建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及優(yōu)化設(shè)計

陳威宇

摘 要：經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動了建筑行業(yè)的發(fā)展速度，人們在物質(zhì)文化水平不斷提高的情況下，對生活的品質(zhì)有了更高的要求，這就導(dǎo)致對當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計的要求也不斷提升，不僅要求建筑結(jié)構(gòu)具有較好的安全性，同時還要確保其經(jīng)濟(jì)適用性。文章從剪力墻結(jié)構(gòu)的基本定義入手，分析了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本樣式，并進(jìn)一步對剪力墻結(jié)構(gòu)方案的選擇及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計；方案；優(yōu)化

前言

近年來，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平得到不斷的提升，在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計上不僅需要滿足銷售及居住的質(zhì)量要求，同時還要求具有較好的經(jīng)濟(jì)適用性。剪力墻結(jié)構(gòu)由于側(cè)移較小，抗側(cè)剛度較大，而且具有較強(qiáng)的抗震性能，所以在現(xiàn)代建筑中得到廣泛的應(yīng)用。特別是在當(dāng)前我國的住宅建筑設(shè)計中，由于對居室使用功能的要求，所以在設(shè)計時需要具有較多的分隔墻，而利用剪力墻后，可以將承重墻和分隔墻合為一體，同時還具有良好的經(jīng)濟(jì)性。但在當(dāng)前建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和設(shè)計過程中，還存在著一些問題，所以還需要加強(qiáng)對其設(shè)計方法進(jìn)行優(yōu)化，從而確保建筑的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實用性。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的基本定義

剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其可以承擔(dān)較強(qiáng)的風(fēng)荷載及地震作用，所以通常也將剪力墻稱為抗風(fēng)墻或抗震墻。目前高層建筑較多，但在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，則不宜將所有墻體都采用剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，對于需要應(yīng)用較多剪力墻時，則需要布置一定的筒體，這樣利用剪力墻和筒體可以對水平力來進(jìn)行抵抗。抗震設(shè)計時，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。當(dāng)墻較少時，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個別小墻肢，不應(yīng)看成剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本樣式

2.1 壁式框架

這種樣式的剪力墻更多的在聯(lián)肢墻中進(jìn)行應(yīng)用，由于其洞口較大，所以墻肢的剛度往往較弱，而連梁的風(fēng)度則較強(qiáng)，這種情況下的剪力墻在受力上表現(xiàn)的與框架結(jié)構(gòu)更過于接近。但其與框架結(jié)構(gòu)的的梁柱還具有較大的不同，厚度上較小。通常上框剪結(jié)構(gòu)中，壁式框架剪力墻可以進(jìn)行單獨設(shè)置，同時也可以利用其他一些墻體來進(jìn)行設(shè)置，所以在目前的房屋建筑中壁式框架剪力墻應(yīng)用的更為廣泛。

2.2 整體剪力墻

整體剪力墻由于沒有洞口或是只有少量的洞口，其作為建筑的主體結(jié)構(gòu)存在，所以在設(shè)計時往往可以忽視洞口的存在，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中作為極其重要部分，對建筑起著支撐的作用。

2.3 聯(lián)肢墻

聯(lián)肢墻上往往是有一列或是多列洞口存在，而且洞口的尺寸也較大，各連梁承擔(dān)著主要的受力，其可以說是由于多組連梁連接起來的特殊剪力墻，而且各墻肢具有比連梁更強(qiáng)的剛度，所以每一個墻肢的作用都不可忽視。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)方案的選擇

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，剪力墻的設(shè)計方案具有多樣化的特點，但在確保建筑結(jié)構(gòu)安全的情況下，需要選擇經(jīng)濟(jì)性較好的方案，可以有效的降低工程的成本。特別是在設(shè)計的初期階段，對于剪力墻結(jié)構(gòu)體系、材料及構(gòu)件截面尺寸的選擇，都會直接影響到建筑工程的造價。

目前高層建筑結(jié)構(gòu)中，利用框支剪力墻較多，這樣就可以在上部結(jié)構(gòu)中可以采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，同時為了盡量的減少上下層在剛度上的變化，則可以適當(dāng)?shù)臏p少上層短肢剪力墻來減少剪力墻的剛度，而加大下層剛度，這種結(jié)構(gòu)方案可以在保證整體結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

