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

崔 東 方

(山西省第二建筑設(shè)計(jì)院，山西 長治 046000)

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

崔 東 方

(山西省第二建筑設(shè)計(jì)院，山西 長治 046000)

介紹了剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原則，結(jié)合工程實(shí)例，闡述了墻面規(guī)劃、墻體配筋設(shè)置、截面厚度與長度設(shè)置、平面與結(jié)構(gòu)布置等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對房屋剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析，以增強(qiáng)房屋建筑的抗震能力，提升其穩(wěn)定性與安全性。

剪力墻，房屋，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震性能

房屋剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能較好，且房間內(nèi)無梁、無柱，不僅能夠較好的適應(yīng)現(xiàn)代房屋建設(shè)的發(fā)展需求，也能大大提升房屋建筑的整體質(zhì)量。因此相關(guān)單位與設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探索，有效提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，為提高房屋建筑的抗震性能、穩(wěn)定性與安全性提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 剪力墻特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原則

1.1 剪力墻特點(diǎn)

剪力墻是房屋建筑主體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在保障結(jié)構(gòu)抗震性能、穩(wěn)定性和安全性方面占據(jù)著重要地位，同時將剪力墻結(jié)構(gòu)引入房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中，其能夠幫助房屋承受風(fēng)或者地震等因素導(dǎo)致的相關(guān)荷載，進(jìn)而達(dá)到提高房屋建筑剛度的目的。其次在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，墻體的高度、長度與剛度設(shè)計(jì)應(yīng)遵循相應(yīng)的準(zhǔn)則，并需采用鋼筋混凝土整體澆筑法。同時就剪力墻的優(yōu)點(diǎn)而言，主要表現(xiàn)為側(cè)向剛度較大、適合高層房屋建筑、無外露梁柱和構(gòu)件、對房屋內(nèi)部空間美觀無影響等；就剪力墻的缺點(diǎn)而言，主要表現(xiàn)為房屋建筑空間限制較大、不易拆除、鋼材消耗大、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢不明顯等。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要嚴(yán)格遵守以下幾個方面的原則：

1)房屋建筑的樓層和整體高度間產(chǎn)生的最大位移比；設(shè)計(jì)中需要將房屋結(jié)構(gòu)的整體變形納入考慮范圍，同時剪切變形在很大程度上取決于房屋結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件，因此在設(shè)計(jì)中使用的剪力墻數(shù)量要適當(dāng)，以免由于布置過多而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。

2)保證設(shè)計(jì)中連梁滿足規(guī)范的超限標(biāo)準(zhǔn)限制；連梁超限主要是指將剪力墻中的連梁高跨比值設(shè)計(jì)在2.5以上，從而使墻體中的彎矩和剪力設(shè)計(jì)值符合剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范規(guī)定，同時剪力墻結(jié)構(gòu)所承受的地震能力要保證在規(guī)定的系數(shù)范圍內(nèi)，并需合理布置剪力墻，以保證房屋的最小剪重比能夠滿足規(guī)定的要求。

2 工程實(shí)例

某高層建筑位于商業(yè)住宅區(qū)，下部2層為大空間商業(yè)區(qū)域，上部18層為高檔住宅，采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主體高度為63.3 m。工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震基本加速度為0.05g，基本風(fēng)壓Wo=0.50 kN/m2，基本雪壓0.50 kN/m2。底部加強(qiáng)區(qū)的框支框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為三級，非底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻抗震等級為四級，底部墻、柱混凝土強(qiáng)度等級為C40，工程所在地場類別為Ⅱ類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級。

3 房屋剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 合理規(guī)劃墻面

設(shè)計(jì)人員在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)將目光放在建筑的兩個主軸方向及其他主要抗側(cè)力構(gòu)件方向。從抗震角度來講，剪力墻抗震烈度會直接影響墻體的剛韌性，如抗震烈度較大，墻體剛韌性則會下降，反之則增大。因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理設(shè)計(jì)墻體的剛韌性和剪力墻的抗震烈度，并使之保持在合理數(shù)值范圍內(nèi)。其中，可用公式初步推斷高層剪力墻結(jié)構(gòu)基本自振周期，即T=(0.05-0.08)×n，其中，n為剪力墻結(jié)構(gòu)層數(shù)。其次設(shè)計(jì)人員在規(guī)劃設(shè)計(jì)方案時，應(yīng)將剪力墻施工工期、施工材料等內(nèi)容納入考慮范圍之內(nèi)，尤其要注重施工成本的預(yù)算，進(jìn)而在保障房屋設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時，降低施工管理成本、做好安全防范措施，從多方面保障剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。

3.2 墻體配筋的合理設(shè)置

在剪力墻結(jié)構(gòu)中鋼筋使用量較大，因此合理設(shè)置配筋是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮的重點(diǎn)問題之一，一般情況下，對于鋼筋的最小值規(guī)范有明確規(guī)定，在滿足鋼筋最小值的前提下，可將水平鋼筋和豎向鋼筋分別設(shè)置在墻體外側(cè)、內(nèi)側(cè)，同時在選擇鋼筋網(wǎng)片時應(yīng)合理選取優(yōu)化鋼筋的強(qiáng)度等級、直徑及間距，以減少結(jié)構(gòu)總配筋量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約鋼筋材料的目的。

3.3 截面厚度與長度設(shè)置

本工程的剪力墻墻肢平面外布置了與之相交的剪力墻，設(shè)計(jì)人員可將其看成剪力墻的支承，可以確保剪力墻平面外的剛度和穩(wěn)定，同時考慮到房屋剪力墻抗震等級為三級，剪力墻底部加強(qiáng)部位厚度不小于160 mm，而一字形獨(dú)立剪力墻的底部加強(qiáng)部位厚度應(yīng)不小于180 mm，并可適當(dāng)減少分隔電梯井或管道井的墻肢截面厚度，但應(yīng)不小于160 mm。另外根據(jù)相關(guān)規(guī)范，房屋剪力墻的墻肢結(jié)構(gòu)長度應(yīng)不大于8 m，并要采取有效措施保持一定的延展性，避免造成結(jié)構(gòu)脆性破壞。

