建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用探析

【摘要】一旦高層剪力墻結構設計出現(xiàn)不足的時候，這可能會大大制約剪力墻結構與工程整體的安穩(wěn)性，所以，加強剪力墻結構的優(yōu)化設計是工作的重中之重，剪力墻結構的優(yōu)化設計不僅可以促進工程穩(wěn)定而且還可以降低建設資金的投入，對我國建筑行業(yè)的高速發(fā)展有著積極影響。鑒于此，本文對建筑結構設計中剪力墻結構的設計應用進行了分析探討。

【關鍵詞】剪力墻；結構；優(yōu)化設計；建筑

一、剪力墻設計中的幾個原則

設計剪力墻結構時應遵守以下設計原則：剪力墻墻肢應簡單規(guī)則，剪力墻結構側向剛度不應過大；剪力墻應該盡量布置在恒荷載較大位置、平面形狀變化處、樓梯位置；在平面布置時應盡量保持對稱、均勻，以降低結構扭轉，無法保證對稱時，需要使建筑結構剛度中心與質量中心盡量重合。在縱向布置上盡量保證剪力墻貫通建筑全高，從而使建筑結構上下剛度均勻且連續(xù)；墻上的洞口盡量設置在墻體的中間部位，不宜將其設置在剪力墻的端部或者柱邊。對于高層建筑，不可運用全部短肢剪力墻結構形式，如果短肢剪力墻相對較多，那么需要布置普通的剪力墻，進而形成普通剪力墻和短肢剪力墻共同承擔水平力的剪力墻結構。如果在剪力墻結構中墻數(shù)量較少且墻肢較短，則為防止水平荷載影響下樓蓋平面內發(fā)生彎曲變形，需要對剪力墻的最大間距進行嚴格控制，注意剪力墻的數(shù)量和結構高度、結構體型之間的內在聯(lián)系。

二、建筑剪力墻結構設計實踐應用

在對剪力墻結構設計實施有效考量的過程中，我們要關注其基準概念的設計，仔細把握設計中遵循的各項規(guī)則，恰當選用有效的長度和寬度，使設計達到最理想的效果。只有如此才能保證建筑結構經濟安全，大幅度減小工程成本，推動整個工程建設的健康穩(wěn)定發(fā)展。

1、設置邊緣構件箍筋

剪力墻邊緣構件分為約束邊緣構件和構造邊緣構件，其中約束邊緣構件配筋區(qū)域又分為“陰影部分”及“非陰影部分”。現(xiàn)行規(guī)范中，對“陰影部分”的縱向鋼筋與箍筋或者拉筋的配置均有明確的規(guī)定，設計時容易理解、執(zhí)行。而“非陰影部分”只要求其箍筋配箍特征值是“陰影配箍特征值的1/2，箍筋或者拉筋沿縱向間距及縱向鋼筋需怎樣配置并沒有做出明確要求，導致當前工程設計中的做法相對混亂，建議縱向鋼筋可以在箍筋交叉點位置按照剪力墻縱向分布筋進行設置[4]。

2、剪力墻的延性設計

常見的剪力墻結構中，經常出現(xiàn)連梁的高度較高而剛度較大，連梁中往往僅配置普通的抗剪箍筋和受彎縱向鋼筋， 其延性較差。對于這種連梁，應用斜向交叉配筋可有效提高連梁的抗剪性能和延性，然而由于受到造價等因素的影響，其在實際工程中應用的相對較少。設計中應該合理控制剪力墻墻肢的長度大小，將長墻切割為開洞連肢墻，在洞頂位置設置跨高比不小于5的弱連梁，建筑窗臺底部和窗頂墻體使用砌體填充。

