談建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

周集建

河南省建筑設(shè)計研究院有限公司 河南鄭州 450014

摘要：建筑業(yè)的發(fā)展要與城市化進程相適應(yīng)，城市人口的增加，為了滿足城市新增人口的需要，剛度大、經(jīng)濟性優(yōu)、功能性適宜的剪刀墻技術(shù)廣泛應(yīng)用。鑒于其種種優(yōu)勢，剪刀墻結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國建筑結(jié)構(gòu)的地位日益穩(wěn)固。本文主要就剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)情況進行分析和概述，并闡述其在整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用情況，以期促進和推動剪力墻技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)的推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：剪刀墻結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；行業(yè)發(fā)展

1、剪刀墻結(jié)構(gòu)概述

1.1剪刀墻結(jié)構(gòu)含義

剪力墻結(jié)構(gòu)即是指由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)，剪力墻墻肢的截面高度與厚度的比值在5以上。其中墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，屬于短肢剪力墻；一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的剪力墻布置時，應(yīng)盡量采用筒體和剪力墻共同抵抗水平作用力的剪力墻結(jié)構(gòu)形式。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計時，要求筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。

1.2剪刀墻分類及特點

剪力墻按受力特性的不同主要可分為整體剪力墻、小開口整體剪力墻、雙肢墻（多肢墻）和壁式框架等幾種類型。

第一種整體剪力墻：無洞口的剪力墻或剪力墻上開有一定數(shù)量的洞口，但洞口的面積不超過墻體面積的15%，可以忽略洞口對墻體的影響。截面變形后仍符合平面假定，變形屬彎曲型。第二種小開口整體剪力墻：當剪力墻上所開洞口面積稍大且超過墻體面積的15%時，除了整個墻截面產(chǎn)生整體彎矩外，每個墻肢還出現(xiàn)局部彎矩。但由于洞口還不很大，可以認為剪力墻截面變形大體上仍符合平面假定，且大部分樓層上墻肢沒有反彎點。第三種聯(lián)肢剪力墻：當剪力墻沿豎向開有一列或多列較大的洞口時，由于洞口較大，剪力墻截面的整體性已被破壞，剪力墻的截面變形已不再符合平截面假設(shè)。這時剪力墻成為由一系列連梁約束的墻肢所組成的聯(lián)肢墻。第四種壁式框架：洞口開得比聯(lián)肢剪力墻更寬，墻肢寬度較小，墻肢與連梁剛度接近時，墻肢明顯出現(xiàn)局部彎矩，在許多樓層內(nèi)有反彎點。剪力墻的內(nèi)力分布接近框架，故稱壁式框架。它的變形已很接近剪切型。

1.3剪刀墻設(shè)計原則

剪刀墻的設(shè)計原則首先遵循樓層間最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則，這時設(shè)計者在設(shè)計剪刀墻時適當減少剪力墻，使得結(jié)構(gòu)自重減輕，不過在較少剪力墻時應(yīng)該注意短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩在結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩應(yīng)占到百分之四十以下，這種設(shè)計可以有效的防止地震出現(xiàn)時的嚴重坍塌情況。其次要遵循樓層層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則，這種調(diào)整是為了減少樓層在建設(shè)過程中發(fā)生嚴重的位移現(xiàn)象。設(shè)計者在設(shè)計一般建筑物時會比較注重樓層間扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形兩個環(huán)節(jié)，對于剪切變形的控制要做到簡單實際，單靠增加豎向構(gòu)件是不夠的，過多的豎向構(gòu)件的增加不僅會破會整體美感，還會加重剪重比，使得剪切變形的情況不僅得不到控制，還會向著更加嚴重的方向惡化。所以，控制剪切變形不能一味依賴于豎向構(gòu)件，還需設(shè)計者根據(jù)已有的知識另辟蹊徑。最后要遵循剪力墻連梁超限的調(diào)整原則，剪力墻連梁設(shè)計的限度將會影響剪力和彎矩的限度，為了使得兩者的限度范圍相協(xié)調(diào)，剪力墻連梁限度應(yīng)該遵循嚴格的調(diào)整原則，以減少后期的工程資金的浪費，節(jié)約人力物力資源。

2、剪刀墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

2.1 剪刀墻的平面布置處理

剪力墻的平面布置要遵循對稱均勻的原則，使得墻面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心完全重合，從而減少扭矩，為了提高剪力墻的抗震能力，在設(shè)計時要避免只是單向設(shè)置的墻面，而應(yīng)采用主軸和其他方向延伸的雙向結(jié)構(gòu)模式。平面設(shè)置還需注意控制抗側(cè)力剛度，選擇適宜的抗側(cè)力剛度，避免過于密集的剪力墻間距影響整個墻體的承載能力。