3.4 平面與結(jié)構(gòu)布置

1)平面布置。在剪力墻設(shè)計(jì)過程中首先需要做好平面布置工作，一旦平面控制工作沒到位，就會直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則性，導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)剛度和承載力平面分布不合理，最終致使結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，局部墻體出現(xiàn)變形或彎曲現(xiàn)象過大。因此設(shè)計(jì)人員需依據(jù)方案設(shè)計(jì)和專業(yè)規(guī)范，展開剪力墻布置作業(yè)，確保房屋結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)的規(guī)則性，合理控制平面布局，使之達(dá)到合理范圍，同時內(nèi)墻體需要與外墻體相連，且墻體截面也要有規(guī)則性。

2)結(jié)構(gòu)布置。在建筑區(qū)域四角橫向及樓電梯周圍布置落地剪力墻，寬度設(shè)為300 mm，墻端設(shè)置扶壁柱，縱橫向外墻中間跨設(shè)置一般剪力墻與扶壁柱，與角部剪力墻組成較大的外框筒，且墻厚為200 mm，同時門窗洞口部位應(yīng)當(dāng)上下一致，防止因布置不當(dāng)導(dǎo)致剪力墻承載能力減弱，從而致使因受力不均產(chǎn)生的變形，同時還需使剪力墻在垂直方向上的布置連續(xù)，避免剛度發(fā)生突變，且剪力墻的截面需明了、有規(guī)則性，在豎直方面要求其剛度適中、勻稱。其次待樁基部分施工完成后需及時壓實(shí)基坑回填土，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95，并在地下室地面處設(shè)置素混凝土地面。同時上部住宅與下部商業(yè)區(qū)域的轉(zhuǎn)換層應(yīng)采用受力明確、傳力途徑清晰的梁式轉(zhuǎn)換構(gòu)件，樓板厚度設(shè)置為200 mm，采用雙層雙向配筋，為保證轉(zhuǎn)換層的整體性，建筑樓板在每個方向的最小配筋率不小于0.25%。

4 房屋剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

4.1 剪力墻的數(shù)量

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，剪力墻的數(shù)量是十分重要的一項(xiàng)考慮因素，在獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元中，抗震墻的數(shù)量應(yīng)符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求的最小間距及按結(jié)構(gòu)彈性計(jì)算的層間位移比的最大值限制，只有在規(guī)范要求范圍內(nèi)，才能構(gòu)建合理的剪力墻數(shù)量和位置，優(yōu)化抗震墻的布置，才能增進(jìn)剪力墻結(jié)構(gòu)體系的合理性、經(jīng)濟(jì)性。為了滿足抗震要求，提高結(jié)構(gòu)延性，落地剪力墻所承受的地震傾覆力矩與底部總傾覆力矩之比應(yīng)不小于50%。同時，根據(jù)多道防線的設(shè)計(jì)理念，框支柱承受的地震剪力之和應(yīng)不小于基底剪力的20%。剪力墻的數(shù)量并不是越多越好，應(yīng)防止由于結(jié)構(gòu)剛度過大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)水平地震力增大的惡性循環(huán)。在水平地震的作用之下，應(yīng)充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征，同時在按照計(jì)算公式進(jìn)行剪力墻荷載最大值和最小值的計(jì)算時，應(yīng)注意根據(jù)實(shí)際的計(jì)算數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，并應(yīng)避免墻肢出現(xiàn)小偏心受拉現(xiàn)象。

4.2 側(cè)向剛度比

當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在上部住宅與下部商業(yè)區(qū)域時，可近似采用轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比γe1表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化，γe1宜接近1，不應(yīng)小于0.5。經(jīng)SATWE計(jì)算，本工程轉(zhuǎn)換層與上層的側(cè)剛度比γe1=1.17>0.5，接近1，滿足規(guī)范要求。對剪力墻結(jié)構(gòu)，樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比γ2可按高規(guī)式(3.5.2-2)計(jì)算，且本層房屋與相鄰上層的比值不宜小于0.9。經(jīng)SATWE計(jì)算本工程房屋本層與相鄰上層的側(cè)剛比最小值γ2=1.02>0.9滿足規(guī)范要求。

4.3 剪重比

5 結(jié)語

在剪力墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需在其設(shè)計(jì)理念的踐行下，確保剪力墻結(jié)構(gòu)布置合理，做好設(shè)計(jì)規(guī)劃，并嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及原則，使結(jié)構(gòu)剛度與受力變形能力相協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，以有效提升剪力墻房屋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要作用。

[1] 譚 武．剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用[J]．四川水泥，2015(12)：137.

[2] 鄭 鵬．剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用論述[J]．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017(3)：248.

On application of shearing wall structure of design for house structures

Cui Dongfang

(ShanxiNo.2ArchitecturalDesignInstitute,Changzhi046000,China)

The paper introduces the features and design principle for the shearing wall structure, illustrates the design points for the wall surface planning, allocation of the wall reinforcement, the allocation of section thickness and length, and layout of the plane and structure by combining with the engineering cases, and undertakes the calculation analysis of the housing shearing wall structure, so as to enhance the seismic capacity of the houses, and promote their safety and stability.

shearing wall, house, structural design, seismic performance

1009-6825(2017)13-0038-02

2017-02-24

崔東方(1984- )，男，工程師

TU318

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