剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

黃妙武

摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)由于具有抗側(cè)剛度大，側(cè)移小和抗震性能好等的特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于很多不同高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)之中。然而在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也難免會(huì)出現(xiàn)問題，造成不良的影響，故此本文對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的探討，希望對同行有一些參考作用。

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

中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（b）-0053-02

現(xiàn)代高層建筑的功能以及其用途正在以多元化的方式發(fā)展，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的高層建筑，一般會(huì)考慮高層建筑的受力結(jié)構(gòu)形式，他們設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在就是建筑的結(jié)構(gòu)傳力體系[1]。該體系對建筑的空間形態(tài)起支撐作用，其結(jié)構(gòu)豎向所傳遞的荷載傳遞由傳力體系的剖面來反映。另外，該傳力體系也會(huì)影響建筑物的使用功能。所以不同結(jié)構(gòu)的傳力體系在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中是根據(jù)其具體情況來進(jìn)行分析的，并同時(shí)進(jìn)行合理的計(jì)算，以此確定比較合理的建筑物傳力體系和保證抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范性[2]。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的種類及分類依據(jù)

1.1 有壁式框架的剪力墻

這種剪力墻的特點(diǎn)是洞口的尺寸比較大，墻肢線剛度與連梁線剛度非常接近，剪力墻在受力后呈現(xiàn)剪切型，這種受力特點(diǎn)和框架結(jié)構(gòu)非常相似。在高層建筑中采用這種剪力墻容易出現(xiàn)反彎點(diǎn)，在樓層處反彎圖也有可能發(fā)生突變。

1.2 截面剪力墻或者實(shí)體墻

這里所說的截面剪力墻是指墻體不開洞或者所開洞的面積不超過15%。這種類型的剪力墻在受力后的變形主要呈現(xiàn)為彎曲型，整體上看這種剪力墻像是一個(gè)懸壁墻，彎矩圖上既不存在反彎點(diǎn)，也不發(fā)生突變。

1.3 雙肢或者多肢剪力墻

這一類型的剪力墻的特點(diǎn)是開口比較大，而且洞口一般成列分布。

1.4 整體小開口剪力墻

這一類型的剪力墻開口普遍較小，但是開洞的面積比較大，一般不低于15%。整個(gè)剪力墻在受力后主要的變形方式是彎曲型，在整個(gè)墻肢上幾乎沒有反彎點(diǎn)，但在彎矩圖的中心位置容易發(fā)生突變。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所遵循的基本原則

2.1 調(diào)整連梁超限相關(guān)原則

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般來說，連梁的跨高比應(yīng)該大于或等于2.5，而采用跨高比低于2.5的連梁，在設(shè)計(jì)過程中就容易造成剪力墻的彎矩現(xiàn)象，嚴(yán)重超出限值。在《高規(guī)》中對剪力墻的跨高比就有明確規(guī)定，對于跨高比高于或等于5的連梁，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要以框架梁為依據(jù)，不能隨意折減其連梁的剛度。當(dāng)跨高比處于5～6之間時(shí)，必須對連梁剛度進(jìn)行折減，從而避免出現(xiàn)剪力超出限制或者連梁出現(xiàn)彎矩等現(xiàn)象。因此，在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑企業(yè)必須合理利用該明文規(guī)定，不僅能夠有效增強(qiáng)建筑物的安全性和可靠性，還能節(jié)約建筑成本，為建筑企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2 避免剪力墻和平面外梁搭接

剪力墻結(jié)構(gòu)有一個(gè)突出的特點(diǎn)就是其平面內(nèi)剛度和承載力比較大，而平面外剛度和承載力相對較小。這樣，如果剪力墻和平面外的梁相互連接，墻肢平面外就容易出現(xiàn)彎矩現(xiàn)象，而且，在平常的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員并不會(huì)對平面外承載力和剛度進(jìn)行驗(yàn)算，因此，為了避免彎矩現(xiàn)象的發(fā)生，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免剪力墻與平面外的梁進(jìn)行搭接，在無法避免的情況下也要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定采取相應(yīng)的防范措施，保證剪力墻與平面外能夠搭接安全。

2.3 以主軸為中心，向四周延伸

在對剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要以主軸方向作為中心，雙向甚至多向的向四周延伸，盡可能的將各個(gè)方向的剪力墻相互連接在一起，在連接過程中還要避免這些剪力墻出現(xiàn)拉通對直現(xiàn)象；在對剪力墻的抗震性進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該使兩個(gè)方向的側(cè)向剛度盡可能接近，而對墻肢進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在符合規(guī)定的基礎(chǔ)上，操作要盡可能簡單易行。對于高層建筑來說，在進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要以主軸方向作為中心，雙向甚至多向的向四周延伸，尤其是在對墻肢的抗震性進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量避免設(shè)計(jì)單方向有墻的模式，從而保證設(shè)計(jì)出的剪力墻能夠具有安全、可靠的工作性能。當(dāng)然，剪力墻的分布不是隨意的，應(yīng)保證數(shù)量相等和均勻。如果配置的剪力墻過多，會(huì)導(dǎo)致墻體得不到充分合理的利用，增大其抗側(cè)力剛度，進(jìn)而增大震力及自身的重力，影響剪力墻的正常工作；如果配置的剪力墻過少，由于數(shù)量不足會(huì)導(dǎo)致墻體的抗側(cè)力剛度過小，同樣會(huì)增加剪力墻的正常性能。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問題分析[3]

