在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用

吳海霞

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般的在全國(guó)范圍內(nèi)出現(xiàn)，在建筑演變過(guò)程中，由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有綜合性能強(qiáng)、剛度與強(qiáng)度大等明顯的特點(diǎn)，以致剪力墻的設(shè)計(jì)與應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，隨之而來(lái)的就是對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究也越來(lái)越多。文章通過(guò)對(duì)剪力墻的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)技術(shù)以及優(yōu)化改進(jìn)措施進(jìn)行了分析，旨在為我國(guó)的高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供一定的參考資料。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)

城市化進(jìn)程的不斷加快，促使了我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的類(lèi)型也隨之得到多樣的發(fā)展。建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型的不斷更新，表現(xiàn)在許多方面，單建筑的高度這一項(xiàng)就表現(xiàn)的很明顯，建筑高度的不斷增加，建筑物空間的完整性及其有效使用面積的緊張感，基于對(duì)這方面的研究，剪力墻結(jié)構(gòu)體系也應(yīng)運(yùn)而生。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的主要特點(diǎn)就是其水平抗側(cè)移能力強(qiáng)、抗震性能好、對(duì)于高層建筑該結(jié)構(gòu)形式造價(jià)相對(duì)合理，由于這些優(yōu)點(diǎn)，所以剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)建筑工程進(jìn)行全方位的實(shí)踐考察，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)知識(shí)充分了解的基礎(chǔ)上，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，不能只為達(dá)到目標(biāo)盲目的進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行充分的了解，然后才能進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并且還應(yīng)該在施工過(guò)程中嚴(yán)格的執(zhí)行目前國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范。剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算原則有下面幾條：

（1）建筑樓層之間的剪重比最小原則。控制剪重比是要求結(jié)構(gòu)能夠承擔(dān)足夠的地震作用。當(dāng)剪重比不滿(mǎn)足規(guī)范要求時(shí)，建筑則會(huì)出現(xiàn)明顯的薄弱層或者薄弱部位，結(jié)構(gòu)計(jì)算中就會(huì)放大該層的地震作用效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果則偏不經(jīng)濟(jì)；也說(shuō)明該層剛度不滿(mǎn)足規(guī)范要求。所以在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，在保證短肢剪力墻承擔(dān)的底部?jī)A覆力矩小于結(jié)構(gòu)底部總傾覆力矩的30%時(shí)，有效的避免了規(guī)范上不宜采用的短支剪力墻結(jié)構(gòu)形式。然后采用大開(kāi)間長(zhǎng)肢剪力墻，盡量減少剪力墻數(shù)量，減輕剪力墻重量，保證剪力墻具有適當(dāng)?shù)目箓?cè)移剛度，避免薄弱層的出現(xiàn)，這樣做的好處既能很好的保證建筑的抗震性能和結(jié)構(gòu)安全性，又能有效的降低建筑成本投入。

（2）建筑樓層之間的剛度比最小原則?？刂苿偠缺仁菫榱丝刂聘邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性。當(dāng)剛度比不滿(mǎn)足規(guī)范要求時(shí)，建筑就會(huì)出現(xiàn)豎向的剛度突變，形成薄弱層，結(jié)構(gòu)計(jì)算中就會(huì)放大該層的地震作用效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果則偏不經(jīng)濟(jì)?？蛇m當(dāng)增加本層墻體剛度，使計(jì)算結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足規(guī)范要求，既避免了建筑的薄弱層，還能降低建筑成本。

（3）建筑樓層之間的位移比最小原則。控制位移比是為了保證高層建筑具有必要的剛度。能保證主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性受力狀態(tài)，避免混凝土墻柱出現(xiàn)裂縫，控制樓面梁板的裂縫數(shù)量及寬度；能控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，避免形成扭轉(zhuǎn)。所以在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng)布置剪力墻，使剛心與形心盡量重合，應(yīng)該盡量的降低樓層之間的扭曲變形程度。

（4）建筑的周期比最大原則?？刂浦芷诒戎饕菫榱丝刂平Y(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減少扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。當(dāng)周期比不滿(mǎn)足要求時(shí)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對(duì)于側(cè)移剛度較小。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要加強(qiáng)外圍剪力墻剛度，減弱內(nèi)部剪力墻剛度。

（5）建筑的剛重比最小原則?？刂苿傊乇仁菫榱丝刂平Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免建筑在風(fēng)載或地震力的作用下整體失穩(wěn)。當(dāng)剛重比不滿(mǎn)足要求時(shí)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的剛度相對(duì)于重力荷載較小，宜均衡增加剪力墻的剛度。但剛重比過(guò)大，則表明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性很差，所以不可過(guò)多的增加剪力墻數(shù)量及剛度。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)與優(yōu)化

