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)用分析

焦陽(yáng)

（山東建勘集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

引言

房屋建筑是隨著人類活動(dòng)的需要和社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展起來的。而且技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為高層建筑的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)提供了保障，所以高層建筑一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家以及一個(gè)地區(qū)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在建筑工程施工過程中，加大對(duì)框架剪力墻結(jié)構(gòu)施工的重視力度，是現(xiàn)代化建筑工程發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是提高建筑穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的重要內(nèi)容。因此，相關(guān)人員必須不斷創(chuàng)新優(yōu)化施工技術(shù)，切實(shí)做好施工質(zhì)量控制工作，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。

一、概念

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，承受著豎向壓力和其平面作用下的水平剪力的雙重力量。剪力墻的寬度和高度較大，但厚度相對(duì)較小，這使得剪力墻具備幾何特性以及不同于其他結(jié)構(gòu)的受力特征。由于剪力墻厚度較小，相當(dāng)于板的厚度，所以如果單獨(dú)使用，在地震災(zāi)害下，很容易因剛度不足引起結(jié)構(gòu)變形、斷裂等問題。所以在設(shè)計(jì)過程中，除要考慮增大剪力墻剛度外，還需對(duì)彈性變形能力和抗震性進(jìn)行綜合分析，合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)種類和規(guī)模，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性。通常情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以延性彎曲型為主。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

對(duì)高層建筑而言，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)性能的要求相對(duì)較高，不同的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)整體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否必須開洞，如果存在開洞的必要，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮開洞的大小。根據(jù)高層民用建筑中的剪力墻設(shè)計(jì)和使用情況，一些剪力墻開洞，而一些剪力墻不開洞，且開洞的剪力墻結(jié)構(gòu)中，洞的大小也存在著明顯的區(qū)別。因此，在高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，開洞與否、開洞大小可以作為劃分基準(zhǔn)，建筑結(jié)構(gòu)中大多包含了實(shí)體墻、整體小開口剪力墻、多肢剪力墻、壁墻框架。對(duì)實(shí)體墻而言，其屬于不開洞剪力墻，當(dāng)然，在一些建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，實(shí)體墻剪力墻的開洞非常小，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中沒有任何的受力突變和反彎點(diǎn)。整體小開口剪力墻比較特殊，同樣屬于小開洞結(jié)構(gòu)，墻彎矩存在明顯突變，在高度上沒有反彎點(diǎn)分布，但局部存在反彎點(diǎn)。多肢剪力墻為大開洞結(jié)構(gòu)。

三、建筑工程框架剪力墻結(jié)構(gòu)施工技術(shù)難點(diǎn)

第一，建筑工程自身具有規(guī)模大、施工種類多、內(nèi)容較復(fù)雜等特性，導(dǎo)致施工過程中體量較大，加大了從設(shè)計(jì)到施工環(huán)節(jié)的難度，同時(shí)還極易出現(xiàn)鋼筋選擇不規(guī)范導(dǎo)致的澆筑過程中的偏移、錯(cuò)位情況；第二，在施工中可能由于沒有對(duì)模板支撐系統(tǒng)荷載力進(jìn)行測(cè)量和優(yōu)化，極易出現(xiàn)爆膜等不良事故，甚至?xí)霈F(xiàn)建筑坍塌等，其施工難點(diǎn)在于對(duì)剪力墻模板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加固環(huán)節(jié)；第三，框架剪力墻施工難點(diǎn)還在于放線測(cè)量環(huán)節(jié)，其具備較強(qiáng)的針對(duì)性和精細(xì)性，需要全面做好準(zhǔn)備和審核等各項(xiàng)工作，但是經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)失誤、設(shè)備不完善等因素導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不足的情況，增加了后期的施工難度，大幅度提升了施工復(fù)雜性，難以對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制。因此，必須對(duì)各項(xiàng)施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，保障建筑工程質(zhì)量。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

