關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及其運(yùn)用分析

王宇荃

（江西省機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)研究院， 江西 南昌）

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

眾所周知，剪力墻主要是指在建筑工程中用來承受地震和風(fēng)荷載等引發(fā)的水平荷載的墻體，因此，也被稱為抗震墻、防風(fēng)墻，其主要目的是在于有效的防止建筑物結(jié)構(gòu)收到剪力的影響而被破壞。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，施工企業(yè)經(jīng)常采用鋼筋混凝土墻板代替框架結(jié)構(gòu)的梁和柱，從而有效地控制建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載。而且由于剪力墻具有剛度高、抗震能力強(qiáng)、整體性能好等眾多的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)中，已成為房地產(chǎn)開發(fā)商的主要關(guān)注。但在實(shí)踐過程中，由于剪力墻結(jié)構(gòu)不夠完善，在施工應(yīng)用中也存在著一些缺陷，這就要求我們正確認(rèn)識(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)，進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步保證剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能，進(jìn)而為對(duì)建筑業(yè)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)原則

剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中的一種重要的受力結(jié)構(gòu)。考慮到建筑使用的安全系數(shù)，因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需遵循以下設(shè)計(jì)原則。

（1）合理調(diào)整樓層位移與樓層高度之比的原則。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)層數(shù)、層高、層間最大位移等比例調(diào)整樓層高度，降低建筑物的變形量。

（2）合理調(diào)整剪力墻跨度和高度比原則。根據(jù)不同建筑性能進(jìn)行合理調(diào)整，并根據(jù)不同跨高比進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以保證剪力墻結(jié)構(gòu)的良好性能。

（3）樓板間最小剪力系數(shù)原則。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用數(shù)字化手段來計(jì)算建筑受力，提高建筑物的抗震、抗側(cè)力和承載力，對(duì)剪力墻與地板間的剪力系數(shù)進(jìn)行控制，有效降低建筑物本身的重量，進(jìn)而降低施工難度和減少施工成本。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）剪力墻的規(guī)格選擇

為保證剪力墻的使用壽命，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)限制剪力墻的寬度和厚度。例如，一般剪力墻的分支長度不應(yīng)超過 8米。由于剪力墻很薄，住宅的設(shè)計(jì)一般不超過20厘米。當(dāng)高寬比系數(shù)大于2時(shí)，性能較好，可防止建筑物在應(yīng)力作用下的脆性破壞。如果剪力墻的分支長度超過 8米，它將成為獨(dú)立的剪力墻結(jié)構(gòu)，或?yàn)闈M足其性能，剪力墻將通過打開剪力墻形成分段應(yīng)力平衡剪力墻。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)

在建筑平面設(shè)計(jì)中剪力墻對(duì)室內(nèi)空間的劃分以及建筑整體性能有著重要的影響，因此應(yīng)重視平面剪力墻的布局。首先，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)沿主軸方向采用T形或L形雙向平衡布置，避免成“一”字布置，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而降低建筑物在地震中的扭轉(zhuǎn)程度。其次，剪力墻數(shù)量不應(yīng)過于密集，厚度應(yīng)計(jì)算和設(shè)計(jì)，否則建筑物本身的重量會(huì)增加，不利于建筑物的長期發(fā)展。最后，為使建筑剪力墻的剛度分布均勻，應(yīng)控制剪力墻的開口位置和尺寸。

（3）剪力墻結(jié)構(gòu)的其他細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

(1)連梁的細(xì)部設(shè)計(jì)，即連接墻肢和墻肢的建筑結(jié)構(gòu)中的梁，稱為連接梁。在長期水平荷載作用下，采用輕質(zhì)材料填縫的連接梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以大大降低剪力墻的失效概率，提高剪力墻的結(jié)構(gòu)性能。

(2)結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)。豎向鋼筋和橫向鋼筋的布置、水泥砂的性能等級(jí)及其在剪力墻結(jié)構(gòu)中的比例等細(xì)節(jié)都是影響剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能的重要因素。因此，在選擇材料時(shí)，應(yīng)計(jì)算建筑物的結(jié)構(gòu)力，并選擇正確的材料以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)要求。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用

3.1 墻肢長度與厚度的設(shè)計(jì)

（1）墻肢長度

在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的長度有明確的控制，墻肢長度一般小于 8米。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)保證剪力墻體系的延性。為了消除剪力墻結(jié)構(gòu)的脆性破壞，剪力墻的高寬比可以大于3，從而提高剪力墻結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度。力墻的延性使其在地震作用下彎曲。為保證墻高寬比大于3，長墻可以通過開孔等措施分成均勻的肢體墻。

（2）剪力墻厚度

根據(jù)抗震規(guī)范的要求，當(dāng)高層建筑的抗震等級(jí)為1或2時(shí)，需要對(duì)剪力墻底部進(jìn)行加固。墻體厚度應(yīng)大于200毫米和高層建筑高度的1/16。對(duì)于未加固區(qū)域，墻的厚度不應(yīng)小于 160毫米。在特殊情況下，對(duì)高層建筑進(jìn)行概念設(shè)計(jì)分析，積極控制和調(diào)整墻肢軸壓值，以保證高層建筑的連續(xù)性，確保剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求。

