建筑剪力墻結構設計思路及其應用實踐

邢 華

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030001)

建筑剪力墻結構設計思路及其應用實踐

邢 華

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030001)

依據(jù)建筑剪力墻結構設計原則，對剪力墻尺寸與外形設計、連梁設計、大墻肢優(yōu)化處理、邊緣構件優(yōu)化設計等進行了研究，分析了各環(huán)節(jié)的關鍵技術，為確保建筑工程的質量提供了條件。

剪力墻，結構，優(yōu)化設計，建筑

建筑工程的順利施工是以建筑結構設計為基礎，同時建筑結構設計更是整項工程的重點工作內容，且在一定程度上保證著建筑結構的耐久性、實用性和安全性。隨著經濟水平的增高，近年來人們對建筑結構設計有著更高的要求，而剪力墻結構具有良好的抗震性能、安穩(wěn)性等優(yōu)勢，是多層或高層建筑設計的必然選擇，剪力墻結構對建筑結構整體性、耐久性等方面的提高有著促進作用，剪力墻別稱結構墻、抗風墻或抗震墻，是構筑物內主要承受地震作用或風載荷引起的水平載荷的一種墻體。其結構特點顯著，被廣泛應用到建筑結構設計各個方面，特別是高層建筑結構設計中最為常見。但由于建筑結構設計要求及形式不同，對剪力墻的各種要求也具有差異性，因此，建筑剪力墻結構在設計過程中，設計人員首先應遵循建筑結構的設計原則，再結合自身經驗作為參考進行設計。

1 建筑剪力墻結構設計原則

在設計建筑剪力墻結構時，設計人員務必要遵循相應的設計原則，并且在設計過程中要嚴格執(zhí)行這些設計原則。在設計剪力墻結構的過程中，首先需注意墻寬與墻高問題，通常在設計中墻面過大，而厚度過小往往最易發(fā)生，這種結構將造成建筑受力問題。同時剪力墻結構設計時，有效區(qū)分開建筑內剪力墻與柱的作用，保證厚度與肢長間的比值，若比值小于3則設計柱，若比值大于3則才可設計剪力墻。剪力墻設計要綜合考慮承受豎向和水平面的壓力。作為建筑物內的一個平面構件，在剪力和彎矩綜合作用下剪力墻需要承受巨大的作用力，剪力墻應保證強度具有一定的延性，且能夠滿足在水平力作用下的相關要求。在使用剪力墻過程中，基于一個平面內剪力墻所受剛度和承載力最大，因此，相對來說平面外的承載力和剛度就較小。值得注意的是，剪力墻連接平面外的梁時，在平面外墻肢一定會造成彎矩情況，故必須采取相應的防范措施進行防范，才可保證剪力墻平面的安全。設計剪力墻中設計方面的計算至關重要，無論是在水平力還是豎向力作用下，都應整體分析結構，確保設計出的墻體能夠同時承受荷載和壓力。計算剪力墻的過程中，剪力墻與寬度之間的距離是關鍵因素，設計人員需做全面充分的分析。與此同時，設計剪力墻結構的過程中，就樓層間還應考慮最小剪力系數(shù)，系數(shù)應通過公式Vbj=V1j+βvV2j進行計算。我國相關規(guī)定指出房屋在施工中必須降低自重，但其抗震性能更應嚴格保證。但是就普通剪力墻結構而言，短肢剪力墻結構抗側剛度相對較小，故設計時需考慮布置一定數(shù)量的長墻，或是利用電梯在樓梯間形成大剛度內筒，一方面避免結構在設防烈度下發(fā)生較大變形，另一方面以便形成良好的兩道抗震設防。并以此為基礎，采取大開間處理剪力墻，增加剪力墻側向剛度，工程成本支出控制方可體現(xiàn)合理性。最后，嚴格控制剪力墻結構的數(shù)量，民用建筑最多4個，政府類及其他需4個以上，若是剪力墻數(shù)量安排過多，易導致其真正作用難以發(fā)揮，超出工程成本支出，故在數(shù)量選擇上必須根據(jù)工程實際，并全面分析建筑自重和短肢剪力墻剛度，將剪力系數(shù)控制到最小，進而合理控制剪力墻的數(shù)量。

