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

陳宗泉

摘要： 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對建筑物質(zhì)量與外觀的要求越來越高，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)能提高抗震性能與抗側(cè)剛度，顯著提升了建筑的穩(wěn)定性與安全性。剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑中主要起支撐作用，同時簡化了施工步驟，縮短了工程，提高了建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)競爭力與社會競爭力。本文詳細(xì)分析了剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)種類與設(shè)計原則，并探討了其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用，希望能以此為建筑質(zhì)量保駕護(hù)航，促進(jìn)建筑企業(yè)向著更好的方向發(fā)展。

Abstract： With the rapid development of China's economy， the requirements for the quality and appearance of buildings have become higher and higher. The application of shear wall structures in the design of building structures can improve the seismic performance and lateral stiffness， significantly improving the stability and safety of buildings. The shear wall structure mainly plays a supporting role in the construction， at the same time， it simplifies the construction steps， shortens the construction， and improves the economic competitiveness and social competitiveness of the construction enterprise. This paper analyzes the characteristics and design principles of the shear wall structure in detail， and discusses its specific application in the architectural structure design. It hopes to escort the construction quality and promote the construction enterprises to develop in a better direction.

關(guān)鍵詞： 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計原則；具體應(yīng)用

Key words： shear wall structure design；architectural structure design；design principle；specific application

中圖分類號：TU398+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0192-02

0 引言

現(xiàn)階段，剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，能夠滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展需求，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入了源源不斷的動力。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要內(nèi)容，有效優(yōu)化了建筑物的各項(xiàng)性能，直接影響著施工質(zhì)量與效率，應(yīng)加強(qiáng)重視，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。與發(fā)達(dá)國家相比，我國在這方面的研究起步較晚，還存在較多問題急需解決，應(yīng)積極探索研究，盡量提高剪力墻結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度，為建筑企業(yè)的長久發(fā)展提供有效助力。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)簡介

剪力墻結(jié)構(gòu)是影響建筑物整體性能的關(guān)鍵因素，建筑企業(yè)應(yīng)認(rèn)識到優(yōu)化其設(shè)計效果的重要性與必要性。剪力墻結(jié)構(gòu)是用來承擔(dān)風(fēng)荷載與水平荷載的墻體，具有良好的強(qiáng)度與剛度，能夠在地震發(fā)生時瞬間吸收地震能量，避免墻體被破壞。剪力墻又稱為抗風(fēng)墻、抗震墻或結(jié)構(gòu)墻，是建筑物的重要承重墻。剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提升了建筑整體結(jié)構(gòu)的可靠性與穩(wěn)定性，能夠避免破壞建筑結(jié)構(gòu)。一般來說，混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)及框筒結(jié)構(gòu)等是傳統(tǒng)建筑施工中的常用方法，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)融入了很多新元素，剪力墻結(jié)構(gòu)以其抗側(cè)剛度大、用鋼量小、抗震能力強(qiáng)的優(yōu)勢迅速在建筑行業(yè)普及，已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的新型結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土是剪力墻結(jié)構(gòu)施工中的主要材料，能夠承受墻體來自豎向與橫向兩方面的壓力，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

1.2 剪力墻特征及種類

剪力墻結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性較高，能夠?yàn)槿藗兊纳敭a(chǎn)安全保駕護(hù)航。剪力墻結(jié)構(gòu)的抗壓能力強(qiáng)、剛度大、側(cè)移小，能有效應(yīng)對各方應(yīng)力，同時提高了墻面的平整度與美觀性，能夠滿足人們對生活質(zhì)量的要求。正如硬幣具有兩面，剪力墻結(jié)構(gòu)也存在一定缺陷，施工難度大，且工序繁瑣，需要優(yōu)化資源配置才能保障施工質(zhì)量。在實(shí)際施工中，剪力墻結(jié)構(gòu)種類繁多，有效提高了房屋建筑的質(zhì)量與性能，其主要結(jié)構(gòu)包括以下幾類。其一是實(shí)體型，該類剪力墻結(jié)構(gòu)的開洞面積較小，不存在反彎點(diǎn)，彎矩圖較為穩(wěn)定。其二是小開口型，由于開洞面積較大，彎矩圖極易在連梁處突變，但同樣不易發(fā)生反彎點(diǎn)。其三是多肢型或雙肢型，該類剪力墻結(jié)構(gòu)與小開口型類似，墻體開口較大。值得注意的是，不同種類剪力墻的自身特點(diǎn)與適用范圍存在差異，設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮各方因素后再進(jìn)行選擇。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果息息相關(guān)，因此，設(shè)計人員須在具體工作中遵循以下幾項(xiàng)原則，以免影響設(shè)計質(zhì)量與效率。

