對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中問題分析

摘要：隨著社會經(jīng)濟水平提高，建筑行業(yè)也得到了快速發(fā)展，框架剪力墻在結(jié)構(gòu)中也得到了廣泛的應用。突出了框架結(jié)構(gòu)的空間性和靈活性等優(yōu)點，但在結(jié)構(gòu)形式中也出現(xiàn)了諸多缺陷，例如底部水平層間位移大，側(cè)向剛度差等缺點。對于高層來說，如果使用框架結(jié)構(gòu)加大梁柱截面，不僅造成了材料的浪費，也減少了住房的可用空間，如果增加剪力墻框架結(jié)構(gòu)，不僅可以提高水平地震作用，而且可以增加可用空間。本文針對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題進行了探討，同時結(jié)合實際工作經(jīng)驗分析要點。供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；剪力墻設(shè)計；問題探討

一、框架剪力墻的結(jié)構(gòu)分析

1.框架剪力墻結(jié)構(gòu)的受力與變形

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由兩個不同的橫向受力結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。剪力墻結(jié)構(gòu)為懸臂梁的垂直，其受力形式和變形曲線與橫向懸臂梁類似，和橫向懸臂梁一樣，梁的長度越長，受力后其邊緣的位移增長速率越大?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的受力形式如同受剪切力的懸臂梁，梁的長度越長，受力后其邊緣的位移增長速率越小。由于剪力墻的側(cè)移剛度大于框架，因此剪力墻所承受的側(cè)向力要大于框架的側(cè)向受力，同時隨著高度的不同框剪結(jié)構(gòu)的水平受力也不斷的在調(diào)整。框架剪力墻結(jié)構(gòu)承受水平力的主要部位在中上部，因此在做框架剪力墻設(shè)計時要考慮協(xié)同工作的問題，不能按照純框架的結(jié)構(gòu)形式來計算，否則會造成結(jié)構(gòu)中上部安全性能低等缺點。

2.荷載傾斜與偏心的影響

我們知道，用理論公式對地基承載力進行求解時，我們是與建筑軸線載荷依據(jù)和考慮的問題，可見荷載傾斜與偏心對地基強度也是有影響的。所以說，荷載傾斜與偏心不但是影響地基強度的一個因素，還是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點內(nèi)容。一般來說，鋼筋混凝土樓板和屋蓋的整體性能好，在適當位置布設(shè)構(gòu)造柱，并配置相應的構(gòu)造鋼筋，不但能夠消除滑移、偏心等問題，還能加強樓板的剛度值、適當放寬對建筑的平面要求，對于建筑的層間變形，也非常容易控制。建筑物作為許多細節(jié)構(gòu)件連接而成的整體，是一個具備空間剛度的結(jié)構(gòu)體系，其能否承受驚人的荷載力量，全看各構(gòu)件間能不能實現(xiàn)協(xié)調(diào)工作、有機地形成一個整體，換言之就是建筑各個構(gòu)建是否形成了軸心體。

3.框架剪力墻的抗震性能

根據(jù)我國抗震設(shè)計規(guī)范的要求“小震不壞，中震可修，大震不倒”的基本原則，當遭遇小震破壞時房屋應該處于正常使用狀態(tài)，可以進行彈性反應譜進行彈性研究；當房屋處于中震破壞時，也就是房屋可修的情況，此時的狀態(tài)為非彈性狀態(tài)，可以通過構(gòu)造要求來進行結(jié)構(gòu)安全的滿足；當房屋處于大震破壞時，由于房屋處于較大的非彈性破壞，因此要保證房屋不能倒塌。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)形式以及抗側(cè)移剛度的改進

地震是破壞房屋的一種主要原因，一些高層建筑必須要考慮采用剪力墻結(jié)構(gòu)。因此需要設(shè)計人員設(shè)計出剪力墻的合理數(shù)量。剪力墻數(shù)量過多固然結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度越大，抗地震作用也就相對的較強一些。但是，當結(jié)構(gòu)剛度過大時，由于周期過短，地震作用反而有可能會更加強烈，而且浪費了一定的材料。因此只從抗震方面來看，剪力墻并不是越多越好，選取合理的剪力墻數(shù)量才能達到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)化。在地震作用中一直存在著剛性與柔性的說法。

