剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

江雪

摘 要：由于剪力墻結(jié)構(gòu)有著抗側(cè)剛度大而側(cè)移小以及抗震性能好等多種優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在諸多不同的建筑建構(gòu)的設(shè)計(jì)中，尤其是在高層建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤為突出。本文結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)的分類和設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的原則進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，探討如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化措施

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加快，對(duì)建筑的要求日益提高。為了滿足人們對(duì)建筑功能和建筑質(zhì)量的更高要求，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)顯得尤為必要。由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大、用鋼量小以及抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，目前已經(jīng)成為我國(guó)主要的建筑結(jié)構(gòu)形式之一。在實(shí)際應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)人員和施工人員應(yīng)該充分考慮各方面因素，認(rèn)真分析剪力墻的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，充分發(fā)揮其應(yīng)有的效果和作用。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

（1）剪力墻高和寬尺寸往往比較大而厚度卻很小，幾何特征向板，受力形態(tài)接近于柱，然而它與柱的區(qū)別主要在于其肢長(zhǎng)和厚度之間的比值，當(dāng)比值小于或等于3的時(shí)候可以按照柱來設(shè)計(jì)，當(dāng)比值是3～5之間的時(shí)候則可以視為異形柱，并按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，墻是一個(gè)平面構(gòu)件，它承受沿著平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔(dān)著豎向壓力。在彎矩和剪力等結(jié)合狀態(tài)下工作，其在水平力作用下就好似一底部嵌固與基礎(chǔ)懸臂梁在地震作用或風(fēng)載下剪力墻除了要滿足剛強(qiáng)度的要求外，還必須要滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性。

（3）剪力墻的特點(diǎn)是，在同一平面內(nèi)剛度和承載力較大，而平面外剛度以及承載力則相對(duì)偏小。當(dāng)剪力墻和平面以外的梁相接時(shí)，就會(huì)造成墻肢平面外彎矩，然而通常情況下不會(huì)鹽酸墻的平面外剛度和承載力，所以應(yīng)避免開平面外搭接，實(shí)在避不開時(shí)則應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定來采取相應(yīng)的措施。以便于保證剪力墻平面外的安全。

（4）墻的設(shè)計(jì)計(jì)算是考慮到豎向和水平作用下的結(jié)構(gòu)整體分析，以求得內(nèi)力后按照偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力來進(jìn)行驗(yàn)算。在剪力墻承載力計(jì)算中，對(duì)帶翼墻的計(jì)算寬度一般都是按以下情況來取最小值的；門窗洞口之間的翼緣寬度；剪力墻之間的距離；墻肢總高的十分之一。

2 剪力墻的特點(diǎn)分類

抗側(cè)剛度大，側(cè)移??；結(jié)果后自重大，吸收地震能量大；室內(nèi)墻面平整；施工程序較為復(fù)雜，造價(jià)相對(duì)較高。然后剪力墻的開洞與否或開洞尺寸大小，還可以分之為以下幾類：

（1）整體小開口剪力墻：開洞面積>15%但仍然較小的墻。受力特點(diǎn)是：彎矩圖在連梁處突變，在整個(gè)墻胺高度上沒有發(fā)生反彎點(diǎn)。

（2）實(shí)體墻：沒有開洞或者開洞面積<15%的墻。受力特點(diǎn)是：就像一個(gè)整體的懸臂墻，彎矩圖既不發(fā)生突變也不產(chǎn)生反彎點(diǎn)（變形以彎曲型為主）。

（3）壁式框架：洞口尺寸大，連梁線剛度與墻肢線剛度相互較為接近的墻。受力特點(diǎn)是：彎矩圖在樓層處發(fā)生突變，并且在大多樓層中會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

（4）雙肢或多肢剪力墻：開洞比較大或者洞口成列形狀布置的墻。受力特點(diǎn)是：與整體小開口墻有點(diǎn)相似。

3 剪力墻的布置原則

（1）在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，最要是沿著主軸的方向進(jìn)行雙向或多向布置，在不同的方向剪力墻最好是相互連接在一起，同時(shí)應(yīng)注意要盡量避免對(duì)直或拉通；在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，要使得兩個(gè)方向的側(cè)向剛度相互接近，而剪力墻的墻肢見面一定要符合規(guī)則且盡量簡(jiǎn)易。在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻要沿著主軸的方向或其它方向進(jìn)行雙向或多向布置，特別是在抗震設(shè)計(jì)中，因避免出現(xiàn)單方向有墻的設(shè)計(jì)模式，這樣才能使之具有更好的工作性能。然而，剪力墻在分布上要盡量均勻且數(shù)量要相當(dāng)。剪力墻在配置比較少時(shí)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度就會(huì)因數(shù)量的較少而減弱，而剪力墻如果配置過多，則墻體也無法得到充分的使用，使得抗側(cè)力的剛度過大，從而導(dǎo)致震力過大，自身的重力也會(huì)隨之變大。

