剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

張 俊 杰

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院,山西 太原 030024)

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

張 俊 杰

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院,山西 太原 030024)

剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的抗震能力，并且其抗側(cè)剛度也較大，就剪力墻結(jié)構(gòu)在近些年來建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用做了一些簡單的分析，為剪力墻結(jié)構(gòu)的正確使用提供參考。

建筑,剪力墻,結(jié)構(gòu)設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中具有結(jié)構(gòu)剛度大、整體抗震性較強(qiáng)的特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計行業(yè)中去。剪力墻的應(yīng)用得到了廣大開發(fā)商和業(yè)主的一致好評，未來也必定會占據(jù)建筑設(shè)計行業(yè)中的一席之地，因此設(shè)計單位工作人員應(yīng)該徹底剖析剪力墻的優(yōu)、缺點(diǎn)，從根本上提高剪力墻結(jié)構(gòu)的使用效率，更好的輔助我國建筑事業(yè)發(fā)展。

1 建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

剪力墻的使用一般要遵循以下5個原則:

第一，剪力墻一般應(yīng)該要趕著建筑物的核心軸線進(jìn)行兩側(cè)方向的布置，要盡可能的避免只有某一個方向有墻的布局結(jié)構(gòu)，并且在雙側(cè)設(shè)計時，也要盡量使兩個方向的抗側(cè)的剛度差異縮小，即雙側(cè)方向自身的振動周期應(yīng)該是相近的。剪力墻應(yīng)該盡量的做到拉通對直，只有這樣才能夠從根本上將剪力墻的抗震能力凸現(xiàn)出來。在門窗等洞口的位置也要注意上下各個層面都應(yīng)該對齊，將墻肢和連梁凸現(xiàn)出來，使整個建筑結(jié)構(gòu)的受力明確，這樣也便于檢測人員的計算。另外，在抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，也應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)剪力墻的錯洞問題，甚至是疊合起來的錯洞墻。由于疊合的錯洞墻存在洞口錯開的距離十分小、甚至?xí)霈F(xiàn)動口疊合的問題，這樣設(shè)計出來的剪力墻不僅僅會存在墻肢不規(guī)則的問題，而且還會出現(xiàn)洞口之間的位置變得越來越薄弱，對于剪力墻的抗震作用來說是十分不利的。當(dāng)必須要出現(xiàn)較長的剪力墻時，設(shè)計人員應(yīng)該開設(shè)洞口，通過多個洞口把長的剪力墻分為均勻的若干段，在每兩個墻段之間應(yīng)該采用連梁進(jìn)行連接。在當(dāng)剪力墻的長度較短時，收到彎曲的作用力產(chǎn)生的裂縫之間的寬度也會變小，這時墻內(nèi)搭配的一些墻體的配筋就能夠充分發(fā)揮作用，將剪力墻的作用力完全發(fā)揮出來，因此，墻體的截面高度也應(yīng)該有上限，一般來說，不應(yīng)該超過8 m。

第二，剪力墻的設(shè)計應(yīng)該要在豎直方向上貫通整個建筑物，當(dāng)剪力墻沿著垂直方向有所改變時，允許沿著剪力墻改變的豎直方向改變墻體的厚度和混凝土的等級，也可以采取減少部分的墻肢，使抗側(cè)的剛度慢慢變小，同時也能夠降低發(fā)生各層剛度突變、產(chǎn)生應(yīng)力集中的概率。

第三，在設(shè)計剪力墻時，應(yīng)該盡量避免直接把樓面的主梁墻直接作為支撐與剪力墻連接在一起，一方面，樓面主梁墻的頂端約束并不能達(dá)到使用要求，連梁之間沒有抗扭的剛度以用來抵消平面外的彎矩，因此并不能實現(xiàn)穩(wěn)定；另一方面，這樣對于連梁的作用效果也有抵消作用，連梁本身的剪切變化范圍較大且很容易就出現(xiàn)裂縫，一旦出現(xiàn)問題，不僅僅連梁的作用失效，主梁墻的穩(wěn)定性也會有很大程度的影響。

第四，一些高層建筑物雖然很容易出現(xiàn)長短的剪力墻，但不應(yīng)該將每一個長短剪力墻都采取分割為短肢剪力墻的設(shè)計形式，即使是設(shè)計了大量的短肢墻，也應(yīng)該在墻段邊緣盡可能的設(shè)置翼緣。當(dāng)一座建筑物出現(xiàn)較多短肢剪力墻時，應(yīng)該布置成為筒體，或是一般結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)剪力墻，以此形成剪力墻、翼緣、主梁共同支撐水平方向作用力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

