高層及多層民宅建筑設(shè)計(jì)中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用探討

任振杰

（中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007）

1 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人們對(duì)于高層及多層建筑的功能、布局方面的要求越來越高。而剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要遵循設(shè)計(jì)原則，結(jié)合實(shí)際工程建設(shè)需要，全面分析、研究，確保高層及多層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全的同時(shí)，提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)建筑行業(yè)的良性發(fā)展。

2 高層及多層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)概述

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)使用鋼筋混凝土墻板替代建筑的框架梁、柱，墻板結(jié)構(gòu)能夠承載豎向和水平方向的力。多數(shù)高層及多層建筑會(huì)使用剪力墻結(jié)構(gòu)。其具有良好的穩(wěn)定性，能夠?yàn)榻ㄖw提供有效支撐，從而保持建筑整體穩(wěn)定性，同時(shí)利用剪力墻結(jié)構(gòu)可以不用在建筑當(dāng)中設(shè)置房梁，提升建筑空間利用率，節(jié)約樓層高度。而且，剪力墻結(jié)構(gòu)可直接進(jìn)行混凝土澆筑，有效節(jié)約施工成本、簡(jiǎn)化施工流程、縮短建設(shè)周期，保證建筑壽命。剪力墻結(jié)構(gòu)作為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的建筑結(jié)構(gòu)體系類型，正在不斷發(fā)展，通過研究其造型設(shè)計(jì)，確保滿足人民群眾審美需求，使建筑整體美觀性不斷增強(qiáng)【1】。

2.2 結(jié)構(gòu)缺陷

剪力墻結(jié)構(gòu)有一定的優(yōu)勢(shì)，但也受到一些限制。剪力墻間距受限，造成剪力墻結(jié)構(gòu)不適宜較大空間建筑設(shè)計(jì)，整體設(shè)計(jì)靈活性較差。而且，剪力墻結(jié)構(gòu)屬建筑主要受力支撐，不得初選拆除、改動(dòng)，影響用戶進(jìn)行個(gè)性化的裝修改造。另外，剪力墻結(jié)構(gòu)主要使用鋼筋混凝土構(gòu)建，用量較大，會(huì)在一定程度上增加建筑結(jié)構(gòu)的重量。

2.3 結(jié)構(gòu)類型

2.3.1 整截面剪力墻

整截面剪力墻不開洞口，或洞口面積占?jí)w總面積的16%以下，剪力墻的受力狀態(tài)類似于豎向懸臂梁，截面上的正應(yīng)力以直線形態(tài)分布，在沿墻肢高度方向上的彎矩很少出現(xiàn)反彎點(diǎn)，整個(gè)變形曲線為彎曲型。

2.3.2 整體小開口剪力墻

整體小開口剪力墻洞口沿著豎向布置，洞口面積占?jí)w總面積的16%以上，墻肢與連梁剛度較為均勻，仍屬小面積開洞墻體，其受力性能主要考慮整體懸臂。對(duì)于墻肢局部彎矩，其軸力要承擔(dān)水平荷載作用，墻體自身彎矩較小，彎矩存在突變現(xiàn)象，但不存在反彎點(diǎn)，截面正應(yīng)力以直線方式進(jìn)行分布，變形曲線為彎曲類型【2】。

2.3.3 聯(lián)肢剪力墻

聯(lián)肢剪力墻洞口沿豎向布置，洞口面積占?jí)w總面積的16%以上，連梁剛度小于墻肢剛度。若存在較大洞口的是雙肢剪力墻；若存在多列洞口的是多肢剪力墻。此類剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁會(huì)對(duì)墻肢產(chǎn)生一定的約束作用。墻肢彎矩存在突變、反彎點(diǎn)，墻肢局部彎矩較大，截面正應(yīng)力非直線分布，變形曲線彎曲類型為主。

2.3.4 壁式框架剪力墻

壁式框架剪力墻洞口尺寸較大，連梁剛度、強(qiáng)制剛度與墻體結(jié)構(gòu)趨近，這一類剪力墻彎矩在樓層處存在突變，多數(shù)樓層會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)，變形曲線以剪切類型為主。

3 高層及多層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)原則

高層及多層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須遵循一定的設(shè)計(jì)原則，確保設(shè)計(jì)方案的合理性、可行性。具體包括以下3點(diǎn)：

1）剪力墻在高層及多層建筑用于結(jié)構(gòu)分隔、圍護(hù)，主要功能是水平抗側(cè)、豎向承重，是整個(gè)建筑的主要承重結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性、質(zhì)量會(huì)對(duì)建筑整體產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)人員可以在剪力墻高度、墻肢方向上增加墻體厚度，或使用混凝土提升其強(qiáng)度和抗側(cè)能力。為提升其功能，發(fā)揮出剪力墻結(jié)構(gòu)作用，需要保證剪力墻連續(xù)，自上而下實(shí)現(xiàn)剪力墻延伸，上下層剪力墻形成統(tǒng)一整體，提升剪力墻功能的同時(shí)，避免剪力墻剛度變化出現(xiàn)側(cè)移，提升剪力墻承重性能，保證墻體穩(wěn)定性，提升抗震性【3】。

