淺議剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘 要】近年來(lái)，隨著高層建筑的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在樣式創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)安全以及功能需求上都提出更高的要求，而剪力墻就在這樣的背景之下應(yīng)運(yùn)而生，由于它的結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大，可以有效地減少側(cè)移，并且還具有良好的抗震性能等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到高層建筑中，本文將淺議剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；原則；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

引言

隨著科技經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)高層住宅的平面和空間的要求也越來(lái)越高，普通的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)漸漸地不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的住宅需求，于此剪力墻就在這種高需求下誕生了。剪力墻又稱抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻，在房屋或構(gòu)筑物中是一種主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載的墻體。剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大，整體性能好，且用鋼量較省，相對(duì)于其他建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言較為經(jīng)濟(jì)，而且外形美觀，便于室內(nèi)布置，因此剪力墻受到了眾多開發(fā)商和業(yè)主的高度青睞。下文將針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的布置原則以及剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要地分析。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置原則

用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，以此來(lái)承擔(dān)因各類荷載引來(lái)的內(nèi)力，且能夠有效地控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種利用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受豎向力和水平力的結(jié)構(gòu)就稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的間距一般為3m～5m，因此其平面布置的靈活性還是受到了一定的限制。下面將簡(jiǎn)要地論述一下剪力墻的布置原則：

（一）在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻承受了全部的豎向力以及水平力，所以剪力墻一般情況下應(yīng)該沿著建筑物的主要軸線雙向布置。尤其是在抗震結(jié)構(gòu)之中，應(yīng)該避免單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式，并且還要促使兩個(gè)方向的抗側(cè)剛度接近，即兩個(gè)方向的自振周期應(yīng)該相近。

（二）為了增加抗震能力，剪力墻應(yīng)該盡量拉通對(duì)直。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，門、窗等上下各層要對(duì)齊，這樣才能形成明確的連梁和墻肢，明確了受力，計(jì)算才能簡(jiǎn)單化。在抗震結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該盡量避免疊合錯(cuò)洞墻和錯(cuò)洞剪力墻的出現(xiàn)。其中疊合錯(cuò)洞墻的洞口因?yàn)殄e(cuò)開距離很小，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)疊合的現(xiàn)象，這樣一來(lái)，不僅墻肢不規(guī)則，而且在洞口之間會(huì)形成薄弱部位，對(duì)抗震產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生很不利的影響。

（三）剪力墻沿豎向時(shí)應(yīng)該貫通建筑物的全高，從整體出發(fā)。剪力墻沿豎向改變的時(shí)候，允許其沿高度改變墻的厚度和混凝土的等級(jí)，或者是減少部分墻肢，促使抗側(cè)剛度逐步減小，避免各層剛度突變，而造成應(yīng)力集中。

（四）剪力墻要盡量避免在洞口與墻邊、洞口與洞口之間形成小墻肢。另外小墻肢的寬度不宜小于三倍墻的厚度，并且還要用暗柱加強(qiáng)。

（五）如果是較長(zhǎng)的剪力墻，那么應(yīng)該開設(shè)洞口，將剪力墻平均地分為若干墻段，墻段與墻段之間應(yīng)該用弱梁連接，另外每個(gè)對(duì)立的墻段的總高度與其截面的高度之比不宜小于2，因?yàn)閴﹂L(zhǎng)較小時(shí)，受彎產(chǎn)生的裂縫寬度較小，這樣一來(lái)，墻體配筋才能夠充分地發(fā)揮其作用，所以墻肢截面的高度是不宜大于8m的。

（六）在高層建筑中不宜采用全部為短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)槎讨珘?yīng)該盡可能地設(shè)置在翼緣。如果出現(xiàn)短肢剪力墻較多，那么就應(yīng)該布置筒體，形成共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

（七）盡量控制剪力墻的平面外彎矩，為此應(yīng)該采用增加與沿梁軸線方向的垂直墻肢，或者增加壁柱等方式，來(lái)有效地減少梁端部彎矩對(duì)墻的不好影響。另外，對(duì)截面較小的樓面梁可以設(shè)計(jì)為半剛接或鉸接，這樣可以減少墻肢的平面外彎矩。

（八）不能將樓面主梁直接支承在剪力墻之間的連梁之上。因?yàn)橐环矫嬷髁憾瞬考s束會(huì)因此而達(dá)不到要求，連梁也會(huì)因?yàn)闆](méi)有抗扭剛度而去抵抗平面外彎矩；另一方面對(duì)連梁本身會(huì)產(chǎn)生不利的影響，連梁本身的剪切應(yīng)變比較大，易出現(xiàn)裂縫。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）剪力墻截面厚度

