論剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)推動了我國建筑行業(yè)發(fā)展，由于其剛度大、用鋼量小、且其有著抗側(cè)剛度大而側(cè)移小以及抗震性能好等多種優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用在不同類型的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計當(dāng)中，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，尤為突出。本文對剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)的分類和設(shè)計時需要遵循的原則進行簡要分析，探討如何實現(xiàn)經(jīng)濟合理的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：剪力墻；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用分析

1.剪力墻結(jié)構(gòu)的概述

剪力墻（shear wall）又稱抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻，是建筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向重力荷載的墻體，不僅滿足整體承重要求，也要防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。通常情況下剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護墻。針對剪力墻的布置首先要能夠滿足建筑本身的平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。相較于框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)不僅具有更好的抗側(cè)力能力，同時具有更為優(yōu)越的經(jīng)濟指數(shù)，因而這樣的結(jié)構(gòu)更適用于高層建筑物中。

2.剪力墻的特點分類

抗側(cè)剛度大，側(cè)移??；結(jié)構(gòu)自重大，吸收地震能量大；室內(nèi)墻面平整；施工程序較為復(fù)雜。然后根據(jù)剪力墻的開洞與否和開洞尺寸大小，還可以分之為以下幾類：

（1）整體小開口剪力墻：開洞面積>15%但仍然較小的墻。受力特點是：彎矩圖在連梁處突變，在整個墻胺高度上沒有發(fā)生反彎點。

（2）實體墻：沒有開洞或者開洞面積<15%的墻。受力特點是：就像一個整體的懸臂墻，彎矩圖既不發(fā)生突變也不產(chǎn)生反彎點（變形以彎曲型為主）。

（3）壁式框架：洞口尺寸大，連梁線剛度與墻肢線剛度相互較為接近的墻。受力特點是：彎矩圖在樓層處發(fā)生突變，并且在大多數(shù)樓層中會出現(xiàn)反彎點。

（4）雙肢或多肢剪力墻：開洞比較大或者洞口成列形狀布置的墻。受力特點與整體小開口墻有點相似。

3.剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計是一個系統(tǒng)的專業(yè)的過程，這一過程包含著多個步驟。因而在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計之前必須要了解剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟。針對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，首先我們需要確定墻肢的長度和厚度；其次是科學(xué)設(shè)計連梁；再就是合理設(shè)置邊緣構(gòu)件；最后就是地震荷載以及各種內(nèi)力、位移的計算。接下來就來詳細(xì)分析這一過程。

（1）墻肢長度和厚度的選擇。在剪力墻設(shè)計過程中剪力墻的長度是不宜過大的。因而我們需要高度重視墻肢長度的選擇。通常情況下針對墻肢長度的選擇不能超過8m。這一點是我們在設(shè)計過程需要引起格外重視的。一般情況下跨高比是要大于6的。

針對墻體厚度的選取，一個重要目標(biāo)就是要能夠保證剪力墻剛度和穩(wěn)定性。普通的住宅建筑的填充墻厚度一般保持在200mm，此時剪力墻也應(yīng)該設(shè)置為200mm。對于那些沒有地下室高層住宅的設(shè)計一般基礎(chǔ)埋深選擇在2.5m以上，墻體高度是5.0m以上，此時再按照1/16的比例來確定墻厚就很有可能大于填充墻的厚度，這顯然是不利于高層建筑的設(shè)計的。因而我們必須要采用專業(yè)的方法結(jié)合建筑實際情況，嚴(yán)格按照高層建筑設(shè)計技術(shù)規(guī)程來進行科學(xué)合理的設(shè)計。

（2）科學(xué)設(shè)計連梁。所謂連梁主要指的是連接墻肢與墻肢的梁。連梁本身不僅能夠起到連接墻肢的作用，同時又由于在水平荷載作用下墻肢發(fā)生變形導(dǎo)致連梁產(chǎn)生內(nèi)力，最終會使得連梁本身對墻肢產(chǎn)生約束作用。連梁對墻肢結(jié)構(gòu)本身具有重要作用。我們必須要高度重視連梁的設(shè)計。

針對連梁的設(shè)計，重點是要關(guān)注連梁的跨高比以及截面尺寸這兩個指標(biāo)。連梁剛度如果過大時就需要折減。針對剪力墻的設(shè)計我們根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是很難實現(xiàn)折減配置的，因而此時就需要通過允許其適當(dāng)開裂從而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體上，從而來達到折減目的。在折減過程中有一個重要指標(biāo)需要我們高度重視，這就是折減系數(shù)。一般情況下當(dāng)防裂度較低時就需要少折減一些，防裂度高時就需要多折減一些。但是無論怎樣折減，折減系數(shù)一般是不能小于0.5的，只有不小于0.5才能保證連梁承受豎向荷載的能力，在今后設(shè)計過程中必須要高度重視這一問題。此外為了減小連梁剛度可以通過增加剪力墻洞口寬度的方式來實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)整體剛度的減小，地震的作用也將會減小，因而連梁承載力也就有可能不超限。同時，在實際設(shè)計過程中提高混凝土等級也有可能使得連梁的抗剪承載力不超限?？偟膩碚f設(shè)計人員需要根據(jù)建筑實際情況來進行針對性的調(diào)整。

