建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用研究

種偉政

摘要：隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，人們對建筑工程的質(zhì)量要求不斷提升，為滿足不斷提升的社會需求，建筑行業(yè)內(nèi)一直在積極的探索創(chuàng)新路徑，多種先進(jìn)的建筑工藝和施工方法被不斷應(yīng)用到建筑的建造過程中，在一定程度上提高了建筑工程的建筑質(zhì)量，推動了建筑行業(yè)的綜合發(fā)展。剪力墻結(jié)構(gòu)就是近年來獲得廣泛應(yīng)用的一種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過科學(xué)的應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，能大幅提升建筑的綜合性能。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計;應(yīng)用;研究

1剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點

城市化發(fā)展中土地緊張問題日益突出，為克服土地資源限制，建筑工程呈現(xiàn)出高層化的趨勢，項目數(shù)量逐漸增多、規(guī)模日漸擴(kuò)大。但因為建筑的層數(shù)多、高度大，整個結(jié)構(gòu)受到的作用力繁多且復(fù)雜，軸線并行、側(cè)向移動等均是結(jié)構(gòu)設(shè)計中需重點關(guān)注的方面。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的特點，高層建筑項目實施中，人們越來越傾向于這一結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建，在剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計時，應(yīng)保證剪力墻具有較好的抗側(cè)剛度、較小的側(cè)移、良好的吸收地震能力，只有這樣，方可使得剪力墻結(jié)構(gòu)具有極好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震性，能夠應(yīng)對來自內(nèi)外部的各種結(jié)構(gòu)沖擊。對于高層民用建筑而言，為達(dá)到總體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，剪力墻結(jié)構(gòu)的高度和厚度都相對偏大，這一結(jié)構(gòu)設(shè)計要求使得該結(jié)構(gòu)體系即使處于荷載作用下，也可以發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢，發(fā)揮其抗剪切力機械強度能量小的特征。一旦剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用對象是超出20層的建筑，為保證截面彎矩極限承載力計算的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，必須要以全截面抗彎作為計算基礎(chǔ)，根據(jù)相應(yīng)的計算經(jīng)驗，在洞口越小的條件下，剪力墻結(jié)構(gòu)的性能越理想，越可以發(fā)揮其在建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢。此外，高層民用建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過對剪力墻的合理布置，可以有效對建筑空間加以科學(xué)劃分，實現(xiàn)空間資源的合理利用，有效提升了室內(nèi)框架結(jié)構(gòu)的簡潔性和美觀性。因為剪力墻結(jié)構(gòu)中各個構(gòu)件都為混凝土材料，使得剪力墻結(jié)構(gòu)的自重較大，地震災(zāi)害出現(xiàn)時該剪力墻結(jié)構(gòu)也勢必因自重出現(xiàn)明顯的地震反應(yīng)，再加上抗側(cè)剛度的存在使得地震時的地震反應(yīng)力加大，因此，為使得剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性得以增強，應(yīng)從其結(jié)構(gòu)特點出發(fā)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用

2.1基礎(chǔ)方案及承重構(gòu)件的設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案應(yīng)以施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)情況、周邊建筑分布情況、工程的建設(shè)要求等多種要素為基準(zhǔn)綜合確認(rèn)，確保剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案既能滿足建設(shè)要求，又能與周圍環(huán)境和諧共生。設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合建筑施工環(huán)境、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等要求合理規(guī)劃剪力墻的承重構(gòu)件，保證建筑主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性合格。應(yīng)將墻體配筋率作為剪力墻承重構(gòu)件設(shè)計的關(guān)注重點，水平和豎直方向的配筋率不應(yīng)低于0.25%，少數(shù)框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強位置的配筋率應(yīng)不少于0.3%。在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)積極認(rèn)識基礎(chǔ)方案的重要性，重點控制承重構(gòu)件的設(shè)計及優(yōu)化，結(jié)合自身設(shè)計經(jīng)驗和工程的各項參數(shù)科學(xué)確定工藝參數(shù)及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，避免因設(shè)計不合理為結(jié)構(gòu)帶來的安全隱患，完成設(shè)計后應(yīng)多方驗證，確保設(shè)計方案的科學(xué)性和可行性。

2.2剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計中盡量保持其平面均勻分布，剛度中心接近建筑結(jié)構(gòu)整體的中心，最大化減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，若剛度中心與建筑中心的偏離程度較高，可在條件允許的情況下通過調(diào)整墻肢長度和連梁的高度對剛度中心位置進(jìn)行調(diào)整。由于剪力墻具有較強的抗側(cè)剛性，結(jié)構(gòu)自振周期較短，承受的水平地震作用較大，可能影響結(jié)構(gòu)的整體性能。為減少水平地震剪力對建筑結(jié)構(gòu)的影響，可通過減少墻體厚度，在主次結(jié)構(gòu)設(shè)計中增大墻體間距，減少墻體總數(shù)等方式降低結(jié)構(gòu)整體自重，增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。剪力墻結(jié)構(gòu)最顯著的優(yōu)勢就是具較好的承載能力和平面剛度，但平面外承載力和剛度卻相對較弱，若在設(shè)計中直接將平面外方向梁與剪力墻相連，可能會使墻肢平面外彎矩增大，為改善此種情況，在樓面截面不大的條件下，可采用半剛接的設(shè)計方案調(diào)整墻肢平面外彎矩。