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的一部分，也是最重要的一環(huán)，設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響到建筑物的安全、適用、經(jīng)濟(jì)和合理性。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不能太大，若采用的是全剪力墻的結(jié)構(gòu)，也就是除了門窗洞其他都是剪力墻，沒有任何后砌填充墻，則其側(cè)向剛度就會(huì)太大，此時(shí)的地震作用也就會(huì)變得較大，顯然是不經(jīng)濟(jì)的，也是不合理的。而對底層剪力墻設(shè)計(jì)厚度要求為：在對抗震進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，筒體與一般的剪力墻承所受的第一振型底部的地震傾覆力矩是不允許小于總底部地震的傾覆力矩的50%。對于短肢剪力墻比較多的結(jié)構(gòu)中，不少的設(shè)計(jì)人員會(huì)將較短的墻段畫成約束邊緣構(gòu)件或者是構(gòu)造邊緣構(gòu)件，并把計(jì)算所需要的縱向鋼筋均勻的配置于整個(gè)的墻段內(nèi)，很顯然這樣是很不妥的，因?yàn)榕渲糜趬χ幸约拜S附近的鋼筋是不能發(fā)揮其作用的，所以其縱向的鋼筋必須向著墻肢端部來集中，同時(shí)可以打印出剪力墻邊緣構(gòu)件配筋的計(jì)算結(jié)果來加以復(fù)核。另外，抗震墻的墻肢長度應(yīng)不超過墻厚的3倍時(shí)，要按柱的設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，箍筋必須沿全高進(jìn)行加密和SATWE等的程序在計(jì)算時(shí)，都要按照該條的規(guī)定進(jìn)行辦理。如墻厚的是200 mm和墻肢的長度為600～800 mm，此時(shí)墻肢的長度雖然為墻厚的3～4倍，但還是認(rèn)應(yīng)該按柱來配筋。某些設(shè)計(jì)人員在電算總信息里輸入的配筋率為0.30%，剪力墻的豎向和橫向分布筋也不需要過大，若墻厚的是200或者250 mm，那么縱和橫向的分布筋都配Φ12@200雙排（配筋率達(dá)0.565%～0.452%）就是沒有必要的，但其鋼筋間距應(yīng)不大于200 mm，以此來防止剪力墻的開裂處。endprint

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1 對大墻肢的處理

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻的結(jié)構(gòu)首先要具有延展性，一些寬高比小于2的剪力墻在設(shè)計(jì)過程中就會(huì)變成具有延性、易于彎曲破壞的剪力墻，從而避免剪力墻受到脆性剪切毀壞。當(dāng)剪力墻的長度較長時(shí)，為了保證每個(gè)墻段的寬高比都能不小于2，可以對長墻進(jìn)行開洞分割，使長墻被均勻的分為符合條件的獨(dú)立墻段，這樣形成的墻段比較小，受彎所能產(chǎn)生的裂縫的寬度也會(huì)比較小，這樣就能保證墻體配筋發(fā)揮其良好的支撐作用。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)出現(xiàn)一些長度超過8 m的大墻肢時(shí)，在計(jì)算整個(gè)樓層的剪力時(shí)一般都是由這些大墻肢來承載這些力量，這樣當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng)例如地震時(shí)，這些大墻肢最先受到破壞，那些較小的墻肢由于沒有充足的配筋來支撐墻面，從而導(dǎo)致墻面受到全面的破壞。針對這種問題，在對剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對一些長度大于8 m的墻肢，根據(jù)實(shí)際情況開施工洞（即在具體的施工過程中，在剪力墻上留下洞，當(dāng)施工結(jié)束后再將這些洞填充好，這樣就能將大墻肢分成比較小的墻肢）和開計(jì)算洞（即在對剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)設(shè)置計(jì)算洞，施工時(shí)仍然設(shè)置為混凝土墻，這樣就能強(qiáng)化那些較小墻肢的配筋性能）。

4.2 合理的平面布置

平面布置要注意以下幾點(diǎn)：（1）在對剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量沿著主軸方向或者其他方向展開雙向或多向布置；（2）在對剪力墻的平面進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照均勻、對稱的原則，盡可能的將墻面結(jié)構(gòu)中的剛度中心和質(zhì)量中心重合在一起，不管是內(nèi)剪力墻還是外剪力墻都應(yīng)該盡量的對直拉通，從而有效減少剪力墻的扭矩現(xiàn)象；（3）在設(shè)計(jì)過程中抗側(cè)力剛度不應(yīng)該設(shè)計(jì)的太大。在對剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了使剪力墻的抗側(cè)力剛度和承載能力得到充分發(fā)揮，增強(qiáng)剪力墻的空間利用率，剪力墻之間的距離不應(yīng)太密，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度也應(yīng)合適。

5 結(jié)語

在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中，剪力墻應(yīng)用在不斷增加，其在設(shè)計(jì)中的缺陷和問題將成為制約其發(fā)展的主要因素。在剪力墻布置中，洞口宜上下對齊使之受力明確，盡量避免出現(xiàn)錯(cuò)洞與疊合洞口，應(yīng)采用科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行計(jì)算分析。在設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程中，應(yīng)從多個(gè)方向入手，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，加強(qiáng)安全措施，確保建筑物安全。

參考文獻(xiàn)

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[3] 辛雯.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問題探討[J].城市建設(shè)理論研究，2011（21）.endprint