建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

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摘要:剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在建筑中采用剪力墻結(jié)構(gòu)，可以有效地改善其抗風、抗震性能，延長其使用壽命。但是盡管剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點很多，但是它并不適合于所有類型的建筑，所以在進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須充分考慮各種因素對剪力墻的影響，并對其進行科學(xué)調(diào)整，其在實際中的作用最大化。

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

剪力墻是一種結(jié)構(gòu)墻，也可以作為抗震墻，其既能承受各種作用力，又能維護建筑物整體安全穩(wěn)定。為了優(yōu)化建筑物結(jié)構(gòu)性能，施工單位需要了解剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理，將其與建筑架構(gòu)設(shè)計合理結(jié)合。本文通過對剪力墻構(gòu)造特性與設(shè)計基本原理進行了剖析，并對其在建筑架構(gòu)設(shè)計中的具體利用展開了探討，并希望能夠給有關(guān)人員提供借鑒。

1剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1．1剪力墻結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)剪力墻洞口設(shè)計的不同可以將其分為幾個種類：其一，實體剪力墻，即墻體未設(shè)置洞口，該種剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載力較強。其二，整體小開口剪力墻，即墻體上存在孔洞，但孔洞面積不大，通常不會超過整個結(jié)構(gòu)的15％。雖然洞口較小，但也會在一定程度上影響剪力墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和承載力，在使用過程中可能會導(dǎo)致連梁處出現(xiàn)反彎現(xiàn)象。其三，連肢剪力墻結(jié)構(gòu)，在即墻體上有很大的孔洞，這會導(dǎo)致剪力墻承壓能力減弱。第四，壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)，與連續(xù)剪力墻相比，整體承載力差，難以保障建筑安全［1］。

1．2剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

1．2．1優(yōu)點。首先，能夠花費較小的成本提升墻體結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量、強化墻體功能、減少設(shè)計以及施工成本。其次，由于剪力墻自身的強度和承載能力都比較好，可以承擔多種荷載，對提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全性有很大的幫助。最后，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，既可以將承重墻、分隔墻等結(jié)合起來，又可以有效擴大室內(nèi)空間，使建筑物整體更具美感。1．2．2缺點。一是遇到外力時很容易在力的作用下產(chǎn)生形變。二是其應(yīng)用會在一定程度上增加重量，導(dǎo)致建筑的整體重量增加。三是剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力有待提升。四是剪力墻結(jié)構(gòu)的耐久性較差。

2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

2．1位置選定原則

剪力墻的部位選擇應(yīng)該堅持一定的原則，首先要在建筑物兩側(cè)均勻分布，然后對于像樓頂之類的造型曲折多樣的區(qū)域，應(yīng)該減少剪力墻的布置。在橫向布置時，還應(yīng)充分遵循對稱原則，如實際結(jié)構(gòu)無法對稱，則應(yīng)盡可能使中心接近地面。如在剪力墻上打洞時，則要把孔洞置于正中，遠離墻腳等部位，以免影響建筑結(jié)構(gòu)安全［2］。

2．2間距和厚度設(shè)置原則

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時最大間距應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，這樣既能保證屋面的側(cè)向剛度，又能防止樓板在橫向載荷過大時發(fā)生彎曲和變形。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，規(guī)定剪力墻結(jié)構(gòu)厚度。

2．3墻肢長度確定原則

一般情況下，墻肢的長度都是根據(jù)具體情況來決定的，但是大部分都小于8m，因為如果太長很有可能會斷裂，當然，墻肢也不能太短。確定墻肢長度的辦法是將其確定為厚度的8倍左右，且總長度應(yīng)該小于4m。如果必須要設(shè)計更長的墻體，可以通過在墻壁上打孔的方法來增長墻體，只要比值＞2且孔徑大小合適，墻體就不會輕易受損［3］。

2．4數(shù)量確定原則

剪力墻的數(shù)量要適當，而不是越多越好的。如剪力墻數(shù)量過多，會使自身所需承受的力變大，進而對建筑整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，且容易遭到破壞，浪費的材料也更多。因此為了減輕自身所需承受的力，應(yīng)在滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的前提下盡量少采用剪力墻。

2．5梁板分布原則

通常，房子的高度越高，所需承受的壓力就越小，因此樓層數(shù)決定著梁板厚度，而梁板厚度又決定著鋼材的用量。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計必須在滿足梁板厚度要求的基礎(chǔ)上盡量減少鋼材用量，從而節(jié)省大量費用。此外，梁板分布應(yīng)盡可能簡潔、清晰，保證質(zhì)量，減少次梁數(shù)量，減少傳力途徑繁冗的情況。

3剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3．1基礎(chǔ)方案及承重構(gòu)件的設(shè)計

在剪力墻基礎(chǔ)方案設(shè)計過程中，需要綜合考慮建筑周邊的地質(zhì)條件、水文條件、建筑群分布情況以及施工工藝等，進一步提升剪力墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案設(shè)計的可行性［4］。而在承重構(gòu)件設(shè)計中，由于其是一面墻，因此在結(jié)構(gòu)上的布局顯得尤為重要。一方面，可以結(jié)合雙向布置設(shè)計，以提高剪力墻的承載能力和抗剪性能。同時必須始終遵循對稱原則，不僅要滿足建筑墻體的承重要求，而且要符合審美需求。另一方面，剪力墻中心要與建筑內(nèi)部空間軸線保持一致，并且要保證其均勻性，以便能夠有效分散剪力作用，從而保證平面布局的合理性。

3．2剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點是其承載力、平面剛度好，而其平面外承載力比較薄弱，如果將平面外梁直接連接到剪力墻上，則會增加墻體的平面外彎矩。因此，當墻體橫斷面較小時，可以考慮采用半剛接法來調(diào)節(jié)墻體的平面外彎矩。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能保證剪力墻平面均勻分布，并使其剛度中心盡可能靠近整個建筑物的中心，以使扭轉(zhuǎn)作用最小化。當剛度中心與建筑物中心有很大偏差時，可以根據(jù)需要調(diào)整墻體長度和連接梁高度，來調(diào)節(jié)剛度中心的位置。另外，由于剪力墻的側(cè)向剛度大、自振周期短、水平地震作用大，會對結(jié)構(gòu)的整體性能產(chǎn)生一定影響［5］。為了減小建筑物結(jié)構(gòu)受地震剪應(yīng)的影響力，可以采取減小墻體厚度、加大主次結(jié)構(gòu)設(shè)計間隔、減小墻體總數(shù)等措施來減輕結(jié)構(gòu)的整體重量，進而提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。

3．3大墻肢處理

在進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須充分考慮其延伸特性，如果不對其進行合理處理，將會對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和耐久性產(chǎn)生不利影響。而為了提高剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力，可以采取封層間隔的方法，將大跨度剪力墻分為若干個單獨的墻體，以改善其穩(wěn)定性，防止其在施工中受到外力影響。

3．4剪力墻厚度的控制與配筋

合理控制剪力墻的厚度以及配筋能夠進一步提升整體應(yīng)用效果。在剪力墻結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計過程中，要根據(jù)建筑抗震需求以及相關(guān)規(guī)范要求進行合理設(shè)計。但是部分規(guī)定在面對多層或是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候并不能完全適用。如果建筑結(jié)構(gòu)對于空間有一定要求，而不能設(shè)計外縱墻、翼墻等，則墻體厚度需要達到320mm的最低值，同時進行合理計算和分析，保證墻肢軸壓比滿足工程實際需求。而對墻體配筋率的設(shè)計應(yīng)當遵循我國相關(guān)規(guī)范中各項條款規(guī)定，例如：如果抗震等級為1級，那么在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，墻體配筋率不得低于0．25％，加強部位配筋率應(yīng)在0．3％及以上。此外，設(shè)計人員在進行配筋過程中需要根據(jù)剪力墻壓力進行合理計算，并根據(jù)試驗結(jié)果合理調(diào)整配筋率，以適應(yīng)剪力墻施工要求。

3．5連梁的設(shè)計與優(yōu)化

在剪力墻中，連梁并非必需的結(jié)構(gòu)。但對設(shè)有連梁的剪力墻來說，如果連梁設(shè)計不合理，則必然會對剪力墻承載力產(chǎn)生一定的影響，甚至出現(xiàn)截面與設(shè)計不相符的現(xiàn)象。在設(shè)計連梁時，必須注意以下幾個方面：一是降低連梁的剛度。連梁跨高低，但與其相連的墻體剛度大，當出現(xiàn)橫向應(yīng)力時，連梁將受到很大的內(nèi)力影響，從而導(dǎo)致開裂和損壞。因此在設(shè)計時要科學(xué)降低連梁剛度，如果設(shè)防烈度很低，可以降低折減量，如果設(shè)防烈度較高，可以適當提高折減量，但是要保證折減率不超過0．5。二是擴大孔洞寬度。在減小連梁高度的前提下，增大開孔寬度可以明顯折減連梁剛度，從而改善其抗震性能。三是可以根據(jù)工程實際，適當增大剪力墻的厚度［6］。