3.2 連梁的設(shè)計(jì)

剪力墻連接梁作為連接墻肢結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，如果被過度加固、壓縮變形，對(duì)整個(gè)施工項(xiàng)目的整體質(zhì)量控制效果影響很大。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整剪力墻連接梁的高度，并根據(jù)工程實(shí)際情況，科學(xué)地設(shè)計(jì)整體高度，以避免因尺寸增大而導(dǎo)致連接梁變形。布雷姆。嚴(yán)格控制剪力墻結(jié)構(gòu)塑性標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)調(diào)整抗震設(shè)計(jì)。通過對(duì)載荷的科學(xué)分析，在可控范圍內(nèi)，結(jié)合不同的應(yīng)力條件，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，從而選擇更科學(xué)的實(shí)施對(duì)策。

3.3 配筋設(shè)計(jì)

配筋設(shè)計(jì)需以剪力墻的厚度為依據(jù)，當(dāng)墻體厚度大于0.7米時(shí)，應(yīng)采用四排鋼筋，并設(shè)置主筋。在應(yīng)力下應(yīng)均勻排列成一行。當(dāng)墻體厚度小于14厘米時(shí)，應(yīng)采用雙排鋼筋；當(dāng)墻體厚度為40至70厘米時(shí)，應(yīng)采用三排鋼筋。在第一、二、三、四級(jí)抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)中，剪力墻豎向配筋與水平配筋的配筋率應(yīng)不小于0.20%，配筋直徑應(yīng)不小于8毫米，間距應(yīng)不大于30厘米。對(duì)某些框支剪力墻結(jié)構(gòu)，配筋率應(yīng)不小于0.3%，配筋直徑應(yīng)不小于8毫米，間距應(yīng)不大于20厘米，非抗震設(shè)計(jì)應(yīng)不小于0.25%。

3.4 邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)

剪力墻的邊緣構(gòu)件可分為兩類：邊緣構(gòu)件的構(gòu)造和邊緣構(gòu)件的約束。這兩部件的設(shè)計(jì)方法不同。合理設(shè)計(jì)邊部結(jié)構(gòu)可以使剪力墻結(jié)構(gòu)更加合理。受限邊緣構(gòu)件主要為暗柱、端柱和翼壁。這些邊緣構(gòu)件在磚混結(jié)構(gòu)中起約束作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較小時(shí)，在地震作用下，層與不動(dòng)點(diǎn)之間的位移較大。此時(shí)，邊緣構(gòu)件也會(huì)起到相當(dāng)大的約束作用。因此，應(yīng)適當(dāng)增加暗柱和端柱等邊緣構(gòu)件的截面尺寸和加固。受限邊緣構(gòu)件沿墻肢方向的長度和箍筋的特征值應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

4 剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

4.1 剪力墻設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案

在剪力墻設(shè)計(jì)中，剪力墻應(yīng)沿主軸沿兩個(gè)方向布置，這樣剪力墻才能形成固定的空間結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須盡量避免單一布置，使兩個(gè)方向的抗震剛度相互接近，從而保證一定的空間性能。為了充分利用剪力墻的優(yōu)點(diǎn)，減輕剪力墻結(jié)構(gòu)的自重，剪力墻的布局不應(yīng)過于緊湊，使結(jié)構(gòu)具有中等的側(cè)向剛度。例如，在地震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還應(yīng)避免在門窗間形成截面積較小的小墻段。當(dāng)墻體截面高度小于墻體厚度時(shí)，應(yīng)根據(jù)框架柱的設(shè)計(jì)增加密度。

4.2 剪力墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化方案

在剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算中，首先要考慮層間高度和位移比，并調(diào)整最小剪力系數(shù)。對(duì)于連接梁問題，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整連接梁的振幅。以樓板間的彎曲變形為主要影響因素，可扣除整個(gè)樓板的彎曲變形。高層建筑應(yīng)盡量扭轉(zhuǎn)，以減少變形。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)層間在一定方向上的位移不滿足規(guī)范要求時(shí)，設(shè)計(jì)人員無法提高層間橫向剛度，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)失重率。如果樓板失重率過高，則不能降低另一側(cè)的剛度；如果樓板比例降低，地震的破壞也會(huì)減少，這也是可以實(shí)現(xiàn)的預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)束語

總之，隨著現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)技術(shù)水平的不斷提高，作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，剪力墻結(jié)構(gòu)為人們提供了許多便利，其重要性日益凸顯。因此，采取科學(xué)的設(shè)計(jì)原則開展相關(guān)設(shè)計(jì)活動(dòng)，要結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，從而更好發(fā)揮整個(gè)建筑的實(shí)用性，為城市經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。