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

龐超

摘 要：隨著我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，目前，對(duì)于12～30層的高層建筑，廣泛采用既可以保證結(jié)構(gòu)的剛度、位移，又可以使室內(nèi)空間方正合理的剪力墻結(jié)構(gòu)，其中剪力墻設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要內(nèi)容，本文通過(guò)分析剪力墻的內(nèi)涵、表現(xiàn)形式，商討剪力墻體配筋設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)；配筋構(gòu)造

引 言

隨著科技水平的不斷提高，我國(guó)建筑設(shè)計(jì)水平也更上一層樓。剪力墻整體性很好，本身的剛度較大，還具有良好的抗震性能，最重要的一點(diǎn)是價(jià)格低廉，達(dá)到了節(jié)省成本的目的，因而被廣泛地應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。如今，人們對(duì)建筑設(shè)計(jì)要求不斷提高，設(shè)計(jì)人員只有不斷優(yōu)化剪力墻的設(shè)計(jì)，加大對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的研究，才能提高建設(shè)單位對(duì)建筑的滿意度。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的介紹

用鋼筋混凝土的墻板代替原來(lái)建筑物中的框架結(jié)構(gòu)，把建筑物產(chǎn)生的各種荷載作用于墻板上，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)，這種剪力墻結(jié)構(gòu)能夠有效地制約建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平力。為了節(jié)省資本的投入，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)價(jià)格低廉，具有很好的經(jīng)濟(jì)性，在我國(guó)高層建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)被普遍的應(yīng)用。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式

2.1 無(wú)洞單肢剪力墻

無(wú)洞單肢剪力墻實(shí)際上是一豎向懸臂構(gòu)件，立面上沒(méi)有任何洞口，在受到水平壓力時(shí)，其彎曲變形的能偏離程度對(duì)平截面的假定，墻肢截面的正應(yīng)力為直線分布，可以利用材料力學(xué)方法計(jì)算其內(nèi)力和變形。

2.2 整體墻和小開(kāi)口整體墻

這種類型的剪力墻與第一種剪力墻的實(shí)質(zhì)一樣，仍然是一個(gè)懸臂構(gòu)件，其墻面上只有很小的洞口，幾乎沒(méi)有影響。這種墻的正應(yīng)力呈直線分布，其橫截面的變形在平面的假定的范圍內(nèi)，這就是整體強(qiáng)。當(dāng)開(kāi)洞稍大一些，墻體可能引起局部彎曲，其墻肢應(yīng)力不超過(guò)整體彎曲應(yīng)力的15%時(shí)，墻肢截面的變形就不會(huì)超出平面的假定，其應(yīng)力可以應(yīng)用材料力學(xué)方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，然后加以修正，這種墻叫小開(kāi)口整體墻。

2.3 聯(lián)肢墻

聯(lián)肢墻是由許多受彎構(gòu)件連接在一起的。建筑墻體上有許多洞口，豎向排列，這些洞口在外墻上表現(xiàn)為窗口，而在建筑的內(nèi)部，門或走道是其表現(xiàn)形式。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，窗戶、走道、門等將一片整墻分開(kāi)，由連梁或樓板連接的墻肢，就稱為聯(lián)肢墻。

2.4 短肢剪力墻

短肢剪力墻是一種抗側(cè)力構(gòu)件，近年來(lái)在我國(guó)興起，它的優(yōu)點(diǎn)是保留了異形柱不凸出墻面，克服了異形柱抗震性能不理想的缺點(diǎn)，嚴(yán)格限制了軸壓比，由于是新型的剪力墻形式，專業(yè)人士正在研究其力學(xué)性能、破壞形態(tài)、抗震性能以及設(shè)計(jì)方法等，以期能夠更好地利用此種新型剪力墻。

2.5 框支剪力墻

框支剪力墻，又名柱支剪力墻，是指當(dāng)?shù)讓有枰罂臻g時(shí)，采用框架結(jié)構(gòu)來(lái)承受上部剪力墻的壓力。形式分為常截面和變截面兩種，也可以采用斜柱和V形柱來(lái)表示。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求，來(lái)決定使用單層的和多層的部框架。