第五，要在數(shù)量上對剪力墻有所控制。從抗震性的方向出發(fā)，雖然增加剪力墻的數(shù)量能夠提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的抗震能力，但同時，整個建筑結(jié)構(gòu)承受的地震力也同時加大了，并且建設(shè)的材料用量也增多了，因此，設(shè)計過程中在能夠滿足側(cè)向變形的限制條件下，設(shè)計師應(yīng)該盡量控制好剪力墻的數(shù)量并計算剪力墻的自重。

2 建筑工程多樣剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用

2.1定位剪力墻

由于建筑物的實際作用和建筑環(huán)境、使用的建筑材料有所不同，如果在建筑物的平面布置控制工作沒有達(dá)到理想效果，就會導(dǎo)致建筑物的對稱結(jié)構(gòu)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、平面材料或受力不夠均勻，進(jìn)而影響了剪力墻的結(jié)構(gòu)剛度與作用力的重合之間有較大的偏差，情況嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)彎矩現(xiàn)象，造成整體的墻面扭曲的情況。因此，相關(guān)工作人員可以利用剪力墻進(jìn)行定位，需要提前按照以及估算好的數(shù)值進(jìn)行劃線，劃線位置即是剪力墻的建筑位置，必須要保證該位置的平面足夠均勻，對稱性也達(dá)標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，除此之外，也要保證墻體的內(nèi)面、外面都是直通的，墻體以一種簡潔、有規(guī)則的垂直狀態(tài)完工。

2.2墻面合理規(guī)劃

不論是什么類型的建筑墻體，在設(shè)計的過程中都必須要保持均勻并且對稱的狀態(tài)，整個墻面的結(jié)構(gòu)重量和剛強(qiáng)度應(yīng)該維持重合的狀態(tài)，墻體要直通朝外，當(dāng)然，也不能忽略墻體自身的主軸方向，設(shè)計者應(yīng)該考慮到墻面主軸的雙向甚至是多向性。從剪力墻的抗震功能角度出發(fā)，當(dāng)剪力墻的抗震動力程度增大時，整個墻體的剛韌性應(yīng)該在某種程度上有所降低，兩者之間的關(guān)系應(yīng)該控制在合理的區(qū)間范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)互相影響、互相制約的現(xiàn)象。計算剪力墻的側(cè)向剛度可以用公式F=0.05N～0.06N來計算推導(dǎo)，其中，N為剪力墻結(jié)構(gòu)的總層數(shù)。當(dāng)然，在施工的過程中，設(shè)計人員也必須要考慮到整個剪力墻的施工工期以及建筑過程中的材料耗費(fèi)、人員成本等問題，在一級施工階段往往也會或多或少的存在一些安全隱患問題，設(shè)計人員必須要合理規(guī)劃好墻面問題，從科學(xué)、規(guī)范的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計，避免這一方面出現(xiàn)各種各樣的安全問題。

2.3控制好墻體配筋的數(shù)量

由于剪力墻結(jié)構(gòu)需要使用大量的鋼材，而且在我國這種耗鋼量大的建筑結(jié)構(gòu)在多種類型的工程建設(shè)結(jié)構(gòu)中都有廣泛的應(yīng)用，因此，合理的控制配筋量可以在經(jīng)費(fèi)、材料成本方面起到很好的節(jié)約作用。具體來說，常見的控制墻體配筋的方法就是在整個項目已經(jīng)滿足規(guī)范化配筋的最小值的狀態(tài)下，將水平方向的鋼筋外翻，豎直方向的鋼筋像內(nèi)側(cè)布置。迎水面的保護(hù)層在采用雙向鋼筋的網(wǎng)片時，可以大幅度的減小配筋量的數(shù)量，使整個剪力墻的厚度降低為3 cm左右。