2.2剪力墻中大墻肢的相關(guān)處理

在建筑所在地區(qū)發(fā)生較大強度的地震時，大墻肢是最容易遭到地震破壞的，當然小墻肢也難以幸免，墻肢的破損導(dǎo)致整個墻面的坍塌。所以，剪力墻的墻面必須具有良好的延展性，需要將剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)置為彎曲變形的延性墻，在墻的長度比較長時，為了確保每墻段的高寬比均大于2，使用開洞分割的方式，在墻的長度比較短時，彎曲造成的裂縫寬度也會小，就不用過于擔心墻面的支撐作用。

事實上在剪力墻結(jié)構(gòu)中，超過8米的大墻肢存在，那么樓層的剪力效應(yīng)大都由那些大墻肢承受，大墻肢的承受能力有限，為了緩解大墻肢的承受能力，應(yīng)在設(shè)計時增設(shè)結(jié)構(gòu)洞進行開洞處理。在開洞之前進行詳細的計算，確定大小后在施工時保留該墻洞，施工結(jié)束后立即使用填充墻封堵，使得長墻肢變換為短墻肢。

2.3剪力墻連梁相關(guān)問題處理

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢與連接墻肢的梁稱為連梁。在水平荷載作用下，墻肢發(fā)生的彎曲變形使得連梁產(chǎn)生了內(nèi)在作用力，連梁兩端的內(nèi)在作用力就在連梁整體產(chǎn)生作用力時實現(xiàn)反作用，減少相連處墻肢的變形力，約束墻肢的隨意變形程度，改變整個連梁的受力狀態(tài)。所以說連梁問題是整個剪力墻結(jié)構(gòu)的重要組成部分，除了可以連接墻肢還可以對所連接的墻肢起到一定的約束作用。

2.4剪力墻連梁超筋問題處理

剪力墻連梁超筋問題也是剪力墻結(jié)構(gòu)問題中比較重要的一支，在平面中墻段較長時，連梁易超筋的部位多在其中部，在大多數(shù)情況下，連梁易超筋的部位處于剪力墻結(jié)構(gòu)中總高度為1/3的樓層位置。在連梁的超筋問題，特別是剪力剪壓比要求方面不能得到滿足時，可采用現(xiàn)行行業(yè)標準《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的可行性較強的方法：首先對連梁彎矩及剪力可進行塑性調(diào)幅，或者適當減少連梁的截面高度，以降低其剪力設(shè)計值；當部分連梁降低彎矩設(shè)計值后，其余部位連梁和墻肢的彎矩設(shè)計值應(yīng)相應(yīng)提高。其次在連梁的荷載作用對于整體表現(xiàn)不突出時，可以使用分析獨立墻肢在二次多遇地震過程中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，墻肢配筋計算應(yīng)按兩次計算所得的較大內(nèi)力的方法進行剪力墻建設(shè)，事實上是放棄了在地震中作用不明顯的連梁作用；最后的方法是在前面的方法行不通時，對容易發(fā)生超筋的部位進行綜合計算，使得整體設(shè)計符合國家相關(guān)標準的要求。

3、剪刀墻結(jié)構(gòu)的有效優(yōu)化措施

剪力墻在建筑構(gòu)件中發(fā)揮著重要的作用，但剪力墻不能解決所有的建筑問題，它有著其獨有的局限性，為了增強其的正面作用，剪力墻結(jié)構(gòu)需要實行一些優(yōu)化措施。

建筑物內(nèi)部需要剪力墻的設(shè)置，但是剪力墻在空間較大的建筑物內(nèi)部無法適用，盲目的將其擴大會引起不良后果；剪力墻結(jié)構(gòu)需要花費較高的工程造價，因此，優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)將其具有的抗側(cè)能力等優(yōu)勢作用充分發(fā)揮，不能盲目得將其使用于各種建筑內(nèi)部，還應(yīng)合理的降低其工程成本，確保剪力墻可以為建筑物進行更好的工程服務(wù)。

對剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，我們應(yīng)采取相匹配的有效措施來保障其受力的均衡性。由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有較高的安全可靠性，結(jié)構(gòu)應(yīng)用中應(yīng)將自身具有的功能予以發(fā)揮，做到經(jīng)濟、合理。因此，優(yōu)化設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，必須對其整體造價及安全可靠性充分考慮，并據(jù)此科學(xué)布置剪力墻，這樣，剪力墻結(jié)構(gòu)就會得到很好的優(yōu)化。與此同時，為了進一步降低工程造價，應(yīng)運用先進高效的技術(shù)手段及相匹配的原材料以實現(xiàn)該目的。

結(jié)束語：

在對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進行有效分析的過程中，我們應(yīng)重視其基本概念的設(shè)計，認真把握設(shè)計中遵循的各項原則，合理布置剪力墻，使設(shè)計達到最佳的效果。只有這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟安全，有效降低工程成本，促進整個工程建設(shè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

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