（1）剪力墻位置的布置原則。剪力墻的布置根據(jù)不同的建筑外形有不同的布置方式：對(duì)于普通的矩形、L形平面建筑：應(yīng)該沿著兩個(gè)軸線(xiàn)的方向進(jìn)行設(shè)置；一些J角、Y形平面建筑的時(shí)候，應(yīng)該沿著三個(gè)軸線(xiàn)的方向進(jìn)行設(shè)置；正多邊形以、圓形及弧形等平面建筑的時(shí)候應(yīng)該沿著徑向或者環(huán)形方式進(jìn)行設(shè)置。在垂直方向上，應(yīng)保證剪力墻自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變，門(mén)窗洞口宜上下對(duì)齊，成列布置，不宜采用錯(cuò)洞布置。無(wú)論以哪種方式布置，都應(yīng)該保證剪力墻平面的周邊，均勻、分散和對(duì)稱(chēng)，盡量確保剪力墻平面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度中心與重力中心重合，這樣能夠有效的保證結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，減輕結(jié)構(gòu)的扭矩作用。

（2）剪力墻的截面厚度設(shè)計(jì)。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)剪力墻的截面厚度有詳細(xì)的規(guī)定：首先能夠通過(guò)墻體穩(wěn)定驗(yàn)算；其次在一、二級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻設(shè)計(jì)中，剪力墻底部加強(qiáng)的高度不應(yīng)小于200mm；其他部位的厚度不應(yīng)小于160mm。一字形獨(dú)立剪力墻底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于220mm，其他部位不應(yīng)小于180mm。在三、四級(jí)抗震剪力墻設(shè)計(jì)中，不應(yīng)小于160mm，一字形獨(dú)立剪力墻的底部加強(qiáng)部位尚不應(yīng)小于180mm。非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于160mm。

（3）剪力墻連梁鋼筋處理方法。在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，由于剪力墻連梁對(duì)剪切變形十分敏感，所以連梁鋼筋超出規(guī)范規(guī)定限制的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，往往發(fā)生在總樓層高度的1/3左右的范圍。連梁作為剪力墻結(jié)構(gòu)的第一道耗能機(jī)制，出現(xiàn)超筋現(xiàn)象時(shí)，我們可以采取以下方法進(jìn)行處理：首先減小連梁截面高度或采取其他減小連梁剛度的措施，其次對(duì)連梁的剪力和彎矩進(jìn)行塑性調(diào)幅。

（4）聯(lián)肢墻的處理。在工程中，一般宜使墻的長(zhǎng)度不超過(guò)8m。因?yàn)楫?dāng)墻段長(zhǎng)度（即墻段截面高度）很長(zhǎng)時(shí)，受彎后產(chǎn)生的裂縫寬度會(huì)很大，墻體的配筋容易拉斷。所以，我們可以通過(guò)開(kāi)有一列或多列尺寸相對(duì)較大的洞口，通過(guò)洞口之間的連梁將各個(gè)比較均勻的墻段連在一起，形成連肢墻結(jié)構(gòu)。這樣就能有效的發(fā)揮連梁的耗能機(jī)制作用，減弱由于剪力墻過(guò)脆被破壞的現(xiàn)象。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)的選用

（1）設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)方案。在對(duì)剪力墻建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)建筑功能進(jìn)行充分的了解與把握，更加合理的設(shè)定剪力墻位置，做出一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)方案。嚴(yán)格遵循剪力墻的布置原則，按照國(guó)家規(guī)范要求布置各段剪力墻。做到平面與豎向的規(guī)則性，做到結(jié)構(gòu)受力合理，傳力途徑明確。

（2）對(duì)建筑物整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行提升。剪力墻的根本作用就是防震，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該充分體現(xiàn)剪力墻的重要作用。通過(guò)對(duì)建筑物的整體結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行模擬，對(duì)剪力墻在地震中可能的受力情況進(jìn)行分析，對(duì)建筑中薄弱的墻體部位進(jìn)行加厚，避免出現(xiàn)受力不均勻的情況。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)的計(jì)算數(shù)據(jù)，盡量的分析出產(chǎn)生受力不利的原因，然后在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能的避免這些情況的出現(xiàn)，提高建筑物的整體抗震能力，提高建筑的安全性能。

四、總結(jié)

綜上所述，在進(jìn)行高層建筑的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該首先對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的了解，然后通過(guò)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化，使剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑的設(shè)計(jì)中充分的發(fā)揮其作用，這樣才能確保高層建筑的安全性、耐久性以及可靠性等各方面性能。此外，剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，所以有關(guān)人員還應(yīng)該對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，以完善其自身結(jié)構(gòu)知識(shí)的不足，使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加系統(tǒng)化，也使其在未來(lái)高層建筑的應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

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