工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用分析

李文龍 鄭宏博

摘要：我國作為工業(yè)大國，工民建工程在國民經(jīng)濟中占有很大比重。本文分析了工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，對工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)工程設(shè)計要點及其應(yīng)用進行了探討分析，以期對今后工作有所裨益。

關(guān)鍵詞：工民建工程建設(shè);剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計;原則;要點;應(yīng)用

一、工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要遵循三個原則，首先是安全性原則，剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)就是為了增強建筑的抗震性能，保證房屋及構(gòu)筑物的安全施工。并且剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計可以保證剪力墻結(jié)構(gòu)安全可靠度，也能夠使剪力墻結(jié)構(gòu)的功能得到最大化程度的發(fā)揮;其次是可靠性原則，可靠性是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)工作;最后是經(jīng)濟性原則，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，為了節(jié)省工程成本，可以從技術(shù)手段以及原材料的使用等方面著手。

二、工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

（1）調(diào)整樓層之間最小剪力系數(shù)。首先，在施工的過程當(dāng)中，為了降低房屋及構(gòu)筑物的自身重量，進一步增強建筑物的抗震能力，應(yīng)該在短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩40%以內(nèi)的前提之下，盡量控制剪力墻的數(shù)量。其次，在遵循上一前提的基礎(chǔ)之上，對剪力墻進行大開間處理，使得工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度變得更好。這樣，建筑樓層之間的最小剪力系數(shù)將得到有效的控制，有效地降低了建筑工程成本。（2）調(diào)整樓層之間最大位移和樓層高之間比例。在工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，設(shè)計的重點主要集中在對樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形的處理上。建筑物的剪切變形處理是用豎向構(gòu)件的數(shù)量進行控制的。因此，一旦豎向構(gòu)件的數(shù)量過多，剪力墻的剪重比例勢必變得偏大。這種不合理的工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)工程設(shè)計將直接導(dǎo)致建筑樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形，且變形的程度較大。在這種情況之下，工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)同樣難以滿足建筑物樓層之間發(fā)生位移的需要。因此在工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中，建筑物樓層之間的位移不能僅僅依靠豎向構(gòu)件的剛度進行調(diào)整，還應(yīng)該盡可能地減少樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形，這就需要注意調(diào)整樓層之間最大位移和樓層高之間的比例。

三、工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用分析

1、某建筑工程概況。某建筑設(shè)計使用年限為50年，建筑耐火等級為二級。抗震設(shè)防烈度為七度，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，主體為筏板基礎(chǔ)，裙房為柱下獨立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)。主體為地上12層帶1層地下室，右邊裙房為地上1層帶1層地下室，前邊裙房為地上1層。

2、剪力墻基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)用分析。剪力墻體系一般均設(shè)置地下室，其基礎(chǔ)多采用筏板基礎(chǔ)。合理選擇筏板厚度及邊緣挑出長度也直接影響結(jié)構(gòu)整體安全和工程造價。該工程上部12層帶1層地下室，根據(jù)勘察報告，取筏板厚為1000mm，經(jīng)細算后筏板可減至800mm，經(jīng)濟性明顯。因此，基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值，對小高層來說一般筏板厚初選時可按樓層數(shù)計，即每層按50mm厚增加。如12層建筑則初選可取600mm厚試算，試算后根據(jù)筏板配筋情況調(diào)整筏板厚度。由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)采用設(shè)置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用非常重要，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長寬均達百米以上，中間就設(shè)置幾條后澆帶。目前可采用添加劑以補償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮，或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內(nèi)可不設(shè)或少設(shè)后澆帶，并且對所設(shè)后澆帶采取必要的保護和加強措施。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用分析。表現(xiàn)為：（1）合理設(shè)置剪力墻。剪力墻的合理布置必須均勻合理，使整個建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免“一”字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)盡可能布置成長墻;應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱，當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時，應(yīng)計算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件時兩個方向均應(yīng)布置成長墻;規(guī)范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程主梁擱置在剪力墻上的，在相應(yīng)部位設(shè)置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。（2）剪力墻配筋及構(gòu)造的應(yīng)用。第一、剪力墻配筋。該工程剪力墻一層墻厚為250mm，其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。六層以下水平筋Φ10@200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@400拉筋;六層以上Φ8@200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@600拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋14@200為主要受力鋼筋，水平筋則構(gòu)造配置，該工程均取12@150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，簡化計算后由豎向筋控制。為增大計算墻體的有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。第二、剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置。相關(guān)研究表明，鋼筋混凝土設(shè)置邊緣構(gòu)件后與不設(shè)邊緣構(gòu)件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩(wěn)定性，因此一般一、二級抗震設(shè)計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件;其余剪力墻應(yīng)按《高規(guī)》設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。對剪力墻的配筋應(yīng)首先區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即普通剪力墻（長墻）、短肢剪力墻、小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向?qū)俣讨珘韰^(qū)別對待。對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強區(qū)0.7%，一般部位0.5%;對于短肢剪力墻，應(yīng)按《高規(guī)》控制配筋率加強區(qū)1.2%，一般部位1.0%;對于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴格按《高規(guī)》控制其軸壓比，宜按框架柱進行截面設(shè)計。

總之，剪力墻結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代高層建筑主要的結(jié)構(gòu)形式，其憑借良好的抗震及抗風(fēng)性能，在工民建工程建設(shè)中具有重要作用，因此對工民建工程建設(shè)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用進行分析具有重要意義。