2.4短肢剪力墻的合理應(yīng)用

在我國頒布的《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》中對于短肢剪力墻的使用有十分明確的規(guī)定，凡是短肢剪力墻，其界面厚度不能超過3 cm，剪力墻各肢的剪力墻高度和厚度之比應(yīng)該控制在4～8之間。由于現(xiàn)代社會高層建筑物的增多，短肢剪力墻的應(yīng)用越來越廣泛，相比長肢剪力墻來說，短肢剪力墻的厚度更小，這種改進(jìn)對于建筑物尤其是住宅用建筑物來說，更有利于釋放空間，使空間的排布變得開闊，住宅內(nèi)部的布局或是入住后的二次設(shè)計過程中也不會收到很大的限制，性價比更高，更受廣大住戶的喜愛。雖然短肢的剪力墻與長肢剪力墻在靈活程度和自由性方面都更具有優(yōu)勢，但是短肢剪力墻仍然存在許多需要改正和提高的問題，例如，過多的短肢剪力墻會使整個建筑物的結(jié)構(gòu)受力程度降低、相應(yīng)的承載力也會降低。雖然相關(guān)研究單位曾經(jīng)做過短肢剪力墻對于結(jié)構(gòu)受力程度的測試，但其結(jié)果顯示短肢剪力墻對整個結(jié)構(gòu)的受力程度影響并不大，然而在現(xiàn)代建筑設(shè)計過程中，高層建筑的設(shè)計仍然不應(yīng)該全面使用短肢剪力墻。如同在上文中提到的，當(dāng)建筑物的短肢剪力墻數(shù)量較多時，應(yīng)該盡量調(diào)整成筒體或是傳統(tǒng)的剪力墻，通過這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得短肢剪力墻與建筑中的筒體結(jié)構(gòu)或傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)形成整體，共同抵抗水平方向的作用力，形成更加穩(wěn)固的剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.5約束邊緣的零構(gòu)件

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，設(shè)計人員不僅僅要處理好整體上的結(jié)構(gòu)，也要重視剪力墻的邊緣結(jié)構(gòu)，尤其是起到剪力墻約束作用的邊緣構(gòu)件，良好的邊緣構(gòu)件設(shè)計能夠讓剪力墻在同等條件下發(fā)揮更大的作用，實現(xiàn)更加卓越的價值。例如，在約束邊緣構(gòu)件和沒有約束邊緣構(gòu)件兩種條件下的同等條件的剪力墻，在承載力、剛度等各方面上各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是從整體上來看，沒有約束的邊緣構(gòu)件在建筑物的承載力上表現(xiàn)出了更加明顯的優(yōu)勢，但是有約束的邊緣構(gòu)件則在建筑物的整體抗震性、穩(wěn)定性方面有更好的表現(xiàn)，所以相關(guān)設(shè)計人員在設(shè)計剪力墻的約束邊緣構(gòu)建時應(yīng)該結(jié)合建筑物的作用和特點(diǎn)，結(jié)合實際狀況進(jìn)行選擇。本文為設(shè)計人員提供了剪力墻結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件最大壓軸比，二級強(qiáng)度為0.3，Ⅶ度一級為0.2，Ⅸ度一級為0.1，當(dāng)然，在實際應(yīng)用的過程中也需要考慮到使用材料的延展度和承重力。

3 結(jié)語

隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑業(yè)的前進(jìn)腳步越來越快，剪力墻的應(yīng)用也相應(yīng)的更加普遍和廣泛，要想提高剪力墻結(jié)構(gòu)的作用效果、充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，完善剪力墻結(jié)構(gòu)在整個建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用是十分關(guān)鍵的要素。

設(shè)計人員在進(jìn)行有關(guān)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)該要發(fā)動頭腦風(fēng)暴，創(chuàng)新設(shè)計形式，充分借鑒其他成功項目的設(shè)計經(jīng)驗，攜手推動我國建筑行業(yè)剪力墻設(shè)計水平的提高。

[1] 黃志強(qiáng).論剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2016(3):170-171.

[2] 呂瑞孝.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計需關(guān)注的要點(diǎn)[J].建筑與科技信息,2016(17):8-9.

[3] 胡進(jìn)焱.淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(15):197-198.

Theapplicationofshearwallstructuredesigninarchitecturaldesign

ZhangJunjie

(TaiyuanUniversityofScienceandTechnologyInstituteofArchitecturalDesign,Taiyuan030024,China)

Shear wall structure has good seismic capability and its lateral stiffness is bigger also, in this paper, the shear wall structure in the application of structure design in recent years made some simple analysis, provide a reference for the proper use of shear wall structure.

architectural, shear wall, structure design

TU318

A

1009-6825(2017)26-0059-03

2017-07-04

張俊杰(1980- )，男，工程師