（3）合理設(shè)置邊緣構(gòu)件。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中邊緣構(gòu)件的設(shè)置是一個重要內(nèi)容。從以往的經(jīng)驗我們可以看出有約束邊緣構(gòu)件的矩形截面剪力墻和無約束邊緣構(gòu)件剪力墻相比有著明顯優(yōu)勢，極限承載力有了顯著提升，比無約束的提升了40%。邊緣構(gòu)件通常分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩種類型，這兩種類型的邊緣構(gòu)件的應(yīng)用需要根據(jù)實際情況來進行設(shè)置。一般情況下當(dāng)墻體平均軸壓比不小于規(guī)定值的多層房屋一般設(shè)置的是約束邊緣構(gòu)件。一、二級剪力墻底部加強部位以上的一般部位，三、四級和非抗震設(shè)計的高層建筑，底部加強部位，相鄰上一層軸壓比小于規(guī)定值的多層房屋剪力墻，均應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件?？偟膩碚f就是要根據(jù)實際情況科學(xué)合理的進行設(shè)置。

（4）地震荷載以及各種內(nèi)力、位移計算。在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中如果主體結(jié)構(gòu)本身布置簡單，那么就可以運用空間協(xié)同平面框架來進行計算分析。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)平面布置復(fù)雜的情況下就是采用空間分析程序來進行內(nèi)力、位移分析。在實際設(shè)計過程中應(yīng)堅持簡化計算原則。在計算底盤的長寬的時候需要結(jié)合主體結(jié)構(gòu)本身的長度和寬度來進行分析。一般情況下這兩者是要成比例地來進行設(shè)計的。

4.剪力墻結(jié)構(gòu)計算的優(yōu)化措施

（1）樓層的最大層間位移與層高之比的調(diào)整原則。規(guī)范規(guī)定在計算多地震作用的樓層最大層間位移時，要以樓間彎曲變形為主，計入扭轉(zhuǎn)變形，可以不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形。因此，對于高層建筑應(yīng)當(dāng)盡可能地減小扭轉(zhuǎn)變形，但是又不能夠僅僅是根據(jù)層間位移不夠而盲目地增加豎向構(gòu)件的剛度。然而，在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有的設(shè)計師一看某一方向的層間位移不足以滿足規(guī)范要求，就不斷地增加該向的側(cè)向剛度，這樣的調(diào)整方法不恰當(dāng)?shù)?。另外，因為地震剪力地震時是按照剛度分配的，所以剪重比和剛度是息息相關(guān)的，為了保證這種能力實現(xiàn)就必須保證結(jié)構(gòu)有相應(yīng)的剛度，通常剪重比不滿足時候最多調(diào)整方法也是加強結(jié)構(gòu)剛度。

（2）剪力墻連梁的調(diào)整原則。剪力墻連梁的跨高比一般不宜小于2.5，跨高之比小于2.5的連梁很容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)范限值的情況，有關(guān)規(guī)范規(guī)定了跨高比不小于5的連梁宜按框架梁進行設(shè)計。即跨高比不小于5的連梁剛度不應(yīng)折減。然而跨高比在5～6之間時，如果連梁剛度不折減就很容易出現(xiàn)剪力或彎矩超限。本文認(rèn)為該條文在實際工程設(shè)計中如果能充分利用，則對節(jié)省工程造價會具有一定的影響，即將跨高比不大于5的連梁高度減小或減小剪力墻墻肢長度使連梁跨高比變?yōu)榇笥?的框架梁，而后者的鋼筋以及混凝土用量一般都是小于前者的，可以節(jié)省一部分工程資金。

剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和安排對于建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計而言相當(dāng)重要，它的穩(wěn)定性關(guān)系到整個建筑物的結(jié)構(gòu)安全。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員一定要嚴(yán)格遵循其設(shè)計原則，結(jié)合其建筑結(jié)構(gòu)的主要特點和設(shè)計要求，對剪力墻結(jié)構(gòu)進行合理的分析和計算，使得剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮其應(yīng)有的效果和作用，進而確保整個建筑物的安全性和可靠性，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]齊楠.淺議高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].黑龍江科技信息，2011年17期：11～12.

[2]呂瑞孝，姜劍虹.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計需關(guān)注的要點[J].科技信息，201l（19）.