建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻設(shè)計的探討

王鵬　楊陽

摘 要：隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，對建筑設(shè)計有了更高要求。人們的物質(zhì)需求得到滿足之后對于建筑物的多樣化需求也在增加，建筑結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜。本文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)于剪力墻部分的設(shè)計進(jìn)行剖析，先介紹了剪力墻的定義和分類，進(jìn)而對剪力墻的設(shè)計原則以及優(yōu)化措施進(jìn)行了探討，希望能給相關(guān)設(shè)計人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；剪力墻設(shè)計；應(yīng)用分析

當(dāng)前，在高層建筑物的不斷增多下，建筑結(jié)構(gòu)的樣式、結(jié)構(gòu)安全性、功能性被提出了更高的要求。在這種環(huán)境下，剪力墻結(jié)構(gòu)的運用優(yōu)勢便得到了充分的彰顯。為了滿足人們對于建筑物的功能要求，提高建筑物的整體質(zhì)量，就需要對剪力墻的設(shè)計原則、注意事項進(jìn)行分析，并提高剪力墻結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平，為高層建筑物創(chuàng)新發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。隨著城市化進(jìn)程的加快，人地矛盾日益突出，高層建筑的出現(xiàn)極大了緩解了這一現(xiàn)狀，而剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑的主要結(jié)構(gòu)，其設(shè)計水平直接關(guān)系著高層建筑的質(zhì)量和功能發(fā)揮。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須在對設(shè)計原則進(jìn)行全面把控的前提下，完善剪力墻設(shè)計技術(shù)，提高剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量，本文將對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作做詳細(xì)的研究。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的基本定義

根據(jù)受力特點的不同，高層結(jié)構(gòu)中墻體可以分為填充墻、承重墻和剪力墻，填充墻主要起到建筑功能分割的作用，承重墻主要是承受豎向的荷載，而剪力墻主要是承受水平荷載，而水平荷載主要來自于地震作用力，因此剪力墻又稱抗風(fēng)墻或抗震墻，其結(jié)構(gòu)有抗側(cè)剛度大的特點，以及側(cè)移較小、抗震性能良好的優(yōu)秀特點。房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載（重力）的墻體，防止結(jié)構(gòu)剪切（受剪）破壞。剪力墻分為平面和筒體兩種，平面剪力墻主要用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升板結(jié)構(gòu)、無梁樓蓋體系，整體性好。筒體剪力墻主要用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和懸吊結(jié)構(gòu)中，在剛度及強度方面有明顯優(yōu)勢。按照結(jié)構(gòu)材料的不同又可以分為鋼板剪力墻、鋼筋混凝土剪力墻和配筋砌塊剪力墻三種，其中鋼筋混凝土剪力墻最為常見。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的分類

根據(jù)剪力墻上的洞口開設(shè)情況以及墻體和開口之間的排列方式，將整個剪力墻結(jié)構(gòu)分為四種類型，不同類型的剪力墻也因其截面應(yīng)力分布的不同被用于不同結(jié)構(gòu)特點的建筑類型。

2.1 整體剪力墻

沒有洞口或者是整個門窗洞口的總面積之和小于剪力墻側(cè)面積15%的墻體，被稱之為整體剪力墻，這類剪力墻的受力特點類似于整體的懸臂墻，相當(dāng)于下端被固定但上端自由的豎向懸臂構(gòu)件，整個截面的正應(yīng)力在建筑水平荷載的作用下多呈現(xiàn)出直線分布的態(tài)勢。彎矩圖在整個墻肢的高度上一般不會產(chǎn)生彎點，突變情況更是較少產(chǎn)生。

2.2 整體小開口剪力墻

整體小開口剪力墻，是基于整體剪力墻的概念所出現(xiàn)的，這類剪力墻往往雖然具有較小的開口，但總體上看來，整個門窗洞口的總面積之和往往大于剪力墻側(cè)面積15%。因此，在變形及受力曲線圖上，這類剪力墻往往變?yōu)閺澢?。整個正應(yīng)力分布在建筑水平荷載的作用下近似呈直線分布，可認(rèn)為是局部彎曲應(yīng)力和整體墻彎曲應(yīng)力的部分疊加。此外，雖然這類剪力墻的彎矩圖，一般不會在整個墻肢的高度基礎(chǔ)上出現(xiàn)彎曲點，但由于開口面積較大，故彎矩圖的幾點主要位置上可能產(chǎn)生突變。

2.3 雙肢及多肢剪力墻

雙肢及多肢剪力墻，指的是整個墻面開有一列或是多個成列分布的洞口的剪力墻，雖然這類墻體所開洞口的尺寸較大，由于其受力情況與整體小開口剪力墻類似，故相關(guān)的概念及彎矩圖也不存在較大差異。但從連梁對墻肢的約束作用來看，由于整個墻體的整體結(jié)構(gòu)會因為過多開設(shè)的洞口而產(chǎn)生破壞，故墻肢局部會出現(xiàn)較大的彎曲現(xiàn)象，如果洞口開設(shè)過多，很有可能正應(yīng)力分布的曲線圖完全偏離直線分布。