剪力墻抗側(cè)移剛度此外還受到基底傾斜和地面傾斜的影響，比如說兩個相鄰基礎(chǔ)的影響、地基與上部結(jié)構(gòu)共同作用的影響與加荷速率的影響等等。那么怎么樣對一個工程項目實施建筑的基底與地面的布局與結(jié)構(gòu)布置？這通常與建筑物剪力墻的平立面直接相關(guān)。有地震數(shù)據(jù)表明，簡單、規(guī)則的建筑其抗震能力普遍較強。這是因為復雜式建筑在地震發(fā)生時基底構(gòu)件的強度與剛度達不到一致規(guī)律，導致結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)非常明顯。因此，在對建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計中務必加強措施，盡可能遵循建筑物的均勻?qū)ΨQ原則，從總體上保證建筑物的基底與地面的穩(wěn)定性，確保相關(guān)的地震反應數(shù)據(jù)計算審核無誤，這樣就可以在建筑物發(fā)生沉降時可以明確荷載的傳遞途徑，最大化地避免基底傾斜和地面傾斜對建筑物剪力墻構(gòu)成的影響。

通過實踐我們可以知道，不同的建筑形式在相同的受力荷載作用下地基破壞程度也不同，比如說L形、T形、Y形等不規(guī)則平面建筑，較之其他結(jié)構(gòu)形式建筑，它們的破壞率明顯增高；對于那些大底盤式的高層建筑，在相鄰樓層質(zhì)量突變較大的情況下，其破壞程度勢必加重；此外，由于建筑結(jié)構(gòu)形式差異，防震縫設(shè)置的寬度問題也有可能導致建筑物發(fā)生沉降破壞；樓層平面形心與重心偏移越大，對建筑地基強度的損耗越大。剪力墻抗側(cè)移剛度作為建筑設(shè)計中的重要內(nèi)容，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系階段，會受到許多外界因素如建筑高度、經(jīng)濟狀況、場地布置、施工材料等影響，是一個涉及面極廣的技術(shù)問題，必須經(jīng)過謹慎的思考才能確定。

三、框架剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁

1.剪跨比不同的兩種連梁

在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁影響到結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，所以連梁的設(shè)計在結(jié)構(gòu)中合理的運用對于安全性能是至關(guān)重要的。當連梁的剪跨比小于5，豎向荷載作用，受力會很小，連梁的所承受的彎矩也很小，因此不會影響配筋的作用。但在水平荷載作用下時，其所承受的剪力很大，所承受的剪切彎矩相應的也很大，容易發(fā)生剪切破壞。因此當連梁設(shè)計跨高比小于5時，其抗震等級需要與剪力墻抗震等級相同。當連梁的跨高比大于5時，可按照框架結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.框架與剪力墻的連接方式

一般來說，框架與剪力墻的連接方式可分為剛接和鉸接。當連接框架和剪力墻的連梁是剛接時，連梁的效果體現(xiàn)的尤為明顯?？蚣芎图袅κ峭ㄟ^連梁方式連接起來的，所以框架和剪力墻在結(jié)構(gòu)中能同時作用，結(jié)構(gòu)的整體剛度得到了保證。同時，在遇到大的地震作用時，連梁首先承受地震的作用，并且進入了塑性階段來緩解地震作用，這樣結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到了一定的滿足。當框架與剪力墻的連接方式為鉸接時，在抗震中連梁的作用發(fā)揮不大，主要的作用考慮樓板的連接。但通常情況下，樓板需要開設(shè)孔洞，例如樓梯、電梯井等。所以樓板的連接就起不到很好的作用，這樣剪力墻的約束就會減少，結(jié)構(gòu)整體的剛度就會變小，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性就得不到滿足。

四、結(jié)束語

總而言之，隨著人類社會的幾何發(fā)展，建筑的高度越來越高。高層建筑與其他建筑不同區(qū)別在豎向荷載密集，因為建筑的垂直不穩(wěn)定性，導致風載荷和地震載荷的影響是巨大的，這無疑是建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了更高的要求。我希望本文能帶來一定的啟示作用，提高剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架設(shè)計建設(shè)工程質(zhì)量，最大程度的發(fā)揮其剛度數(shù)值以及簡潔施工的優(yōu)勢，為建筑業(yè)提供必要的技術(shù)支持與理論參考。

參考文獻

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