gòu)的承重能力特別有效。此外，當(dāng)墻段長(zhǎng)度較短的情況下彎曲而生成的裂縫明顯縮小，高效發(fā)揮了剪力墻體配筋的支撐功能。為了使這種不利情況有效避免，對(duì)于那些＞ 8m 的墻肢，有兩種處理方法可供采納： 一是在施工過(guò)程中墻體留洞，竣工的時(shí)候填充完整，將長(zhǎng)墻肢分割為短墻肢。二是開(kāi)計(jì)算洞，也就是在計(jì)算結(jié)構(gòu)的過(guò)程中將洞納入計(jì)算范圍，施工開(kāi)始的時(shí)候仍然是混凝土墻，利用這種形式的計(jì)算方式，使其小墻肢的配筋功能大大提高。

3.3剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體配筋情況

就剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)講，其墻面廣、量大，所以剪力墻配筋控制得當(dāng)對(duì)于墻體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性以及工程施工的經(jīng)濟(jì)性有極其重要的意義。剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋一般是將縱向鋼筋放置于內(nèi)側(cè)，將橫向鋼筋置于外側(cè)，符合計(jì)算和規(guī)范的最小配筋率是剪力墻配筋的時(shí)候必須要滿(mǎn)足的。在選擇了雙向鋼筋網(wǎng)片的情況下，迎水面保護(hù)層厚度最小可取值為30mm，如此一來(lái)，墻體配筋量將大大減少。

4　結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)施剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)重視基本概念設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則嚴(yán)格把握，并對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的寬度與長(zhǎng)度合理確定，確保設(shè)計(jì)發(fā)揮最佳效果，從而為建筑結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)提供有力保障。

［1］朱彩梅，徐慧飛.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.工程技術(shù)（引文版） ，2016（5）：278.

［2］劉建立，張茗涵.框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)分析［J］.江西建材，2016（2）：77－78.

［3］周克.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)研究［J］.工程技術(shù)（引文版） ，2016（3）：292.