2）剪力墻是高層及多層建筑的承重結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)過程中需要考慮具體受力情況。在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，要對(duì)墻體進(jìn)行受力分析，掌握剪力墻使用過程中可能存在的彎曲力、剪力、豎向壓力，結(jié)合剪力墻設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)，提升高層及多層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量及功能。

3）剪力墻墻體結(jié)構(gòu)延性是保證自身穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。剪力墻設(shè)計(jì)、施工中若墻體過高、過薄，會(huì)在連梁應(yīng)力作用下出現(xiàn)彎曲、拉伸問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞整個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)，無法發(fā)揮自身作用。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮剪力墻墻體延性，合理控制墻體高度、強(qiáng)度，盡量采用較長(zhǎng)的墻體，或?qū)w進(jìn)行分割，減少?gòu)澢⑿巫兎矫娴膯栴}出現(xiàn)。

3.2 設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.2.1 確定剪力墻位置

剪力墻是支撐高層及多層建筑的重要結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員必須制定科學(xué)的剪力墻設(shè)計(jì)方案，明確合理的剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑整體區(qū)域所處的位置，所制定的設(shè)計(jì)方案要充分結(jié)合項(xiàng)目要求及外部因素進(jìn)行規(guī)劃，綜合考慮自然災(zāi)害的要素對(duì)建筑穩(wěn)定性的影響，充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的支撐作用，并給予用戶一定調(diào)整格局的空間。受剪力墻結(jié)構(gòu)缺陷的影響，高層及多層建筑施工過程中無法大面積地采用剪力墻結(jié)構(gòu)，合理確定剪力墻位置在高層及多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注、處理。

3.2.2 處理大墻肢問題

剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)延展性有一定需求，墻肢不超過8m，避免因墻肢脆性造成的剪切破壞，此類問題在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中需要加以考慮。設(shè)計(jì)人員為剪力墻設(shè)計(jì)的大墻肢會(huì)出現(xiàn)彎曲問題，對(duì)高層及多層建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。為降低這種問題的影響，同時(shí)確保剪力墻延展性需求，要對(duì)大墻肢進(jìn)行調(diào)整，將其分割成均勻、小巧的短墻肢，提升剪力墻承載能力?；蚺c施工方進(jìn)行配合，進(jìn)行精確計(jì)算為剪力墻體設(shè)計(jì)延展性孔洞，施工完成后及時(shí)進(jìn)行填充作業(yè)【4】。

3.2.3 墻體內(nèi)配筋設(shè)計(jì)

剪力墻屬于主要的承重結(jié)構(gòu)，墻體必須堅(jiān)固結(jié)實(shí)，而鋼筋是穩(wěn)固墻體的重要材料。因此，設(shè)計(jì)人員需要充分考慮墻體配筋方式，保證墻體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性，減少墻體所受外力影響、破壞，提升剪力墻抗震性能，改善高層及多層建筑整體質(zhì)量。同時(shí)，配筋率與工程建設(shè)成本存在較大關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)人員可以將縱向鋼筋置于墻體內(nèi)部，在外部使用橫向鋼筋，確保滿足高層及多層建筑設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，降低墻體配筋總量。

3.2.4 連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連梁是剪力墻房梁與墻體間銜接的重要部件，在設(shè)計(jì)過程中必須關(guān)注連梁結(jié)構(gòu)的密封性、穩(wěn)定性、剛度、跨高、截面尺寸等參數(shù)，充分考慮各處的受力情況，從整體角度對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，避免影響連梁結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量。若存在剛度折減，實(shí)際取值要在0.5～1.0 范圍之內(nèi)，合理控制折減范圍能夠有效提升連梁結(jié)構(gòu)承載力。在折減值剛度確定后，要對(duì)建筑正截受彎承載力、斜面受剪承壓力進(jìn)行檢驗(yàn)，若存在問題，可以通過降低連梁高度、減小整體剛度的方法進(jìn)行調(diào)整，確保墻面承載能力及結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

高層及多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于較為關(guān)鍵的組分，設(shè)計(jì)人員必須充分掌握剪力墻受力特性、破壞機(jī)理的基本數(shù)據(jù)，科學(xué)地選擇剪力墻布置形式，確保剪力墻結(jié)構(gòu)在高層及多層建筑中合理、科學(xué)地應(yīng)用，進(jìn)而提升建筑整體建設(shè)質(zhì)量。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要積極更新自身知識(shí)體系，多角度考慮問題，積極引進(jìn)先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性、可行性，促進(jìn)高層及多層建筑工程的發(fā)展和完善。