3．6邊緣構(gòu)件設(shè)計

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，邊緣構(gòu)件是非常重要的內(nèi)容。通常情況下，施工中會用到約束性邊緣構(gòu)件和無約束能力的邊緣構(gòu)件，相對于后者來說，前者在承載力上要更強，幾乎可以達到40％。實際設(shè)計的過程中，需要根據(jù)工程的實際情況來選擇合適的邊緣構(gòu)件種類。通常情況下，如果實際軸壓比大于可不設(shè)約束邊緣構(gòu)件的最大軸壓比，那么可以選擇約束性邊緣結(jié)構(gòu)構(gòu)件；而如果實際軸壓比小于可不設(shè)約束邊緣構(gòu)件的最大軸壓比，則選擇構(gòu)造類的邊緣構(gòu)件。

4案例分析

一棟25層的高層建筑，包括兩層地下車庫；第一層層高6．5m，為高架層；二層及以上為居住區(qū)，層高3．3m。本項目安全等級為2級，地震設(shè)防烈度為7度。

4．1轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置

現(xiàn)階段，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置通常有厚板轉(zhuǎn)換層、巨型梁轉(zhuǎn)換層、巨型桁架轉(zhuǎn)換層等不同的結(jié)構(gòu)形式。在工程實施的過程中，轉(zhuǎn)換梁的形式較為常見，該方式受力明確且施工便捷，因此被廣泛應(yīng)用于各種剪力墻結(jié)構(gòu)中。該項目采用了大型梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。工程高度為B級，為了能夠有效提升整體結(jié)構(gòu)的承載力和延展性，采用CRC結(jié)構(gòu)作為框架支撐。

4．2標準層結(jié)構(gòu)布置

在設(shè)計時，應(yīng)盡可能使標準層結(jié)構(gòu)剛性中心與建筑物重心相一致，以減少扭轉(zhuǎn)對建筑整體的影響。當建筑物自身平面形變起伏大時，應(yīng)在凸出端附近設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻，從而達到控制結(jié)構(gòu)變形和改善整體結(jié)構(gòu)的目的。在此項目中，在進行剪力墻布置時，縱橫剪力墻設(shè)計呈L型或T型，剛度基本相同。整個剪力墻結(jié)構(gòu)自上而下所使用的混凝土強度由C45逐漸變成C30，剪力墻的厚度從300mm逐漸變成200mm［7］。在角窗位置設(shè)置高為1200mm的梁，適當提升地震作用下整個結(jié)構(gòu)的抗扭能力。

4．3結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計

在本工程中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計主要體現(xiàn)在以下幾方面。首先，框支柱方面。本工程的框支柱抗震等級設(shè)置為一級，其軸壓比不得大于0．6。對于部分短柱來說，其軸壓比設(shè)置不得大于0．5，配筋率不得小于1．5％，并且保證箍筋全長加密。這樣可以避免脆性剪切破壞，改善整個剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能。其次，框支梁方面。此項目中，框支梁的寬度設(shè)定在600～9000mm之間。框架—支撐梁結(jié)構(gòu)既是上部和下部的傳遞樞紐，又是保證整個剪力墻抗震性能的重要組成部分，所以在設(shè)計時要為其預(yù)留足夠的空間，且框支梁配筋率配筋比例不應(yīng)低于0．5％，并且配備了足夠數(shù)量的腰筋，此外整個框支梁的設(shè)計始終堅持“強剪弱彎”的原則。

5結(jié)語

綜上所述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，剪力墻結(jié)構(gòu)的功能優(yōu)勢非常明顯，實際應(yīng)用較為廣泛，其也是影響建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的重要因素?；诖?，在設(shè)計方面需要重視與實際情況相結(jié)合，嚴格依照規(guī)范要求，加強各參數(shù)的合理設(shè)計。尤其需要注意剪力墻結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，選擇合理的設(shè)計方案，加強平面設(shè)計等細節(jié)控制，充分發(fā)揮出剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢。

參考文獻

［1］韓飛．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］．中國建筑裝飾裝修，2022（5）：99－101．

［2］劉依寧．剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析［J］．中國建筑裝飾裝修，2022（2）：102－103．

［3］王展．剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用探析［J］．甘肅科技，2021，37（24）：118－120＋144．

［4］蘇勒德．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用策略［J］．科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021，25：107－108．

［5］李長武．剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析［J］．磚瓦，2021（6）：110－111．

［6］湯海燕，水淼，李睿．探究裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］．建材與裝飾，2020（7）：134－135．

［7］田力．論建筑工程設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］．門窗，2019，15：135＋138．

作者:韓文燕 單位:大同市建筑設(shè)計學(xué)院