3、剪力墻長墻肢的處理

剪力墻結構應保證有一定延性。就細高形狀的剪力墻而言，它往往極易成為具有彎曲破壞特性的延性剪力墻，可以有效避免受到脆性剪切破壞的影響。如果墻的長度相對較大，那么為保證每段墻高寬比例大于2，就應該運用開洞的辦法把較長的墻分割成多段小而且具備均勻性特點的獨立墻段。如果長墻段無法人為分割，且其他剪力墻墻段的長度又較小時，小墻段受力較小，墻體配筋也少。如果小墻肢沒有充足的配筋作為保障，大震時將使得整個墻面結構受到較為嚴重的破壞。為有效防止這一狀況的出現(xiàn)，對于長度大小8m的墻肢，設計人員可以采用2種措施來實施處理：一是開施工洞，這種方法就是指在實際施工過程中在墻上留出洞口，當建筑工程施工已經結束時砌填填充墻，把長墻分為若干個短墻肢；二是開計算洞：這種方法指的是在計算結構過程中設置洞，處于正式施工時依舊是混凝土墻，利用此種計算方法，可強化其他小墻肢配筋，一般情況下適合在工程地下室外墻等不易進行開洞的工程中使用。

4、剪力墻的優(yōu)化布置

剪力墻應按建筑平面的2個主軸方向或建筑單元的主軸及其垂直方向完成雙向布置，避免出現(xiàn)僅單向有墻的布置形式，針對不同的建筑平面形式可以有以下布置方式[2]。1）常見的矩型、T型和L型平面，可根據2條主軸線方向雙向布置；2） 角型平面和Y型平面，可根據自身3個軸線方向和其相應的垂直軸線方向分別雙向布置；3）弧形平面、正多邊形平面和圓形平面形式，可根據徑向和環(huán)向分別雙向布置。

建筑工程平面中剪力墻的布置，要簡單規(guī)則且應始終遵循雙向和對稱均勻的原則，內外剪力墻盡量相交、對直，避免一字形剪力墻的出現(xiàn)，應盡可能地促使建筑結構的質量中心與墻體剛度中心重合，以達到降低扭轉影響的目的。為實現(xiàn)既能保證建筑工程剪力墻的承載能力和抗水平力能力，又盡量增大建筑的可使用空間且節(jié)約造價的目的，應控制剪力墻的平面布置數(shù)量和間距，即應有效控制剪力墻結構的抗側力剛度，其數(shù)值應滿足規(guī)范位移要求但也不可過大，使剪力墻結構擁有更加科學、合理的側向剛度。若想要判斷剪力墻結構側向剛度以及剪力墻數(shù)量是否合理，實際工作中可以根據公式（1）計算：

T=（0.04～0.05）n（1）

式中，n為剪力墻結構層數(shù)；T為建筑結構自振周期。通過式（1）計算得出的T值可以和通過結構計算軟件建模計算的自振周期T1進行對比。若T>T1，就說明建筑剪力墻數(shù)量過多，這時就需要相應地減少剪力墻的數(shù)量或是在較長剪力墻中部合適位置設置結構洞口，通過這種方式來降低剪力墻的剛度大小；相反的情況，就需要適當?shù)卦黾蛹袅Φ脑O置數(shù)量。如圖1所示。

結束語

在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的形勢下，怎樣在設計方面同時滿足建筑樣式的創(chuàng)新、功能需求的不斷提高以及結構的安全性，已經成為行業(yè)未來發(fā)展的主要目標及方向。建筑結構設計中剪力墻結構的設計是一項相對繁瑣并要求細致耐心的工作，具體實踐中需要設計人員透徹理解各設計規(guī)范中剪力墻結構相應條款的編制原理，不斷提升剪力墻工程的設計水平。

參考文獻

[1]陳俊俊.框架—剪力墻結構的優(yōu)化設計研究[D].廣西大學，2014.

[2]陳龍洋.高層住宅剪力墻結構設計與分析[D].河北工程大學，2014.

[3]黃麗華.框剪結構中剪力墻的優(yōu)化設計與分析[D].蘭州理工大學，2014.

[4]付艷強.論剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用[J].科技風，2014，01：142-143.