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

丁建光

中城投集團(tuán)第六工程局有限公司 安徽蚌埠 233000

隨著城市化建設(shè)的腳步不斷加快，城市人口也大幅增加，由于城市用地緊缺，在建設(shè)的過程中通常會(huì)采用高層建筑來來解決這一問題。為了確保高層建筑的穩(wěn)定性，通常在設(shè)計(jì)的過程中對(duì)建筑的整體抗震效果有了更高的要求。由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大、抗震性能好等特點(diǎn)，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該注重剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[1]。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)基本概念

剪力墻又稱抗震墻，一般截面高度與厚度之比為大于8。剪力墻結(jié)構(gòu)是指以剪力墻為主要承重構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式。剪力墻結(jié)構(gòu)具有剛度大、整體性好以及承載力高等優(yōu)點(diǎn)?？茖W(xué)合理的設(shè)計(jì)有助于穩(wěn)定建筑的基本結(jié)構(gòu)，更好地增加建筑物的承載力，降低因?yàn)榈卣?、臺(tái)風(fēng)等外在自然力的破壞。從當(dāng)前的情況來看，目前的建筑結(jié)構(gòu)可以分為以下幾種類型，他們依次是框架、混合以及剪力墻等結(jié)構(gòu)。在所有的結(jié)構(gòu)中，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用的最廣泛。究其原因，主要是這種結(jié)構(gòu)具有較高的承載力，能夠抵抗來自不同方向的荷載作用。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼筋混凝土是使用最多的建筑材料。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)算參數(shù)的取值

計(jì)算時(shí)應(yīng)選取足夠的震型數(shù)，對(duì)于B級(jí)高度的高層建筑和復(fù)雜高層建筑，考慮平扭耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不應(yīng)小于15，對(duì)多塔樓結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9倍，且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使各振型參與質(zhì)量之和不小于總質(zhì)量的90%。設(shè)計(jì)時(shí)，若有效質(zhì)量系數(shù)不能滿足規(guī)范要求，可通過增加計(jì)算震型數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

考慮到高層剪力墻結(jié)構(gòu)中的填充墻本身具有一定的剛度，對(duì)整體結(jié)構(gòu)的地震作用有一定放大作用，因此需對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算自振周期進(jìn)行折減，剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)一般為0.8～1.0。

地震力沿不同方向作用時(shí)，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的大小也不一樣，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)值最大的即為最不利地震作用方向。當(dāng)計(jì)算出的最大地震力作用方向大于15度時(shí)，應(yīng)考慮最不利地震作用方向的影響。

當(dāng)采用剛性樓板假定時(shí)，在分析中應(yīng)考慮樓板對(duì)梁剛度的貢獻(xiàn)，可通過梁剛度放大系數(shù)來近似考慮。梁剛度放大系數(shù)Bk看一般取值為1.0～2.0，兩側(cè)均與剛性樓板相連的中梁的剛度放大系數(shù)為Bk,只有一側(cè)與剛性樓板相連的梁的剛度放大系數(shù)為（1+Bk）/2[2]。

2.2 平面布置

剪力墻的布置應(yīng)遵循均勻?qū)ΨQ的原則，盡量沿主軸方向雙向布置，兩個(gè)方向的側(cè)向剛度不宜相差過大，使剪力墻的剛度中心和重力中心能夠吻合，以此減少扭矩；盡量減少一字型的短肢剪力墻的布置，雙向的更有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；較長(zhǎng)的剪力墻應(yīng)選擇采用開洞口的方式，將墻體劃分成幾段；避免錯(cuò)洞墻的設(shè)計(jì)，因?yàn)槟壳吧袥]有很簡(jiǎn)便的方法來分析；對(duì)平面形狀凹凸較大時(shí)，盡可能在凸出部分的端部附近布置剪力墻。

2.3 剪力墻連梁設(shè)計(jì)

剪力墻連梁是指兩端都與剪力墻相連，跨高比小于5的梁。在側(cè)向力作用下，連梁比較容易出現(xiàn)些裂縫，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循強(qiáng)墻肢弱連梁、強(qiáng)剪弱彎的原則。由于與連梁相連的墻肢剛度比較大，內(nèi)力也很大，連梁首先屈服，梁端出現(xiàn)裂縫，剛度隨之減弱，內(nèi)力進(jìn)行重分布，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就需對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減。當(dāng)連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不滿足要求時(shí)，可采取增加洞口寬度，以減少連梁剛度，降低地震作用的影響；對(duì)于跨高比小的高連梁，可以設(shè)置水平縫形成雙連梁實(shí)現(xiàn)彎曲破壞，還可以增加交叉暗柱或設(shè)置斜向的交叉構(gòu)造鋼筋來改善連梁的受力性能。

2.4 剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)

剪力墻的邊緣構(gòu)件分為構(gòu)造邊緣構(gòu)件和約束邊緣構(gòu)件，為了能使剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮其自身特點(diǎn)，邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì)十分重要。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)不同抗震等級(jí)及剪力墻底部軸壓比選擇合適的邊緣構(gòu)件，并在約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件之間設(shè)置過渡層，避免剪力墻剛度及承載力的突變，改善結(jié)構(gòu)的延性，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。對(duì)于構(gòu)造邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的配置，應(yīng)滿足最少鋼筋根數(shù)、最小鋼筋直徑、最小配筋率的要求。

2.5 剪力墻墻肢設(shè)計(jì)

剪力墻墻肢高厚比大于8時(shí)，為一般剪力墻，墻肢高厚比為5～8時(shí)，為短肢剪力墻，墻肢高厚比小于4時(shí)，按框架柱設(shè)計(jì)。一般剪力墻墻肢較長(zhǎng)，抗側(cè)剛度大，能承受很大的水平力及豎向荷載，因此設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先布置一般剪力墻；短肢剪力墻因墻肢較短，有利于住宅布置，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，但其抗震性能不如一般剪力墻，其數(shù)量不宜過多。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)多布置一般剪力墻盡量少采用短肢剪力墻。

在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，剪力墻的截面厚度需按規(guī)范要求進(jìn)行墻體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)于一、二級(jí)剪力墻：底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于200mm，其他部位不應(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；三、四級(jí)剪力墻：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；對(duì)于短肢剪力墻，其截面厚度除了滿足上述要求外，底部加強(qiáng)部位尚不應(yīng)小于200mm，其他部位尚不應(yīng)小于180mm[3]。

剪力墻的配筋應(yīng)滿足計(jì)算要求，為了防止混凝土墻體在受彎裂縫出現(xiàn)后立即達(dá)到極限受彎承載力，配置的豎向分布鋼筋必須滿足最小配筋率要求；同時(shí)，為了防止寫裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性的剪拉破壞，水平分布鋼筋也必須滿足最小配筋率要求。剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率，一、二、三級(jí)時(shí)均不應(yīng)小于0.25%，四級(jí)和非抗震設(shè)計(jì)時(shí)均不應(yīng)小于0.20%。剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的間距均不宜大于300mm，直徑不應(yīng)小于8mm。剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的直徑不宜大于墻厚的1／10。

3 結(jié)語

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的階段，自然會(huì)促進(jìn)建筑工程的迅速崛起和壯大。在這樣的背景下，剪力墻也會(huì)在建設(shè)的過程中得到廣泛應(yīng)用，從而提升高層建筑的整體質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。