淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

王妮 王眉

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計包括墻肢、連梁布置、截面計算及配筋構(gòu)造等。本文著重論述剪力墻設(shè)計中重注意的問題。

關(guān)鍵詞：剪力墻短肢剪力墻加強部位有限元

1 剪力墻布置

1.1 雙向布置剪力墻及抗側(cè)剛度 在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，良好的空間工作性能是一個關(guān)鍵點。要求雙向布設(shè)剪力墻結(jié)構(gòu)來構(gòu)造空間結(jié)構(gòu)。為了保證結(jié)構(gòu)有良好的抗震性能，切忌單向布設(shè)剪力墻，兩個方向抗側(cè)剛度（即兩個方向的自振周期）一定要接近。另外，剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力較好，且抗側(cè)剛度符合建筑要求。為了使這兩個優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，減輕結(jié)構(gòu)自重，進一步拓展剪力墻結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)，宜控制墻體結(jié)構(gòu)的密度，最好能夠保證結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度達標。

1.2 豎向剛度均勻 剪力墻結(jié)構(gòu)在一定程度上決定了其抗側(cè)剛度。如果剪力墻沿高度不連續(xù)，就會導致結(jié)構(gòu)順沿高度剛度發(fā)生突變。鑒于此，必須按照從上到下的順序連續(xù)布設(shè)墻結(jié)構(gòu)。布置時，可根據(jù)標高調(diào)節(jié)剪力墻墻體厚度及混凝土等級，甚至部分墻肢可以去掉，以確?？箓?cè)剛度隨著高度的增加逐漸減小。

1.3 墻肢高寬比 針對又高又細的剪力墻，設(shè)計時為了規(guī)避脆性的剪切破壞，極易將其設(shè)計成受彎曲破壞的延性剪力墻。另外，剪力墻的延性必須滿足其抗震性能的相關(guān)要求，墻結(jié)構(gòu)的高寬比最小為2。對于較長的墻結(jié)構(gòu)，為達到高寬比的基本要求，可在適當?shù)奈恢迷O(shè)計洞口來分割長墻，以平衡墻結(jié)構(gòu)的高寬比，每一墻段都可作為整體墻，也可成為聯(lián)肢墻。

1.4 剪力墻洞口的布置 ①科學開洞。按照成列成排的順序布設(shè)洞口，以形成墻肢及連梁，應力分布用當和當前普遍應用程序的計算簡圖一致，有規(guī)律可循，且設(shè)計結(jié)果客觀、科學。另外，洞口設(shè)計時墻肢剛度要基本一致。②錯洞剪力墻和疊合錯洞墻。這兩種墻結(jié)構(gòu)系不規(guī)則開洞、構(gòu)造復雜、應力分布復雜的剪力墻。這兩種墻極易出現(xiàn)薄弱部位。墻的實際內(nèi)力無法按常規(guī)方法進行計算。墻結(jié)構(gòu)主要是洞口疊合或錯開距離達不到設(shè)計值，墻肢不規(guī)則，洞口之間極易成為薄弱部位。相較于錯洞口墻結(jié)果來說，疊合錯洞墻更為不利。若必須布置成疊合錯洞口墻，首先要結(jié)合有限元法進行分析計算，采取有效措施對洞口四周進行加強，也可以用輕質(zhì)材料填充使疊合洞口規(guī)則化，以確保剪力墻的結(jié)構(gòu)和性能達到設(shè)計要求。③嚴格按有限元法計算不規(guī)則洞口剪力墻的內(nèi)力及位移量。采用簡化處理洞口的有限元模型來計算整體結(jié)構(gòu)，除此之外，還可采用桿系、薄壁桿系模型進行結(jié)構(gòu)計算。綜合分析不規(guī)則開洞墻的計算數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有不合理之處可進行補充或校核。

1.5 剪力墻和加強部位 ①抗震設(shè)計中有塑性鉸的部位須采取措施適當加強。但不宜對樓電梯間墻或剪力墻頂層進行加強，以便進一步明確塑性鉸部位的加強措施，使之區(qū)別于溫度、收縮等加強措施。②出現(xiàn)塑性鉸后，剪力墻的延性被提到一個關(guān)鍵的節(jié)點。剪力墻底部塑性鉸出現(xiàn)的范圍應有規(guī)律可循。只要是出現(xiàn)塑性鉸的部位都應該采取措施進行加強，以免墻體結(jié)構(gòu)遭受剪力破壞。③出于安全因素的考量，加強的范圍可適當擴大。在結(jié)構(gòu)的抗震性能要求上，應該按照墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值來設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強部位的高度。若為高度大于150米的剪力墻，可按照墻肢總高度的1/10來設(shè)計底部加強部位的高度，以免加強區(qū)過高。

2 短肢剪力墻設(shè)計要求

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)因其稍遜的抗震性能極少用于地震區(qū)的建筑設(shè)計中。高層住宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)不宜過少，墻肢要長短適中，以確保建筑安全使用。在建筑設(shè)計上，應該合理限制短肢剪力墻的應用范圍，必要時采取措施進行加強。

2.1 應用范圍 高層住宅剪力墻不宜全部為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。如果短肢剪力墻過多，須配設(shè)與短肢剪力墻共同抵抗水平力的筒體結(jié)構(gòu)。具有較短肢剪力墻的墻結(jié)構(gòu)，其最大適用高度宜低于額定值，7、8度的抗震設(shè)計必須小于100m和60m。如果高層住宅的高度為B級，或者高度為A級、抗震設(shè)計為9度的高層住宅，即便增設(shè)筒體，也需要合理控制短肢剪力墻的數(shù)量和規(guī)模。僅有個別小墻肢的剪力墻可按常規(guī)辦法處理。

2.2 加強措施 ①在抗震設(shè)計環(huán)節(jié)，須按照結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%的標準來設(shè)計筒體與一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩，一般情況下要超過這一標準。在重力荷載的作用下，短肢剪力墻所產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，其抗震等級必須高于規(guī)定的抗震等級。②針對短肢剪力墻的剪力設(shè)計，應該對底部加強部位以及其他各層進行適當調(diào)整。一、二級抗震等級分別與增大系數(shù)1.4、1.2相乘，以防短肢剪力墻過早剪壞。③短肢剪力墻截面縱向鋼筋配筋率，一般的部位要達到1.0%，底部加強部位至少要達到1.2%。④按照常規(guī)設(shè)計，短肢剪力墻截面最小厚度為200mm。若為非抗震設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)，應該適當調(diào)低建筑最大適用高度，同時適當限制墻肢厚度，以免墻肢過小。

總而言之，設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時洞口應該上下對齊，以確保均衡受力，以防錯洞或疊合錯洞。另外，短肢剪力墻的肢長、加強部位是墻體設(shè)計的關(guān)鍵點，在墻體布置中應該多加注意。

參考文獻：

[1]辛海虹.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用[J].價值工程，2010(27).

[2]呂瑞孝，姜劍虹.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計需關(guān)注的要點[J].科技信息，2011(19).

[3]陳廣燕.對房屋剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點思考[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊)，2008(08).