對于剪力墻結(jié)構(gòu)的選擇，需要根據(jù)建筑層數(shù)的多少來進(jìn)行確定，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系適應(yīng)癥于層數(shù)較小的建筑，而對于二十層以上建筑在選擇剪力墻結(jié)構(gòu)時，則宜選擇傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。因為建筑的層數(shù)過大，對于結(jié)構(gòu)的剛度要求增加，也需要結(jié)構(gòu)底部具有良好的抗剪系數(shù)，控制好層部位移和頂點位移值，確保結(jié)構(gòu)的安全性，所以如果利用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)則無法滿足各方面的要求，使結(jié)構(gòu)的安全性無法得到保證。

對于層數(shù)在20層以下的住宅建筑若采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，由于墻體多為構(gòu)造配筋，各墻肢的實際軸壓又一般會比計算值偏小，就會導(dǎo)致墻體的承載力不能充分發(fā)揮出來，而采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，就可以很好地解決這些問題，既加大了結(jié)構(gòu)的延性，提高結(jié)構(gòu)的抗震性也使得工程費用隨之降低。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計措施

4.1 基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計方案應(yīng)根據(jù)工程項目地質(zhì)與水文條件，各項工藝、技術(shù)指標(biāo)與相鄰建筑的分布狀態(tài)要進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃，以最大限度發(fā)揮基礎(chǔ)方案的實際作用，設(shè)計人員應(yīng)盡量在原基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的修訂與整改。設(shè)計人員在進(jìn)行實地考察后，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行承重構(gòu)件的設(shè)計和選擇，其根本目的是確保建筑主體結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。例如：在剪力墻承重構(gòu)件的設(shè)計中，必須考慮到墻體配筋率的問題，在國內(nèi)現(xiàn)階段執(zhí)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：抗震等級為一、二、三級的剪力墻中，豎向與水平分布筋的最小配筋率應(yīng)≥0.25%，而部分框支剪力墻的底部加強(qiáng)部位實際配筋率則要≥0.3%。與上世紀(jì)80年代相比，現(xiàn)在規(guī)定的配筋率已經(jīng)明顯提高，而且基本實現(xiàn)了與國外建筑行業(yè)要求的配筋率接軌，所以，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，設(shè)計人員在基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計中，必須注重相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與工藝參數(shù)的合理選用，特別是要符合國家建筑主管部門出臺的最新設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以保證設(shè)計方案通過審核。

4.2 有效提升建筑整體結(jié)構(gòu)性能

在剪力墻設(shè)計優(yōu)化過程中要對其抗震性能進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，所以在設(shè)計時力求簡單、規(guī)則，明確結(jié)構(gòu)各部位受力情況，避免在災(zāi)難發(fā)手時出現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)受力不均衡的情況，實現(xiàn)對危害的有效控制。設(shè)計時要盡量避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱部位，所以在設(shè)計時需要充分利用相關(guān)經(jīng)驗及技術(shù)參數(shù)，及時對可能產(chǎn)生薄弱的部位進(jìn)行分析，并對方案進(jìn)行修訂，從而有效的提升整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

4.3 合理應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計理念與計算方法

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須選擇合理的設(shè)計方案，這是保證建筑主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。剪力墻結(jié)構(gòu)處于受彎工作狀態(tài)時才能有展現(xiàn)良好的延性，所以，剪力墻的形式應(yīng)以高細(xì)為主，如果剪力墻過長，可能形成低寬剪力墻，由于剪力墻呈現(xiàn)為脆性，難以滿足抗震要求。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須經(jīng)過精確的計算，雖然國內(nèi)在設(shè)計工作中已經(jīng)基本實現(xiàn)了計算機(jī)代替人工操作，但是在部分環(huán)節(jié)的計算中仍需依靠設(shè)計人員豐富的工作經(jīng)驗予以解決。

目前，在國內(nèi)外應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中，尚缺少專業(yè)的結(jié)構(gòu)計算軟件，為了提高結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的效率與質(zhì)量，設(shè)計人員應(yīng)在合理應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計與計算工具的同時，結(jié)合自己的觀念與經(jīng)驗進(jìn)行雙重判定。在剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，在相關(guān)構(gòu)件的實際計算中，為了保證計算結(jié)果的可靠性，必要時可以采取結(jié)構(gòu)試驗。

5 結(jié)束語

目前隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)得到不斷提升，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要充分的發(fā)揮剪力墻的優(yōu)勢，確保結(jié)構(gòu)安全性的同時，將工程成本降至最低，通過對設(shè)計的不斷優(yōu)化，從而確保建筑施工的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]陳體.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計問題研究[J].建筑技術(shù)，2009（18）. [2]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（17）.