建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻設(shè)計(jì)分析

閆 銳

國(guó)糧武漢科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司

剪力墻結(jié)構(gòu)之所以能夠在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到非常廣泛的應(yīng)用，還是要從結(jié)構(gòu)體系上的很多優(yōu)勢(shì)說起。剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，側(cè)向剛度大，承載力高，彈塑性變形能力大，具有良好的抗震性。從歷次地震中的結(jié)果來看，剪力墻結(jié)構(gòu)的震害比框架結(jié)構(gòu)輕得多，由于變形能力不足或承載力不足而導(dǎo)致倒塌的剪力墻結(jié)構(gòu)極少。當(dāng)然，并不是所有的建筑結(jié)構(gòu)都要用到剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者需要嚴(yán)格按照建筑設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用分析和規(guī)劃，才能確保其良好的應(yīng)用效果。

1 剪力墻的概念

剪力墻是建筑中主要承受風(fēng)荷載以及地震等原因引起的水平荷載的墻體。因而，剪力墻也被稱為抗風(fēng)墻、抗震墻以及結(jié)構(gòu)墻。剪力墻的功能是防治建筑遭受水平剪力的破壞，并能較好地保障房屋和建筑的堅(jiān)固性，通常使用鋼筋混凝土用來制作。按照不同的施工方法，剪力墻也被分為了不同的眾多種類，例如混合結(jié)構(gòu)剪力墻、框架結(jié)構(gòu)剪力墻、框桶筒結(jié)構(gòu)剪力墻等，由于其自身具有的抗側(cè)剛度大的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)的建筑行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。剪力墻可以承受來自水平和豎直兩個(gè)方向的力，一方面是因?yàn)槠涫褂娩摻罨炷磷鳛椴牧蟻碇谱?；另一方面，在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，主要是以滿足剪力墻可以承受水平和豎直兩個(gè)方向的力的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)含有豎向的鋼筋混凝土墻板，水平方向則具有鋼筋混凝土的大樓板。這樣的結(jié)構(gòu)整體稱為剪力墻結(jié)構(gòu)，因而具有較好的剛度和抗震性，這也讓剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中常常被使用。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

(1)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在建筑主要軸線方向上，這是由于剪力墻尤其是發(fā)揮抗震功能的剪力墻其需要承受垂直和水平兩個(gè)方向上的力，沿建筑主軸分布能夠使多個(gè)抗側(cè)剛度接近，即使多個(gè)自振周期接近。(2)剪力墻沿豎向改變時(shí)，允許沿高度改變墻厚和混凝土等級(jí)，或減少部分墻肢，使抗側(cè)剛度逐漸減小，避免各層剛度突變，造成應(yīng)力集中。(3)高層建筑不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，短肢墻應(yīng)盡可能設(shè)置翼緣。在短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體(或一般剪力墻)，以形成共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

3 建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的方法

設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的方法包括：①基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，剪力墻的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是十分重要的，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)參照整體的建筑設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行循環(huán)的論證的過程時(shí)，要依據(jù)實(shí)際情況，找出最為合適的剪力墻結(jié)構(gòu)。在考察項(xiàng)目中，不僅要考慮建筑本身的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，還要考慮建筑所在地區(qū)的水文情況和地質(zhì)條件；②墻體承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在考慮墻體承重設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分了解相關(guān)的政策和要求以及施工數(shù)據(jù)和實(shí)際施工水平，進(jìn)行整體的剪力墻的承重構(gòu)件設(shè)計(jì)，確保建筑結(jié)構(gòu)的整體受力能力和質(zhì)量，并優(yōu)化建筑技術(shù)和腔體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，更精準(zhǔn)的計(jì)算墻體的承重大小和方式。

3.2 墻肢截面厚度

剪力墻的厚度變化呈現(xiàn)階段性的規(guī)律。階段性即均勻平衡，連續(xù)不折斷。階段變化的范圍最大是100m，最小是50m，嚴(yán)格控制在這一范圍以內(nèi)，才能使結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形。剪力墻的材料是混凝土，在混凝土的強(qiáng)度等級(jí)發(fā)生變化樓層時(shí)，此樓層要避免進(jìn)行剪力墻的厚度變化。高層建筑在底部的剪力墻一般厚度大，當(dāng)剪力墻的厚度超過400mm時(shí)，如果僅采用雙排配筋，會(huì)形成中部大面積的素混凝土，使得剪力墻的的截面應(yīng)力不均勻，所以厚度超過400mm的剪力墻，需要配置三排或四排鋼筋。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁

剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁是作為連接剪力墻平面內(nèi)的梁，它不僅能夠連接墻肢，還能夠有效的約束墻肢。在設(shè)計(jì)連梁的時(shí)候，因連梁的剛度很大，普通配筋的、跨高比小的連梁很難成為延性構(gòu)件，所以對(duì)連梁進(jìn)行區(qū)分，按不同的形式分別設(shè)計(jì)。①跨高比大于5的連梁，此類連梁受力情況和框架梁類似，即按照框架結(jié)構(gòu)中的框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。②跨高比小于5的連梁，尤其是住在、旅館等剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑中的連梁，跨高比往往小于2，甚至不大于1，在側(cè)向力的作用下，這些連梁容易出現(xiàn)剪切斜裂縫。對(duì)于跨高比小的高連梁，可以設(shè)置水平縫，形成雙連梁或者多連梁，實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。當(dāng)連梁寬度較大的時(shí)候，除了設(shè)置普通箍筋以外，還可以增加交叉暗柱或者設(shè)置斜向的交叉構(gòu)造鋼筋來改善連梁的受力性能。樓面梁支承在連梁上時(shí)，連梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，一方面不能有效約束樓面梁，另一方面連梁受力十分不利，因此要盡量避免。樓板次梁等截面較小的梁支承在連梁上時(shí)，次梁端部可按鉸接處理。

3.4 其他要點(diǎn)

剪力墻要避免洞口與墻邊，洞口與洞口之間形成小墻肢。小墻肢寬度不宜小于三倍墻厚(否則應(yīng)按框架柱設(shè)計(jì))，并用暗柱加強(qiáng)；控制剪力墻平面外彎矩，應(yīng)采取增加與沿梁軸線方向的垂直墻肢，或增加壁柱、柱等方式，來減少梁端部彎矩對(duì)墻的不利影響。對(duì)截面較小的樓面梁可設(shè)計(jì)為鉸接或半剛接，減小墻肢平面外彎矩；同時(shí)在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到建筑施工的人力成本和資源成本問題，盡可能將資源進(jìn)行合理有效的分配，使資源利用率最大化。

總體來說，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。但從具體的應(yīng)用情況來看，目前剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)用還存在諸多問題需要結(jié)合工程實(shí)際情況加以解決。所以在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要結(jié)合工程的實(shí)際情況合理應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員不可以脫離設(shè)計(jì)要求和原則，把握住要點(diǎn)，在保證安全的前提下，努力減少成本，才能使各方獲得最大的收益。

[1]李艷霞.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用研究[J].建筑知識(shí)，2016，36(14)：25-26.

[2]王俊飛.論剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2016，42(05)：66-67.