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

顧斌

【摘要】剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑的主體結(jié)構(gòu)形式，本身具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如用鋼量小、抗側(cè)剛度大、抗震性能好。設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況將混凝土承重墻與分隔墻統(tǒng)一設(shè)計(jì)，考慮，可以降低建筑成本，顯現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)避免出現(xiàn)梁，柱的外露現(xiàn)象，使空間更加簡(jiǎn)潔，滿足建筑使用功能和感官的要求。本文對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行細(xì)致深入的分析和探究。

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

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，建筑業(yè)發(fā)展很快，支柱地位日益凸顯。與此同時(shí)，為滿足不斷創(chuàng)新的建筑功能需要，建筑設(shè)計(jì)方面的方法和方式也日新月益。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式已不能滿足建筑高度所帶來(lái)的水平荷載要求。剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗水平荷載能力強(qiáng)、抗震性能較好以及滿足建筑空間要求三個(gè)特點(diǎn)，迅速在建筑行業(yè)普及開(kāi)來(lái)。本文從剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)以及剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則兩方面，深入探討剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)

1.1什么是剪力墻結(jié)構(gòu)

在我國(guó)傳統(tǒng)的建筑行業(yè)中，建筑結(jié)構(gòu)形式大多采用的是框架結(jié)構(gòu)，但近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口壓力的加大，高層建筑已成為一種常態(tài)，框架結(jié)構(gòu)逐漸不能滿足高層建筑所要求的結(jié)構(gòu)能力，于是剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。在框架結(jié)構(gòu)中抗側(cè)力體系是由鋼筋混凝土梁，柱澆筑而成的框架，而剪力墻結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土的墻板代替框架成為建筑的抗側(cè)力體系，來(lái)抵抗建筑的各種荷載。換言之，剪力墻結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)就是將建筑物以前用于承擔(dān)水平和豎向荷載的框架換成鋼筋混凝土的墻板。剪力墻結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)形式相比，可以將混凝土墻板與分隔墻統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)，既減少了二次結(jié)構(gòu)的工程量，也縮短了建設(shè)周期。從而加快了工程進(jìn)度，減少了工程成本和造價(jià)，減少了資金的實(shí)際投入量。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在一個(gè)建筑物當(dāng)中，如果剪力墻數(shù)量過(guò)多，會(huì)引起巨大的地震作用，因此剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量并非越多越好。而應(yīng)通過(guò)設(shè)計(jì)人員的合理布局，充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使建筑具有合理的剛度分布和優(yōu)良的抗震性能。

抗震能力是建筑物的生命，關(guān)系到建筑物的安全性能，因此為保證剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)良的抗震性能，要合理布置剪力墻的數(shù)量和位置，宜沿主軸方向雙向或多向布置，宜使每個(gè)方向的側(cè)向剛度接近，使之具有較為合理的剛度及整體性，具有較好的抗震性能和變形能力。同時(shí)應(yīng)盡量避免采用短肢剪力墻，當(dāng)無(wú)法避免時(shí)，在規(guī)定的水平地震作用下，短肢剪力墻承擔(dān)的底部?jī)A覆力矩不宜大于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的50%，。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)短肢剪力墻的抗震構(gòu)造措施。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)的種類

剪力墻結(jié)構(gòu)具有很多類型，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行搭配使用，而分類的主要依據(jù)就是墻體洞口的有無(wú)，大小，形狀和位置等，依照這個(gè)判據(jù)，剪力墻結(jié)構(gòu)大致可分為四種。第一種，實(shí)體墻，實(shí)體墻分為兩種，一種是開(kāi)洞的實(shí)體墻，另一種是未開(kāi)洞的實(shí)體墻，其中開(kāi)洞的實(shí)體墻所開(kāi)墻洞的實(shí)際面積不得大于整面墻體面積的百分之十五，且洞口間的間距及洞口至墻邊的距離均大于洞口長(zhǎng)邊尺寸。實(shí)體墻承受荷載的能力很強(qiáng)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和優(yōu)良的抗震性能。彎矩不會(huì)出現(xiàn)異常情況，即不會(huì)有突變現(xiàn)象的發(fā)生。第二種，整體小開(kāi)口剪力墻，主要是指墻體中開(kāi)洞的面積大于整面墻全部面積的百分之十五。但洞口對(duì)剪力墻的受力影響仍較小，通常來(lái)講，這種類型的剪力墻在水平荷載作用下，由于洞口的存在，墻肢已出現(xiàn)局部彎曲，截面變形仍接近于實(shí)體墻。但連梁處極有可能發(fā)生突變現(xiàn)象。第三種，雙肢或多肢剪力墻，這種類型的剪力墻沿豎向開(kāi)有一列或多列較大的洞口，可以簡(jiǎn)化為若干個(gè)單肢剪力墻通過(guò)一系列連梁聯(lián)結(jié)起來(lái)組成，這種類型的剪力墻連梁對(duì)墻肢有一定的約束作用，墻肢局部彎矩較大，整個(gè)截面正應(yīng)力已不再呈直線分布。同樣的，這種剪力墻有時(shí)會(huì)在連梁處出現(xiàn)異常，發(fā)生突變現(xiàn)象。第四種，壁式框架剪力墻，這種剪力墻成列布置的洞口很大，且洞口較寬，墻肢寬度相對(duì)較小，連梁的剛度接近或大于墻肢的剛度。此種剪力墻的力學(xué)性能與框架結(jié)構(gòu)相類似。會(huì)出現(xiàn)較多的異常情況，反彎現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)在多個(gè)樓層當(dāng)中。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則