2.1 墻體受力分析

對墻體進(jìn)行受力分析是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)與前提，對整體設(shè)計效果有著重要影響。墻體是建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，需要承受來自各方的壓力，例如水平方向的剪力和彎矩，還有豎向壓力，能保證建筑結(jié)構(gòu)的牢固性與穩(wěn)定性。剪力墻是一種平面構(gòu)件，研究其受力情況能更好的進(jìn)行后續(xù)工作，大大提升了設(shè)計水平，保證了墻體質(zhì)量及使用效果。

2.2 平面內(nèi)搭接

剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑施工中取代了傳統(tǒng)梁柱，受力更加均勻。該結(jié)構(gòu)在同一平面內(nèi)對自身剛度和承載力有著特殊要求。首先，剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置方向需與主軸方向保持一致，嚴(yán)格控制對直與拉通問題，以免影響墻體的強(qiáng)度與剛度。在實(shí)際施工中，剪力墻應(yīng)盡量連接在一起，以此充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。其次，進(jìn)行垂直方向上的設(shè)計時應(yīng)按照從下往上的形式進(jìn)行連續(xù)布置，保證剛度均勻分布，避免發(fā)生剛度突變。再次，根據(jù)設(shè)計需要與實(shí)際情況確定剪力墻結(jié)構(gòu)數(shù)量，密集的剪力墻結(jié)構(gòu)對抗側(cè)力剛度影響較大，一定程度上加大了墻體重力，不利于平衡建筑受力。最后，應(yīng)盡量避免面外的梁體與剪力墻連結(jié)，原因是平面外的剛度和承載力較小，容易出現(xiàn)彎矩突變問題。同時還可以按照施工標(biāo)準(zhǔn)加固剪力墻結(jié)構(gòu)，確保墻體內(nèi)外安全。

2.3 調(diào)整超限

調(diào)整超限是剪力墻連梁設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與施工經(jīng)驗(yàn)，為了保證彎矩與剪力不超出規(guī)定范圍，剪力墻的連梁跨高比不得小于2.5米，盡量避免出現(xiàn)施工質(zhì)量問題。如果特殊建筑的連梁跨高比在5米以上，則應(yīng)按照框架梁的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在不折減剛度的情況下提高剪力墻的安全性。有些建筑的連梁跨高比在5到6米的范圍內(nèi)，此時需要適當(dāng)折減連梁剛度，以此達(dá)到控制彎矩與剪力限度的目的?？傊?，調(diào)整剪力墻連梁超限能夠降低施工成本，幫助建筑企業(yè)用做小的成本創(chuàng)造更大的利潤，進(jìn)而為企業(yè)的健康發(fā)展奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

2.4 剪力墻長度及厚度的選取

剪力墻長度與厚度選取的合理性與建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、牢固性密切相關(guān)，設(shè)計人員應(yīng)全面掌握工程基礎(chǔ)知識，了解剪力墻結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)，從而科學(xué)合理地選擇長度與厚度。剪力墻結(jié)構(gòu)的長度也就是墻肢長度，設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮方方面面的因素，將長度控制為8厘米，在保證墻體結(jié)構(gòu)延展性的基礎(chǔ)上降低斷裂問題的發(fā)生概率。在厚度設(shè)計中，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐牡卣鹎闆r。受我國特殊地理位置的影響，很多地區(qū)經(jīng)常發(fā)生不同等級的地震，對人們的生命安全造成了嚴(yán)重威脅。按照我國的抗震規(guī)定，剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度不得小于200毫米，同時還需要大于或等于建筑物整體高度的十六分之一。合理控制剪力墻長度與厚度能有效增加強(qiáng)度，提升了建筑物的整體質(zhì)量與功能。