（一）合理布置剪力墻平面

剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性、穩(wěn)定性和安全性目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，在一定程度上取決于剪力墻的平面布置情況。在平面布置時(shí)，應(yīng)從以下方面來開展：1.剪力墻平面布置應(yīng)始終堅(jiān)持對(duì)稱性和均勻性的原則，使得墻面中心可以完全和結(jié)構(gòu)剛度中心重合，通過這種控制來減小扭矩，實(shí)現(xiàn)與墻體的對(duì)直；2.抗震剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選用兩側(cè)都有剪力墻的設(shè)計(jì)方案；3.始終沿中心軸線的方向保持對(duì)稱性；4.將剪力墻抗側(cè)力剛度控制在合理的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中，可以直接利用T=(0.05-0.06)n公式來進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，T 代表的是經(jīng)驗(yàn)公式，n 為剪力墻結(jié)構(gòu)層數(shù)，在此公式下，確定剪力墻剛度的范圍，保持剛度和層數(shù)相符合；5.剪力墻布置不宜太密，盡量多布設(shè)均勻長(zhǎng)墻，少布設(shè)短墻，最好使得墻肢厚度沿著高度方向上呈現(xiàn)均勻變化的趨勢(shì)；6.堅(jiān)持“強(qiáng)周邊、弱中部”的布設(shè)要求，將剪力墻平面布設(shè)為L(zhǎng)、T、十字形等多種簡(jiǎn)單形式，以提升剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（二）定剪力墻墻肢長(zhǎng)度

確定剪力墻墻肢長(zhǎng)度時(shí)，首先應(yīng)考慮滿足建筑功能的要求，其次是剪力墻墻肢長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)也不能太短，確定原則是，盡可能布置長(zhǎng)墻，少布置短墻。當(dāng)墻肢長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，受彎后產(chǎn)生的裂縫寬度會(huì)較大，墻體的配筋容易拉斷，因此墻段的長(zhǎng)度不應(yīng)過大，墻肢長(zhǎng)度宜控制在8m 以內(nèi)；當(dāng)墻肢長(zhǎng)度很短時(shí)，可能形成短肢剪力墻，短支剪力墻的出現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致多樓層出現(xiàn)反彎點(diǎn)，受力發(fā)生改變，逐漸接近異形柱的狀態(tài)，抗震性能較差。所以為保障建筑的安全性，不會(huì)將其應(yīng)用在地震區(qū)域內(nèi)，且不得采用全短肢的剪力墻的結(jié)構(gòu)。

（三）剪力墻結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家的相關(guān)規(guī)定要求，若建筑工程的抗震等級(jí)是一級(jí)或二級(jí)，則剪力墻底部加強(qiáng)部位的厚度應(yīng)大于200mm，并且應(yīng)大于層高的1/16，剪力墻的其他結(jié)構(gòu)厚度不能小于160mm；若剪力墻端頭未涉及翼墻，則應(yīng)大于層高的1/12。但是相關(guān)規(guī)定并不適用于所有建筑結(jié)構(gòu)，如在設(shè)計(jì)低高層或多層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，若建筑層數(shù)在5～15 以內(nèi)，該種情況下的剪力墻肢在重力荷載代表值下，軸壓比多小于0.2，若按照規(guī)定計(jì)算，底部功能要求3.9m層高，墻體厚度至少為240mm。若出現(xiàn)此種情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過概念設(shè)計(jì)分析，重新規(guī)劃墻肢軸壓比，驗(yàn)算剪力墻墻體截面的強(qiáng)度，科學(xué)設(shè)置配筋率，在確保剪力墻綜合性能符合建筑要求的情況下，減少墻體厚度。

（四）剪力墻墻體配筋的合理設(shè)置

在剪力墻結(jié)構(gòu)中鋼筋使用量較大，因此合理配置剪力墻鋼筋是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮的重要問題之一，通常情況下，墻體配筋是根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算得來的，但部分墻配筋是按照規(guī)范規(guī)定確定的，在剪力墻墻身配筋過程中建議在滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算的前提下，將墻體的水平、豎向分布鋼筋分別按墻體的外側(cè)、內(nèi)側(cè)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，這樣既滿足墻體承載力的要求，又能降低鋼材的用量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約鋼筋材料的目的。