2 建筑剪力墻結構設計實踐應用

2.1 把握剪力墻尺寸與外形

把握剪力墻尺寸及外形，能促進剪力墻結構設計方案和比例的最優(yōu)化。由于一般墻體結構設計不同，剪力墻結構設計無論是豎直方向還是水平方向的剛度和荷載分布皆不相同，其墻肢截面高度必須保障為墻厚的8倍多，方能最大限度滿足剪力墻荷載傳遞要求。剪力墻結構欲保障最大的穩(wěn)定性，外形設計選用T形或L形最佳，其主要在于這兩種方案中任意一種，皆可實現(xiàn)墻體重量的有效減輕，減小剪力墻結構的外形體積，促進剪力墻側向剛度的提升，并且還可更好的控制建筑工程項目的成本。但在剪力墻結構應用過程中需注意，剪力墻兩個方向中至少要保證其中之一符合標準，另一個也不能過短，兩者差額最起碼應控制在1 m以內，進而避免出現(xiàn)配筋現(xiàn)象。

2.2 優(yōu)化剪力墻連梁設計

剪力墻連梁即墻肢與墻肢間相互連接的梁，墻肢受壓一旦發(fā)生變形或超筋問題，建筑質量與有效壽命將受到極大影響。優(yōu)化剪力墻連梁設計主要有三方面：1)剪力墻連梁應適當降低高度，其高度需根據(jù)建筑工程實際控制在一定范圍內，以防由于尺寸問題導致連梁剪切發(fā)生變形現(xiàn)象。2)剪力墻結構塑性嚴格控制，適當調整剪力墻連梁彎矩的抗震設計。3)若在可控制范圍內荷載過量產生影響時，應準確把握連梁受力情況，即通過反復計算連梁受力情況，并根據(jù)不同程度實施與之相應的對策。此外，一旦出現(xiàn)剪力墻結構超筋或位移問題，施工單位必須采取行之有效的措施，將其嚴格控制在施工規(guī)范要求范圍內，同時，連梁問題可利用鉸接方式進行處理。

2.3 剪力墻大墻肢優(yōu)化處理

優(yōu)化剪力墻設計關鍵在于保證剪力墻良好的延展性，也是優(yōu)化其設計的重要工作內容之一，由于剪力墻結構比較特殊，寬與高相比小于2，其柱體呈細高狀，所以，要確保剪力墻剪切破壞程度降低，剪力墻還應轉變?yōu)閺澢鸂睢＜袅π璞ＷC足夠高的高度，首先應執(zhí)行均勻分段工作，再利用開洞技術將完整剪力墻分為獨立小墻段，保證剪力墻在彎曲過程中能夠有效減少裂縫，進而發(fā)揮出剪力墻支撐的作用。若剪力墻結構高于8 m，有可能在地震時受巨大剪力作用，而導致大墻肢損傷。故可利用計算洞或施工洞方式處理超過8 m的大墻肢設計，當工程竣工后，坑洞必須利用混凝土結構砌體填補。

2.4 剪力墻邊緣構件優(yōu)化設計

優(yōu)化剪力墻邊緣構件的設計主要包括兩種方法，約束構造邊緣構件和約束邊緣構造，在具體應用中這兩種方法區(qū)別較大，但最終目的都是保證剪力墻邊緣構件的合理性。實質上，約束邊緣構件就是指依據(jù)施工規(guī)范相關要求，明確剪力墻墻肢長度和箍筋配箍的特征值，但要注意縱向鋼筋范圍必須大于規(guī)定要求的陰影面積。約束邊緣構件主要是針對暗柱、端柱、翼墻等，通常由于剪力墻剛度較小易導致層間位移，故為避免這一現(xiàn)象，則需要通過搭建相關結構進行約束。同時，根據(jù)建筑工程項目施工特點，還可適當增加暗柱和端柱的截面尺寸和配筋，進而達到優(yōu)化剪力墻邊緣構件設計的目的。

3 結語

在設計剪力墻結構的過程中，不僅要遵循各項設計要求和原則，更應立足于實際設計剪力墻結構，保證各樓層間的穩(wěn)定性，促使整個建筑工程更加穩(wěn)定，以便有效提高建筑工程整體的抗震抗災強度，在面臨災難之時確保建筑物的安全，給使用者提供更可靠的安全保障，滿足社會發(fā)展實際需求，為構建和諧社會做出卓越貢獻。

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On design ideas for architectural shearing structures and application

Xing Hua

(ShanxiAcademyofArchitecturalDesign,Taiyuan030001,China)

According to the design principle for the architectural shearing wall structures, researches the shearing wall sizes and outline design, coupling beam design, optimal treatment of large wall column, and optimal design for edge members, and analyzes the key techniques in different steps, so as to ensure the quality of the architectural projects.

shearing wall, structure, optimal design, architecture

2015-06-29

邢 華(1980- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)25-0056-02

TU318

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