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中之所以會(huì)規(guī)定剪力墻的最小厚度，是為了保障剪力墻平面之外的剛度以及穩(wěn)定性能。當(dāng)墻肢平面外出現(xiàn)與之相交的剪力墻的時(shí)候，可以將其視為剪力墻的支承，這樣一來(lái)就有利于保證剪力墻平面外的剛度和穩(wěn)定了。因此在確定墻肢的最小厚度的時(shí)候，應(yīng)該按層高以及無(wú)支長(zhǎng)度兩者的較小值來(lái)計(jì)算。有關(guān)規(guī)范規(guī)定：在非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的最小厚度不應(yīng)該小于層高或者無(wú)支長(zhǎng)度的1/25，并且還要大于160mm。而在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)在一、二級(jí)抗震等級(jí)時(shí)不宜小于1/20，并且大于等于160mm；三、四級(jí)抗震等級(jí)時(shí)不小于1/20，且大于等于160mm。其他各層在一、二級(jí)抗震等級(jí)時(shí)，不能小于層高或者無(wú)支長(zhǎng)度的1/20，且大于等于160mm；在三、四級(jí)抗震等級(jí)時(shí)不小于1/25，且大于等于160mm。分隔電梯井或管道井的墻應(yīng)大于等于160mm。

（二）剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土的強(qiáng)度等級(jí)

剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20；而帶有短肢剪力墻和筒體的剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C25。

（三）設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件和約束邊緣構(gòu)件

剪力墻一般在一、二級(jí)抗震的一般部位以及三、四級(jí)抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，剪力墻的墻肢端部應(yīng)該設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件；在一、二級(jí)抗震的底部加強(qiáng)部位以及其上一層的墻肢端部應(yīng)該設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

（四）只有確定了豎向分布鋼筋的最小配筋率，才能防止混凝土墻體在受彎裂縫出現(xiàn)后立即達(dá)到極限抗彎承載力。另外，如果想進(jìn)一步防止斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪拉破壞，那么就必須規(guī)定水平分布筋的最小配筋率。一般剪力墻的豎向和水平分布筋的配筋率為：一、二、三級(jí)抗震等級(jí)時(shí)不宜小于0.25%，四級(jí)抗震等級(jí)及非抗震等級(jí)時(shí)為0.2%，間距不應(yīng)大于300mm，直徑不應(yīng)小于8mm，也不宜大于墻肢厚度的1/10。

（五）剪力墻連梁超筋的處理

連梁超筋在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是一種常見現(xiàn)象，常言道：防范于未然，所以連梁配筋時(shí)就務(wù)必應(yīng)該滿足以下要求：

1.連梁上下縱向受力鋼筋伸入墻內(nèi)的錨固長(zhǎng)度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于aEl，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于al，且不應(yīng)小于600mm。

2.在抗震設(shè)計(jì)的剪力墻中，沿連梁全長(zhǎng)箍筋的構(gòu)造要求應(yīng)采用框架梁端加密區(qū)箍筋構(gòu)造要求；在非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，沿連梁全長(zhǎng)的箍筋直徑應(yīng)不小于6mm，間距不大于150mm。

3.在頂層連梁錨入墻體的鋼筋長(zhǎng)度范圍內(nèi)，應(yīng)該配置間距不大于150mm的箍筋，構(gòu)造箍筋的直徑與該連梁的箍筋直徑要相同。

4.截面高度大于700mm的連梁，在梁的兩側(cè)面應(yīng)該設(shè)置縱向構(gòu)造鋼筋（腰筋），沿高度間距不大于200mm，直徑不應(yīng)小于10mm。另外還應(yīng)該將墻面的水平分布鋼筋拉通。

5.在跨高比不大于2.5的連梁中，梁兩側(cè)的縱向分布筋（腰筋）的面積配筋率不應(yīng)低于0.3%，且應(yīng)將墻肢中的水平鋼筋拉通連續(xù)配置，以加強(qiáng)剪力墻的整體性。

6.一、二級(jí)剪力墻底部加強(qiáng)部位跨高比不大于2，墻厚大于等于250mm的連梁，可采用斜向交叉配筋，以改善連梁的延性。

如果出現(xiàn)剪力墻連梁超筋的現(xiàn)象，一般有以下三個(gè)處理方法：一是想法設(shè)法地減小連梁的截面高度；二是在抗震設(shè)計(jì)的剪力墻中連梁彎矩及剪力可以進(jìn)行塑性調(diào)幅；三是當(dāng)連梁破壞對(duì)承受豎向荷載無(wú)明顯影響的時(shí)候，方可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，再按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，最后墻肢應(yīng)該按照兩次計(jì)算所得的較大內(nèi)力進(jìn)行配筋計(jì)算。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著高層建筑的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在樣式創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)安全以及功能需求上都提出了更高的要求，而剪力墻在一定程度上滿足了這些高要求。如果剪力墻想更好地發(fā)揮其剛度大、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，并又想克服自身結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)，那其關(guān)鍵就全在于設(shè)計(jì)。

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