（五）對(duì)剪力墻的連梁設(shè)計(jì)展開優(yōu)化

剪力墻設(shè)計(jì)中的連梁設(shè)計(jì)也非常重要，通過科學(xué)的連梁設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)剛度得以改善，可以在一定程度上將側(cè)向位移控制在合理的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，進(jìn)而來提升整體建筑的穩(wěn)定性。但因?yàn)轳詈狭杭袅υO(shè)計(jì)時(shí)常常會(huì)受到諸多因素的影響，如果在設(shè)計(jì)過程中缺乏對(duì)這些因素的科學(xué)考慮，可能會(huì)導(dǎo)致剪力墻的結(jié)構(gòu)性能難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法提升高層建筑的整體性能。比如，在剪力墻設(shè)計(jì)中，如果連接梁的橫高度過小，連接梁就無(wú)法在整個(gè)高層建筑內(nèi)發(fā)揮其作用，具體來說，當(dāng)受到反復(fù)的荷載作用力時(shí)，結(jié)構(gòu)裂縫將難以避免，剪力墻的質(zhì)量安全問題突出。因此，針對(duì)連接梁在剪力墻中的作用，在剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用高連接梁，做好相應(yīng)的受力分析。

五、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)用策略

（一）施工前做好事前分析

在框架剪力墻的施工環(huán)節(jié)中，在施工前要對(duì)該工程的占地區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘驗(yàn)，然后結(jié)合得到的有關(guān)數(shù)據(jù)制定合適的施工方案，把框架剪力墻施工技術(shù)應(yīng)用到整個(gè)施工環(huán)節(jié)中。在確定好施工方案之后，需要統(tǒng)一安排各種施工技術(shù)和內(nèi)容，同時(shí)還要考慮到施工內(nèi)的其他因素，比如施工的方向和內(nèi)涵等，確保施工的效果。同時(shí)還要組建專業(yè)的管理部門以及工程設(shè)計(jì)及技術(shù)人員隊(duì)伍，確保工程交底工作的順利開展，隊(duì)伍需要明確施工環(huán)節(jié)中所涉及的各項(xiàng)內(nèi)容，保證所有的施工負(fù)責(zé)人都能夠準(zhǔn)確地按照方案進(jìn)行，充分領(lǐng)會(huì)到設(shè)計(jì)者的意圖。要在設(shè)計(jì)工程中避免出現(xiàn)溝通不當(dāng)而導(dǎo)致工程出現(xiàn)問題等情況，在保證工程施工質(zhì)量的同時(shí)還要確保工作效率，避免二次返工問題出現(xiàn)，減少由于看不懂設(shè)計(jì)圖而導(dǎo)致施工出現(xiàn)各種問題的情況。除此之外，在施工之前，還要對(duì)施工材料及機(jī)械設(shè)備性能進(jìn)行專業(yè)的檢查，在保證其安全性的情況下再開展工程。

（二）重視材料關(guān)卡。

框架剪力墻結(jié)構(gòu)離不開混凝土材料的質(zhì)量，所以，先要重視混凝土材料選取環(huán)節(jié)的工作。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行深入地解讀，明確混凝土材料的具體要求并予以有效地控制，才能從根本上保障材料環(huán)節(jié)。比如，采購(gòu)人員明確具體規(guī)格的混凝土材料后，應(yīng)當(dāng)在市場(chǎng)中選取與其相同的材料，杜絕使用類似或低劣的材料，否則會(huì)嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。同時(shí)，不僅要選取合適的材料，還要在材料的配比方面予以全面地控制。例如，水泥作為混凝土中的必要材料，其具有較強(qiáng)的水化熱特性，也會(huì)對(duì)加工后的混凝土材料質(zhì)量產(chǎn)生影響，由此可知，混凝土調(diào)配環(huán)節(jié)必須要根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求選取正確的材料，并添加合適的配比及用量，才能在試驗(yàn)階段確定混凝土材料的強(qiáng)度、抗震性等。

結(jié)束語(yǔ)

在城市人口不斷增加的情況下，城市中的建筑高度會(huì)呈現(xiàn)逐漸提高的發(fā)展趨勢(shì)，剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍也會(huì)不斷提升，為進(jìn)一步提升剪力墻結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不斷進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，通過應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，促進(jìn)我國(guó)高層建筑的建筑工藝更加成熟，推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。