2.6 開(kāi)有不規(guī)則洞口的剪力墻

應(yīng)建筑使用上的要求，墻體上會(huì)開(kāi)設(shè)不規(guī)則的較大洞口，這無(wú)疑會(huì)給建筑質(zhì)量帶來(lái)不利的影響，盡量不要采用。當(dāng)必須采用這種剪力墻時(shí)，為了減輕不規(guī)則開(kāi)洞帶來(lái)的較大應(yīng)力，可以用剛度小的材料填塞這些洞口，也可以設(shè)置一些連續(xù)性較強(qiáng)的暗柱暗梁，分散壓力。

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

剪力墻具有很強(qiáng)的抗震能力，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，第一振型的底部是地震傾覆力矩的位置，剪力墻墻體所承受的地震傾覆力矩要大于結(jié)構(gòu)承受的地震傾覆力矩1/2，剪力墻在建筑設(shè)計(jì)的數(shù)量一定要適量，剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是一平面構(gòu)件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔(dān)豎向壓力；在軸力，彎矩，剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下剪力墻除需滿足剛度強(qiáng)度要求外，還必須滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求：墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設(shè)計(jì)成延性彎曲型。

3.1 嚴(yán)格控制連梁超限

與剪力墻相連的梁稱為連梁。連梁一般具有跨度小，截面大，與連梁相連的墻體剛度又很大等特點(diǎn)。因此，高層建筑在水平力作用下，連梁的內(nèi)力往往很大。設(shè)計(jì)時(shí)，即使采取了降低連梁內(nèi)力的各種措施，如：加大剪力墻的洞口寬度；在連梁中部開(kāi)水平縫，在計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減，對(duì)局部?jī)?nèi)力過(guò)大層的連梁內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整等。而設(shè)計(jì)、構(gòu)造不當(dāng)將會(huì)造成結(jié)構(gòu)在抵抗水平力時(shí)的強(qiáng)度、剛度不符合要求，進(jìn)而影響承受豎向荷載的能力。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，連梁的跨高有著嚴(yán)格的規(guī)定，跨高比應(yīng)該大于或等于2.5，如果采用低于2.5的連梁，就會(huì)嚴(yán)重超出限值，容易造成剪力墻的彎矩過(guò)大。還有一種情況，采用跨高比大于或等于5的連梁，宜按照框架梁設(shè)計(jì)，其連梁的剛度不能隨意折減。

3.2 剪力墻和平面外梁不宜相連

平面內(nèi)剛度和承載力大是剪力墻結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)，而平面外剛度和承載力相對(duì)較小，因此，應(yīng)避免剪力墻和平面外的梁相互連接，如果相互連接，墻肢平面外就會(huì)發(fā)生彎矩，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免彎矩現(xiàn)象的發(fā)生，要盡量避免剪力墻與平面外的梁進(jìn)行搭接。

3.3 以主軸為中心，向四周延伸

為了提高結(jié)構(gòu)整體剛度，要以主軸方向作為中心，盡量不要設(shè)計(jì)單方向的剪力墻，宜雙向甚至多向的向四周延伸，應(yīng)保證數(shù)量相當(dāng)和布置均勻。

3.4 墻體配筋設(shè)計(jì)探討

墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪切破壞，同時(shí)起到抵抗溫度應(yīng)力防止混凝土出現(xiàn)裂縫，設(shè)計(jì)中當(dāng)建筑物較高較長(zhǎng)或框剪結(jié)構(gòu)時(shí)配筋宜適當(dāng)增加，特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當(dāng)增加。但對(duì)于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否適當(dāng)減小值得探討。

墻的豎向鋼筋主要起抗彎作用，目前在一些多層低高層剪力墻中電算結(jié)果多為構(gòu)造配筋；但配筋時(shí)所取的配筋率有人往往扣除了約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件中的鋼筋，筆者認(rèn)為豎向最小配筋率應(yīng)該包括邊緣構(gòu)件中的鋼筋，墻肢的豎向配筋原則也應(yīng)該盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區(qū)并保證鋼筋間距？芨300mm，也應(yīng)該注意防止豎筋過(guò)多使墻的抗彎強(qiáng)度大于抗剪強(qiáng)度，對(duì)抗震不利。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，首先應(yīng)從概念和結(jié)構(gòu)形式整體特性上把握全局，其次遵循現(xiàn)行規(guī)范要求的計(jì)算方法計(jì)算，最后根據(jù)工程實(shí)際情況對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)補(bǔ)充。

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