2.4 壁式框架剪力墻

壁式框架多用于高層建筑中，其開設(shè)的洞口數(shù)量較多且尺寸較大，整個墻肢寬度相對于洞口而言顯得較小，就線剛度而言，墻肢和連梁的差異性并不大。顧名思義，這類剪力墻的受力分析與框架結(jié)構(gòu)極其相似，在正應(yīng)力分布中，墻肢截面往往會出現(xiàn)局部彎矩，在很多樓層的內(nèi)墻肢中也會出現(xiàn)反彎點。

3 剪力墻設(shè)計原則

3.1 避免墻肢平面外彎矩

剪力墻的平面外承載力和剛度較小，而對平面內(nèi)承載力和剛度較大，因此在平面外方向相關(guān)的梁和剪力墻一起連接作用時，則會發(fā)生墻肢平面外有不同程度的彎矩，要盡可能的避免。

3.2 連梁超限調(diào)整

一般情況下剪力墻的連梁跨高比基本上都高于2.5，如果跨高比小于2.5的話，連梁就會很容易出現(xiàn)彎矩現(xiàn)象，并且剪力就會超過規(guī)范限值。而在相關(guān)規(guī)定中，跨高比要高于5的情況下，也應(yīng)按照相應(yīng)的框架梁施工結(jié)構(gòu)設(shè)計，也就是說不折減梁剛度，也很容易發(fā)生彎矩，或者是剪力超過限值的情況。如果在實際的工作和施工中，能夠多加注意這一點，就會對建筑工程的造價起到節(jié)省成本的重要意義。

3.3 規(guī)則性

在剪力墻的設(shè)計及使用過程中，保持規(guī)則性是十分重要的。以高層建筑為例，剪力墻的平面布置應(yīng)當(dāng)沿著建筑的兩個主軸方向雙向布置，并且兩個主軸方向的剪力墻的側(cè)向剛度不應(yīng)出現(xiàn)較大差異，從而避免建筑產(chǎn)生側(cè)向位移。在抗震結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計中，簡單規(guī)則的剪力墻設(shè)計尤為重要，相關(guān)的建筑設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)盡可能考慮避免單向有墻的情況發(fā)生，從而保證地震發(fā)生時建筑體不會因剪力墻倒塌產(chǎn)生嚴(yán)重變形。如果整個建筑平面為三角形、圓形或是多邊形時，為了避免單向有墻，整個剪力墻結(jié)構(gòu)可以按照環(huán)向和徑向布置，如果遇到轉(zhuǎn)折或稍有錯開時，設(shè)計時可按照一道剪力墻的模式來考慮。

3.4 簡化抗震設(shè)計

對于主體結(jié)構(gòu)布置情況相對比較簡單的建筑物來說，在對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，可以通過空間協(xié)同平面框架的應(yīng)用對其進(jìn)行計算。對主體結(jié)構(gòu)布置情況較為復(fù)雜的建筑工程，則需要通過空間分析程序?qū)ζ湮灰萍皟?nèi)力等因素進(jìn)行分析。同時，在實際設(shè)計過程中，要堅持簡化計算的原則開展設(shè)計工作，且在對底盤長寬進(jìn)行計算時需要能夠在結(jié)合建筑主體結(jié)構(gòu)長寬的基礎(chǔ)上對其開展分析工作，并盡可能地以成比例的方式進(jìn)行設(shè)計。

4 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 剪力墻連梁設(shè)計

隨著人們對建筑要求越來越高，剪力墻連梁設(shè)計也由于其能夠保證結(jié)構(gòu)的剛度和減小建筑側(cè)移的優(yōu)點，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中彰顯出重要價值。結(jié)構(gòu)設(shè)計中，連梁的設(shè)計常受多因素制約，一方面，梁的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度需要考慮相連的剪力墻的墻肢剛度，如果在設(shè)計過程中，連梁跨高比過小，其往往會在反復(fù)荷載作用下產(chǎn)生斜裂縫，進(jìn)而發(fā)生剪切破壞。因此，相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師需要對剪力墻連梁問題進(jìn)行詳盡處理?？煽紤]采用跨高比偏大的連梁，使其不過早地發(fā)生剪切破壞，保障連梁的可延性。同時，在設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行內(nèi)力分析，并對連梁剛力進(jìn)行折減計算，從而降低連梁發(fā)生剪切破壞的概率。

4.2 墻肢平面外彎矩

當(dāng)框架梁或次梁與剪力墻平面外相交時，剪力墻與梁連接處可能會因為剛度突變造成墻肢平面外彎矩，這也是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中較常出現(xiàn)的問題。因此，建筑設(shè)計人員可沿梁軸線的方向設(shè)置一定長度的剪力墻與梁相連，或是在整個梁與墻的連接處設(shè)置一定數(shù)量的扶壁柱和暗柱等相關(guān)設(shè)施，從而對墻肢平面外彎矩這一現(xiàn)象加以改善。

5 結(jié)語

綜上所述，我國的建筑工程越來越趨向于高層化，剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑的主要結(jié)構(gòu)，建筑企業(yè)必須對其設(shè)計水平進(jìn)行有效提升。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要積極采用先進(jìn)手段，結(jié)合工程實際加以運用，保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和靈活的思維，對設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題及時進(jìn)行解決，保證剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，推動我國建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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