剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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摘 要：針對人們不斷增長的物質(zhì)文化需求，和現(xiàn)階段在我國土地資源緊張的現(xiàn)狀，高層建筑在蓬勃發(fā)展的同時(shí)也朝著功能用途多元化發(fā)展。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中首先要考慮的就是建筑物的豎向傳力問題。剪力墻結(jié)構(gòu)良好的抵抗側(cè)向力和承受傳遞豎向荷載的優(yōu)點(diǎn)使它成為高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)是以人們對建筑功能和質(zhì)量的要求越來越多的背景下產(chǎn)生的。在建筑中采用剪力墻結(jié)構(gòu)可以達(dá)到對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，剪力墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工中不僅抗側(cè)剛度大，提高建筑的抗震能力而且對鋼材的用量也會(huì)減少。隨著剪力墻在我國的建筑結(jié)構(gòu)中的地位的不斷提升，對剪力墻結(jié)構(gòu)的探討也越來越有實(shí)際意義。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)簡介

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)可采用框架、剪力墻、框架-剪力墻、板柱-剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系，不同的結(jié)構(gòu)有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，被應(yīng)用于不同的建筑當(dāng)中。

剪力墻結(jié)構(gòu)是由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)，“剪力墻（shearwall）”，在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011中稱抗震墻。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

剪力墻結(jié)構(gòu)的分類依據(jù)是剪力墻墻體上的開洞以及開洞的尺寸等。其中，不開洞的為實(shí)體墻，開洞的又根據(jù)洞的具體情況分為小開口剪力墻、多肢剪力墻、壁式框架剪力墻。

實(shí)體墻是指截面墻體沒有開洞或者開洞面積小于墻體面積的15%。實(shí)體墻的承載力比較強(qiáng)，在受力變形時(shí)主要變形是曲型，畫彎矩圖時(shí)既不會(huì)發(fā)生反彎也不會(huì)產(chǎn)生突變。

整體上小開口的剪力墻是指在墻體的開洞面積不超過15%。小開口剪力墻的變形主要是彎曲形變，在畫彎矩圖時(shí)雖然不會(huì)有反彎的情況但是可能發(fā)生突變。

多肢剪力墻是指墻體的開洞面積過大或者開洞洞口在墻體上成列狀分布。在受力時(shí)彎矩圖的變化和整體上小開口剪力墻類似。

壁式框架剪力墻是指在墻體上開洞尺寸較大并且墻肢線上的廣度和墻體的連梁線剛度相差不多。這種墻體的變形為剪切變形，受力特點(diǎn)和框架結(jié)構(gòu)類似。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)針對不同的建筑類型，施工方法也是不同的。比如居住性建筑，由于臥室和客房等房間面積都不太大，因此剪力墻結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆剪力墻。采用這種承重墻與隔墻合二為一的施工形式不僅僅可以使室內(nèi)框架結(jié)構(gòu)簡潔而且更加具有經(jīng)濟(jì)效益。但是剪力墻結(jié)構(gòu)仍然有一定的缺點(diǎn)，仍然以高層居住建筑為例。鋼筋混凝土墻體的自重本身就會(huì)加大建筑的荷載，在居住建筑中墻體的數(shù)量繁多因而對于地基的要求更加嚴(yán)格，也容易引起較大的地震反應(yīng)，因此會(huì)加大地基的造價(jià)和上部結(jié)構(gòu)抗震的造價(jià)。在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中往往采用構(gòu)造配筋的配筋形式，這樣的設(shè)計(jì)鋼筋的配筋率較低，結(jié)構(gòu)的延性較差。

歷年以來有關(guān)建筑物的剛度大小爭議不斷，但歷次的震害表明建筑的剛性越大震害越輕。但剛度越大，造價(jià)越高，因此建筑的剛度不能無限制的增大。在高層剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要充分考慮剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，進(jìn)而在控制造價(jià)的前提之下保證工程的質(zhì)量。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)要考慮三個(gè)原則：樓層之間最小剪力系數(shù)調(diào)整原則；樓層之間最大位移與樓層高之間的比例調(diào)整原則；剪力墻連梁超限調(diào)整原則。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要遵守樓層之間最小剪力系數(shù)調(diào)整原則。在設(shè)計(jì)時(shí)首先在保證安全的前提之下控制剪力墻的數(shù)量，進(jìn)而降低建筑物的自重，增強(qiáng)建筑物的抗震能力。一般來說要保證第一振型底部地震傾覆力矩占總底部同類力矩的40%以內(nèi)。其次，可以對剪力墻的墻體進(jìn)行處理，一般采用大開間的處理形式。通過這種處理，使剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得到增加，并且控制樓層之間的最小剪力系數(shù)，因而降低工程造價(jià)，減少建筑成本。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要遵守層之間最大位移與樓層高之間的比例調(diào)整原則。設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮樓層之間的剪切變形和扭轉(zhuǎn)變形。在進(jìn)行剪切變形處理時(shí)要合理設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，一般而言建筑的剪切變形是通過豎向受力構(gòu)件的數(shù)量來控制的，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致樓層之間發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。針對這種情況，在設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮剪切變形還要注意扭轉(zhuǎn)變形以及由于這些變形引起的樓層之間的位移變化。這些可能發(fā)生的問題都要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中層之間最大位移與樓層高之間的比例調(diào)整原則。

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要遵守剪力墻連梁超限調(diào)整原則。當(dāng)剪力墻的跨高比不足2.5就可能出現(xiàn)剪力和彎矩不符合規(guī)定限度的現(xiàn)象。因而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中要盡可能保證這個(gè)比例大于2.5。值得注意的是，這個(gè)比例并不是越大越好，針對不同的構(gòu)件有不同的規(guī)定。比如在保證剪力墻的連梁高度不變的前提之下當(dāng)剪力墻連梁的跨高比介于5到6時(shí)就會(huì)出現(xiàn)超過規(guī)定的限度的彎矩剪力值的現(xiàn)象。因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)中如果需要大于5的跨高比就要采用框架梁的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中保證連梁在規(guī)定的范圍內(nèi)，不僅僅可以保證施工質(zhì)量還可以控制建筑成本。

4 設(shè)計(jì)中需考慮的要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)中要考慮剪力墻的數(shù)量、剪力墻的平面布置方法和其他因素。

剪力墻的數(shù)量并不是越多越好，而是要根據(jù)建筑等級和要求合理設(shè)定，否則不僅僅造成資源浪費(fèi)還會(huì)增加建筑自重。剪力墻的平面布置方法也是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的，不合理的設(shè)計(jì)會(huì)降低剪力墻的抗震能力。在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮工程造價(jià)等因素，進(jìn)而在預(yù)算范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出符合安全保障的剪力墻結(jié)構(gòu)。

5 結(jié) 語

剪力墻結(jié)構(gòu)對促進(jìn)我國的建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化發(fā)展有重要意義。因此在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)建筑類型，建筑用途，建筑基礎(chǔ)情況對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中充分考慮采用剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)以及設(shè)計(jì)原則，不斷探索新的設(shè)計(jì)施工工藝，進(jìn)而彌補(bǔ)剪力墻的缺點(diǎn)，使整個(gè)建筑的質(zhì)量更好，成本更低，施工更方便。

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