對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的深入研究

張偉園

（江蘇省建筑設(shè)計研究院股份有限公司，江蘇 南京 210000）

前言：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，剪力墻結(jié)構(gòu)體系作為常用的結(jié)構(gòu)形式，在房屋建設(shè)中得到結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的廣泛運用。剪力墻平面布置設(shè)計時，從結(jié)構(gòu)安全性和建筑使用功能入手，要讓剪力墻在保證安全穩(wěn)定的前提下，最大程度上滿足建筑的使用功能。剪力墻架構(gòu)作為關(guān)鍵的力學(xué)運用載體，讓建筑的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。通過抗震設(shè)計及抗震構(gòu)造措施的規(guī)范要求，為結(jié)構(gòu)工程師做好剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供了依據(jù)，認真分析結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，讓建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定搭建獲得參照，也促進建筑工程建設(shè)順利實施。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化原則

從根本上來說，建筑結(jié)構(gòu)從房屋使用角度入手，通過設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻，使之與梁板進行相應(yīng)連接，形成剪力墻體系，來抵抗相應(yīng)的荷載及地震作用。從建筑使用功能上的差異，建筑結(jié)構(gòu)形式也存在不同。剪力墻包括了剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪、筒體及復(fù)雜的混合結(jié)構(gòu)。剪力墻運用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中，其整體性好，剛度大，在水平力的作用下變形小，其側(cè)向變形的特點為彎曲型。剪力墻要求間距不能過大，所以平面布置不算靈活；但是其承載力較容易滿足。從本質(zhì)出發(fā)，剪力墻結(jié)構(gòu)主要是以鋼筋混凝土剪力墻、梁、板為基礎(chǔ)，進行豎向和水平力的承接，設(shè)計的過程中，使之互相協(xié)同合作，一起承受外力作用，保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。下面針對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中具體優(yōu)化原則開展分析。

（一）承載力和剛度合理。剪力墻設(shè)置時，承載力要控制在合理范圍內(nèi)，不可有過大的剛度，造成材料的浪費；也不可使結(jié)構(gòu)過柔，剛度小，結(jié)構(gòu)的安全性不能保證。平面布置應(yīng)該盡量保持簡單，剛度和承載力分部宜均勻，形心與質(zhì)心要在合理范圍內(nèi)，傳力路徑要做到簡單明確。

（二）樓層剪力系數(shù)的控制。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展的時候，要對不同樓層之間的剪力系數(shù)進行合理控制，以最小數(shù)值為基礎(chǔ)。這就會在一定程度上對建筑物的重量進行一定控制，防止出現(xiàn)抗震能力減退的問題，避免出現(xiàn)安全問題。設(shè)計工作當中，還要進行短肢剪力墻分析，從承受力矩方面出發(fā)，然后按照分析的具體數(shù)值進行剪力系數(shù)的改進，將其控制在最小范圍內(nèi)。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的深入分析

建筑設(shè)計領(lǐng)域當中，要剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計做到有效合理且節(jié)省，這樣布置并非容易的事。設(shè)計人員進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要保證其數(shù)量適宜，且截面的長度與厚度處于最優(yōu)狀態(tài)。發(fā)揮連梁的作用，同時要控制短肢剪力墻的數(shù)量。通過對結(jié)構(gòu)梁板墻配筋的控制，更好的保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和工程造價。下面針對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進行全面分析，為建筑設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展提供強有力的支持。

（一）剪力墻數(shù)量宜適中

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該有較好的空間工作性能，其布置應(yīng)該盡量做到雙向布置，使之形成空間結(jié)構(gòu)，且雙向的剛度要控制在相當范圍內(nèi)，不可相差過大。通常情況下，剪力墻處于合理的運用情況下，所承受的荷載力是以豎向荷載和風(fēng)荷載為主。剪力墻數(shù)量應(yīng)該適宜控制，要從軸壓比以及兩個方向的振動周期來入手，將其視為參照和依據(jù)，然后還需關(guān)注墻肢所承載的具體層數(shù)。從地震力角度入手，在計算的過程中，從側(cè)向位移入手，以底部位置所承受的剪力作為分析點，能夠在對其合理的進行布局和規(guī)劃之下，形成完善的剛度分配模式，然后保證豎向的剛度更加合理，保持著連續(xù)性。

（二）剪力墻截面設(shè)計

1.剪力墻長度限制：一般情況下，剪力墻的長度不宜過長，墻肢的最大長度不宜超過8m。剪力墻結(jié)構(gòu)要有一定的延性，又細又高的剪力墻（指高寬比大于3 時）容易設(shè)計成彎曲破壞的剪力墻。因此當剪力墻的長度超過一定數(shù)值時，應(yīng)該設(shè)置洞口，將長墻分成長度較小的墻段，使分割后每個墻段變?yōu)楦邔挶却笥? 的獨立強制或者連肢墻。因此規(guī)范上限制了剪力墻墻肢的長度不宜超過8m。