3 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

3.1 平面布置

進(jìn)行剪力墻平面布置時應(yīng)遵循對稱原則，統(tǒng)一安排剪力墻的質(zhì)量中心與剛度中心，使其完全重合，避免出現(xiàn)扭矩及類似現(xiàn)象。剪力墻結(jié)構(gòu)一般包括內(nèi)外兩層，需要保證內(nèi)外剪力墻拉通與對直，盡量控制不均衡的作用力，盡可能避免裂縫問題。隨著建筑物高度的增加，單向墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足支撐要求，應(yīng)沿著主軸方向雙向甚至是多項(xiàng)設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)。研究表明，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)良，適合在地震頻發(fā)的地區(qū)推廣。進(jìn)行抗震功能設(shè)計時應(yīng)逐漸淘汰單向墻的設(shè)計模式，提高剪力墻強(qiáng)度，從而充分發(fā)揮其抗震能力。抗側(cè)剛度與建筑質(zhì)量及施工成本密切相關(guān)，剛度過大，不僅增大了建筑成本，還會增加墻體自重，建筑物的各項(xiàng)性能也會隨之減弱，嚴(yán)重降低了安全性與經(jīng)濟(jì)性?？箓?cè)剛度設(shè)計需考慮多方因素的影響，確定具體數(shù)值時可根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行計算，并將計算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對比，判斷其是否合理。

3.2 剪力墻連梁鋼筋配置

鋼筋是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可或缺的重要材料，現(xiàn)階段，大量的高層及超高層建筑如雨后春筍般佇立在城市中，鋼筋的應(yīng)用降低了墻體自重，提高了剪力墻的承載能力與抗震能力，在設(shè)計工作中應(yīng)通過以下措施合理配置剪力墻連梁鋼筋。①折減連梁剛度。一般情況下，連梁的截面積較大，但跨度較小，對剛度進(jìn)行折減能保證墻體質(zhì)量與強(qiáng)度。②增加連梁跨度。連梁剛度折減完成后一定程度上提高了墻體的整體承載力，但仍有可能發(fā)生坍塌問題，需要適當(dāng)增加連梁跨度，進(jìn)一步降低連梁剛度，以此提高其抗震能力。③增加連梁的截面寬度。連梁的受剪承載力與其寬度呈正比例關(guān)系，截面寬度增加后每部分連梁分擔(dān)的承載力變小，大大提高了建筑物安全性。④選用跨高較小的高連梁。該措施能盡量滿足整體剛度。⑤墻身鋼筋配置。根據(jù)抗震等級不同，其配筋率也存在較大差異。一般來說，四級抗震的配筋率不得小于0.2%，如果等級較低，配筋率可適當(dāng)降低，但不得低于0.25%。⑥嚴(yán)格把控鋼筋質(zhì)量。建筑企業(yè)應(yīng)從正規(guī)渠道購進(jìn)建材，并進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，避免存在以次充好的問題，從而為剪力墻施工質(zhì)量與安全保駕護(hù)航。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)計算

計算結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性直接影響著剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用效果，建筑企業(yè)應(yīng)安排專業(yè)人員完成該項(xiàng)工作，并事先通過專業(yè)培訓(xùn)提高工作人員的專業(yè)水平與綜合素質(zhì)，進(jìn)而提升計算工作的質(zhì)量與效率。在計算過程中，工作人員不僅需要明確設(shè)計要求，還應(yīng)全面了解實(shí)際的施工情況，只有進(jìn)行實(shí)地考察后獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)計算。舉例來說，如果建筑物存在地下室，需要以指定層數(shù)為基數(shù)進(jìn)行計算，確保剪力墻結(jié)構(gòu)可以承受足夠的壓力。另外，建筑結(jié)構(gòu)整體的彎曲變形較小，在計算過程中可忽略樓間彎曲變形，以免增加計算量。隨著科技水平的不斷提高，計算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸發(fā)展，工作人員需利用現(xiàn)代信息化技術(shù)（CAD技術(shù)或其他計算軟件）輔助完成計算內(nèi)容。傳統(tǒng)手工計算耗時長、效率低，還容易出現(xiàn)差錯，信息化技術(shù)的應(yīng)用有效解決了這一問題，解放了人力，一定程度上節(jié)約了人力成本，還大大提高了計算準(zhǔn)確性，提升了剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能。

4 總結(jié)

近年來，建筑行業(yè)的發(fā)展形勢越來越嚴(yán)峻，建筑企業(yè)要想在激烈的市場競爭中占據(jù)有利地位就需強(qiáng)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性、美觀性與功能性。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計對整體設(shè)計質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，設(shè)計人員應(yīng)加強(qiáng)重視，明確剪力墻的種類與特點(diǎn)，嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計原則，加強(qiáng)平面布置與剪力墻連梁鋼筋配置，保證計算的準(zhǔn)確性與有效性，從而提高建筑設(shè)計水平，促進(jìn)建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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