（2）剪力墻在豎直方向上要做到從下往上連續(xù)的布置，以避免發(fā)生剛度的突變情況。而在高層建筑中，剪力墻的墻肢截面要遵循規(guī)則簡(jiǎn)易的原則，剪力墻在豎直方向的剛度要均勻，剪力墻的洞口或者門窗要形成明確的墻肢和連接梁。

（3）剪力墻在布置設(shè)計(jì)時(shí)不能使之過于密集，要使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有相互適應(yīng)側(cè)向的剛度，如果側(cè)向剛度過大，不僅會(huì)加大其墻體本身的重力，還會(huì)在地震發(fā)生時(shí)增大震力，從而導(dǎo)致建筑倒塌的可能。

（4）剪力墻的洞口或者門窗一定要上下對(duì)齊，并且成列布置，同時(shí)要避免使用疊合的錯(cuò)墻洞，因?yàn)檫@樣做會(huì)影響到剪力墻的承重力，使之容易發(fā)生變形。

（5）斷肢剪力墻指的是墻肢的界面長(zhǎng)度與厚度之間的比值在5～8之間，在高層建筑中，我們不能全部都采用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)最大的使用高度要與之相應(yīng)地降低。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算的優(yōu)化措施

4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化原則

在剪力墻機(jī)構(gòu)中，剪力墻一般沿著主軸方向或其它方向進(jìn)行雙向布置，使之形成一定的空間結(jié)構(gòu)，而抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免單一的布置剪力墻，并要使兩個(gè)受力方向的抗側(cè)剛度相互接近，以便于使其具有一定的空間工作性能。剪力墻的抗側(cè)剛度和承載力一般都比較大，為了充分地利用剪力墻，減輕該結(jié)構(gòu)的重量，剪力墻的布置不宜過于緊密，應(yīng)使其結(jié)構(gòu)具有適度的側(cè)向剛度。

較長(zhǎng)的剪力墻要開設(shè)洞口，并將其分成長(zhǎng)度相等的幾段墻面，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個(gè)獨(dú)立墻段的總高度與截面高度的比例應(yīng)當(dāng)不小于或等于2，避免剪力墻產(chǎn)生脆性的剪切破壞?？拐鸾Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)注意避免在洞口與墻邊或洞口之間形成墻肢截面高度和厚度之比小于4的小墻肢，而當(dāng)小墻肢截面的高度小于墻厚度得4倍時(shí)，就應(yīng)按照框架柱的設(shè)計(jì)箍筋按照框架柱加密區(qū)的要求全高加密。

4.2 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化原則

（1）樓層的最大層間與層高之比的調(diào)整原則。規(guī)范規(guī)定在計(jì)算多地震作用的樓層最大層間位移時(shí)，要以樓間彎曲變形為主，計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形，可以不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形。因此，對(duì)于高層建筑應(yīng)當(dāng)盡可能地扭轉(zhuǎn)變形最小，但是又不能夠僅僅是根據(jù)這層間唯一不夠而盲目地增加豎向構(gòu)件的剛度。然而，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有的設(shè)計(jì)師一看某一方向的層間位移不足以滿足規(guī)范要求，就不斷地增加該項(xiàng)的側(cè)向剛度，但應(yīng)當(dāng)注意的是架構(gòu)的剪重比如果和規(guī)范限制接近還可以，如果減重過大，就不能減小對(duì)另一側(cè)的結(jié)構(gòu)剛度，另外使其減重比減小，地震作用減小，也可以達(dá)到想要的效果。

（2）剪力墻連梁朝鮮的調(diào)整原則。剪力墻連梁的跨高比一般不宜小于2.5，跨高之比則小于2.5的連梁很容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)范的限值，有關(guān)制度規(guī)定了跨高比不小于5的連梁宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。即跨高比不小于5的連梁剛度不應(yīng)折減。然而跨高比在5～6之間時(shí)，如果連梁剛度不折減就很容易出現(xiàn)剪力或彎矩超限。本文認(rèn)為該條文在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中如果能充分利用，則對(duì)節(jié)省工程造價(jià)就會(huì)具有一定的影響，即將跨高比不大于5的連梁和減小剪力墻墻肢長(zhǎng)度使連梁跨高比變?yōu)榇笥?的框架梁，而后者的鋼筋以及混凝土用量一般都是小于前者的，可以節(jié)省一部分工程資金。

5 結(jié) 語

剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和安排對(duì)于建筑整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)而言相當(dāng)重要，它的穩(wěn)定性關(guān)系到整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)安全。因此，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一定要嚴(yán)格遵循其設(shè)計(jì)原則，結(jié)合其建筑結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的分析和計(jì)算，使得剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮其應(yīng)有的效果和作用，進(jìn)而確保整個(gè)建筑物的安全性和可靠性，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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