2.1結(jié)合具體工程，具體問(wèn)題具體分析

在前期開(kāi)展的設(shè)計(jì)活動(dòng)中，最為忌諱的是不根據(jù)具體工程的實(shí)際情況而盲目采用剪力墻結(jié)構(gòu)。一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)作品，首先應(yīng)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行地質(zhì)勘探，了解具體的地質(zhì)情況，然后結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合具體工程的建筑布局及水，電，暖通等其它專業(yè)的要求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)工作，合理布置混凝土抗震墻，以達(dá)到在工程中使用剪力墻結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)，在突出優(yōu)勢(shì)的同時(shí)有效規(guī)避缺陷。在剪力墻的設(shè)計(jì)中需要遵循相關(guān)的原則，及一些規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的限制，保證剪力墻設(shè)計(jì)達(dá)到規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、合理化。

減少建筑物自重和增強(qiáng)建筑物抗震能力是建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中兩項(xiàng)重要的工作，兩者息息相關(guān)。而具體到設(shè)計(jì)工作中就是減輕填充墻的容重及控制剪力墻的數(shù)量，這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，合理布置有效數(shù)量的剪力墻，依據(jù)其優(yōu)秀的水平承載能力、抗震能力，在滿足國(guó)家規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的位移，剛重比，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等技術(shù)指標(biāo)的前提下，合理布置剪力墻的數(shù)量和位置，用盡量少的剪力墻來(lái)獲得較好的抗震性能和變形能力。從而有效節(jié)約資金，降低工程造價(jià)。

2.2抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，并妥善處理

一般建筑物的各樓層具有重復(fù)性，因此設(shè)計(jì)時(shí)要把握要點(diǎn)，這樣既能提高工作效率，又能抓住關(guān)鍵部位并細(xì)致的處理。由于建筑物各樓層之間存在扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形，而設(shè)計(jì)的目的就是對(duì)這兩種變形進(jìn)行有效的處理和改善、協(xié)調(diào)。布置復(fù)雜的建筑，扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形難于調(diào)和，地震作用明顯，應(yīng)盡量避免。目前使用最多的控制變形的方法就是增加豎向構(gòu)件的數(shù)量，但如若豎向構(gòu)件的數(shù)量控制不合理的話，則會(huì)使地震作用增大，危害建筑自身安全，從而使得剪力墻無(wú)法發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)。總之，設(shè)計(jì)師進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)建筑物的變形進(jìn)行有效地控制，協(xié)調(diào)建筑物各樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形，建筑造型盡量簡(jiǎn)潔，明快。避免不必要的內(nèi)縮和外挑。而這些變形的控制也不能僅僅依靠豎向構(gòu)件的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，還需尋找其它更為有效的方法。這就需要設(shè)計(jì)人員在工作過(guò)程中，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢(shì)。

3.小結(jié)

前期的設(shè)計(jì)工作中，建筑設(shè)計(jì)各專業(yè)人員要充分根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合建筑物具體的情況，如使用途徑、建筑布局、工期等基本情況，來(lái)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，以保證在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中能較為明顯的體現(xiàn)出由于剪力墻的運(yùn)用而帶來(lái)的巨大優(yōu)勢(shì)。使剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以使建筑物達(dá)到預(yù)期的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)應(yīng)保證建筑物的安全性和穩(wěn)定性。建筑設(shè)計(jì)各專墻設(shè)計(jì)使業(yè)人員在對(duì)剪力用的過(guò)程中也要注意克服其存在的相關(guān)缺陷，揚(yáng)長(zhǎng)避短。只有各專業(yè)設(shè)計(jì)人員的密切配合，互相探討，才能在設(shè)計(jì)過(guò)程中減少失誤和浪費(fèi)，體現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

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