2.3大墻肢處理

在保證剪力墻結(jié)構(gòu)滿足建筑承載要求的前提下，將長度較大的剪力墻結(jié)構(gòu)劃分成一定數(shù)量的獨立墻段，提高其穩(wěn)定性，避免建筑在投入使用后因外力的作用對剪力墻結(jié)構(gòu)整體造成破壞，若想實現(xiàn)該目的可在施工過程中在長度較長的剪力墻結(jié)構(gòu)中適當(dāng)開洞，將長墻肢轉(zhuǎn)化為短墻肢，施工結(jié)束后對開設(shè)的空洞進(jìn)行必要的封堵。另外，還可通過調(diào)整配筋數(shù)量提高長度較小的剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力，可在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時適當(dāng)留洞，以適當(dāng)調(diào)整墻肢的配筋數(shù)量。

2.4剪力墻厚度的控制與配筋

2.4.1剪力墻結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計

根據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定要求，若建筑工程的抗震等級是一級或二級，則剪力墻底部加強部位的厚度應(yīng)大于200mm，并且應(yīng)大于層高的1/16，剪力墻的其他結(jié)構(gòu)厚度不能小于160mm;若剪力墻端頭未涉及翼墻，則應(yīng)大于層高的1/12。但是相關(guān)規(guī)定并不適用于所有建筑結(jié)構(gòu)，如在設(shè)計低高層或多層建筑結(jié)構(gòu)時，若建筑層數(shù)在5～15以內(nèi)，該種情況下的剪力墻肢在重力荷載代表值下，軸壓比多小于0.2，若按照規(guī)定計算，底部功能要求3.9m層高，墻體厚度至少為240mm。若出現(xiàn)此種情況，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合自身設(shè)計經(jīng)驗，通過概念設(shè)計分析，重新規(guī)劃墻肢軸壓比，驗算剪力墻墻體截面的強度，科學(xué)設(shè)置配筋率，在確保剪力墻綜合性能符合建筑要求的情況下，減少墻體厚度。

2.4.2墻體配筋率設(shè)計

國家明確規(guī)定，在設(shè)計抗震等級為一、二、三級的剪力墻結(jié)構(gòu)時，水平和豎直方向的最小配筋率不應(yīng)小于0.25%，部分框支剪力墻底部加強位置配筋率不應(yīng)小于0.3%。該要求在長度較大或高度較高的剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)用能顯著提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但是在低矮剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時應(yīng)反復(fù)確認(rèn)配筋率的科學(xué)性。

2.5連梁的設(shè)計與優(yōu)化

連梁主要承擔(dān)連接墻肢的作用，墻肢會在強大的水平負(fù)荷作用下發(fā)生彎折現(xiàn)象，進(jìn)而影響連梁的平直度，破壞墻肢整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過改善墻肢的受力情況能有效規(guī)避墻肢的彎折，因此，連梁設(shè)計的合理性也會在一定程度上影響剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能。連梁并不是所有剪力墻中的必要結(jié)構(gòu)，但對設(shè)有連梁的剪力墻來說，若設(shè)計合理性不足，則勢必會對連梁的承載力造成一定的影響，甚至?xí)斐山孛媾c設(shè)計不符的情況。所以，在設(shè)計連梁的過程中應(yīng)重點關(guān)注以下內(nèi)容：①折減連梁剛度，連梁跨高較低，與其相連的墻肢剛度較大，在產(chǎn)生水平應(yīng)力時會使連梁承受較大內(nèi)力作用，進(jìn)而引發(fā)連梁裂縫或破損，所以在設(shè)計時應(yīng)科學(xué)折減連梁的剛度，若設(shè)防裂度較小，可適當(dāng)減少折減量，若設(shè)防裂度較大可適當(dāng)增加折減，但應(yīng)控制折減系數(shù)在0.5以上;②增加洞口寬度，在降低連梁高度的同時增加洞口寬度，能顯著減少連梁剛度，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能;③結(jié)合實際情況增加剪力墻厚度。

3結(jié)語

在城市人口不斷增加的情況下，城市中的建筑高度會呈現(xiàn)逐漸提高的發(fā)展趨勢，剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍也會不斷提升，為進(jìn)一步提升剪力墻結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性，設(shè)計人員應(yīng)對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計不斷進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，通過應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，促進(jìn)我國高層建筑的建筑工藝更加成熟，推動我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。

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