2.剪力墻厚度要求：建筑物的高度越來越高，伴隨著剪力墻結(jié)構(gòu)高度也隨之增加。在設(shè)置剪力墻墻肢的厚度時，在保證墻體的自身穩(wěn)定性的同時，也要承受建筑物自身荷載及所承受的外力作用。現(xiàn)在建筑尤其是住宅類，對房屋的使用功能有較高要求。因此墻肢厚度在保證軸壓比要求下，要盡量控制墻肢的厚度。高層規(guī)范中規(guī)定了不同抗震等級下的墻肢的最小厚度。在結(jié)構(gòu)的底部加強區(qū)，剪力墻的穩(wěn)定性容易出現(xiàn)不足，通過增加墻肢翼緣或端柱，或者適當調(diào)整墻肢數(shù)量來保證結(jié)構(gòu)安全性，也能同時滿足建筑的使用功能[2]。

（三）做好連梁設(shè)計工作

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)中，連梁指在剪力墻結(jié)構(gòu)中，連接著兩個墻肢，在墻肢平面內(nèi)相連的梁。連梁一般具有較小跨度、截面高度大，與連梁相連的墻體剛度又很大等特點，其作用來平衡兩側(cè)墻體剛度。一般在風(fēng)荷載和地震作用下,連梁的內(nèi)力往往很大。關(guān)鍵的部位連梁這主要是為墻肢之間提供連接的力量和載體。剪力墻處于水平荷載的狀態(tài)下，墻肢在一定程度上會發(fā)生扭曲的轉(zhuǎn)變。這個時候，通過連梁裝置的架構(gòu)，就要會讓墻肢擁有平衡性能，進行水平負荷力的承載。在此情況下，對所受力進行分解，形成約束和穩(wěn)定的效果。墻肢和墻肢擁有連梁，這在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域當中發(fā)揮出十分關(guān)鍵的價值。而且，作為不可忽視和缺少的部分，倘若在設(shè)計方面發(fā)生問題，則必然會導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)不良后果[1]。

在此，連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展當中，結(jié)構(gòu)人員從“強墻弱連梁”入手，做好連梁的剛度和高度控制，并在一定程度上增加跨度。這會保證抗震性能設(shè)計的作用發(fā)揮，這就要求在較早時期受到破壞的連梁先產(chǎn)生塑性鉸，且在保證連梁承載力下降不是過多的情況下，同時產(chǎn)生內(nèi)力重分布，使大部分的連梁的破壞先于墻肢的破壞。

（四）控制短肢剪力墻數(shù)量

按照技術(shù)標準規(guī)范要求，短肢剪力墻有著明確的規(guī)定，在截面和厚度上進行了相應(yīng)的要求：墻肢厚度控制在300mm 以內(nèi)，同時各個墻肢截面要做好高度和厚度的比值，將其控制在4—8 之間，滿足以上條件的稱為短肢剪力墻。社會經(jīng)濟發(fā)展之下，建筑技術(shù)也看到了明顯的發(fā)展趨勢。建筑層面上，短肢剪力墻擁有了更加廣泛的運用領(lǐng)域，和長肢剪力墻進行對比，其所呈現(xiàn)出的肢厚度是比較小的。具體運用當中，這一形式的合理運用會讓建筑工程進行空間設(shè)計的時候得以優(yōu)化升級。短肢剪力墻一般都出現(xiàn)在多層和高層住宅中。

當前，我們也要明確的認識到短肢剪力墻也有自身的局限性。短肢剪力墻沿著建筑高度可能會有較多樓層的墻肢容易出現(xiàn)反彎點，其受力特點基本接近于異形柱，但是又承擔較大的軸力和剪力。由于短肢剪力墻的抗震性能較差，在地震區(qū)應(yīng)用的經(jīng)驗不多。因此，高層住宅中不宜過多的使用短肢剪力墻，更不應(yīng)全部采用短肢剪力墻。因此，在規(guī)范當中，對短肢剪力墻所承擔的底部總傾覆力矩做了明確的規(guī)定，以此來限制短肢剪力墻的數(shù)量。

（五）合理的控制配筋

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計當中需要耗費比較多的鋼材，而且還需合理運用到我國的建筑領(lǐng)域當中。施工項目運用剪力墻結(jié)構(gòu)開展工作的時候，經(jīng)過多次的實踐運用得知，對配筋的數(shù)量進行有效控制和規(guī)劃，不僅是會保證建筑結(jié)構(gòu)更加合理和穩(wěn)固，也能夠在工程造價上得以合理的控制。墻體配筋控制環(huán)節(jié)當中，要以規(guī)范要求計算配筋數(shù)值為基礎(chǔ)，并按照構(gòu)造要求，對其合理控制的過程中滿足實際要求[3]。施工圖紙設(shè)置的過程中進行配筋率的控制，對受力構(gòu)建極限壓應(yīng)變值進行提高，改善構(gòu)件脆性破壞。同時，對混凝土的徐變進行減少和控制。

結(jié)論：綜合以上分析，剪力墻設(shè)計能更好的滿足了現(xiàn)代建筑設(shè)計的需要。而且這也符合人們對建筑的使用要求。從當前的發(fā)展領(lǐng)域入手，做好剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，將其優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，讓建筑結(jié)構(gòu)更加安全和穩(wěn)固，也會進一步保證建筑設(shè)計穩(wěn)定發(fā)展和運轉(zhuǎn)。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計形式進行全面優(yōu)化和升級，能夠讓設(shè)計展現(xiàn)出明顯的科學(xué)性和完整性。對剪力墻的數(shù)量合理的控制，加強布置和合理規(guī)劃。通過多個角度的完善升級，真正地為保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性做好準備。