裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蔣睿中

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000

引言

伴隨社會(huì)進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國(guó)家建筑領(lǐng)域的發(fā)展速度逐漸加快，在此過程中，剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)得到了很好的發(fā)展，也從技術(shù)角度助力了建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量與建筑性能的提高。剪力墻結(jié)構(gòu)擁有很大的剛度與很強(qiáng)的承載能力，而且抗震性能與抗風(fēng)性能十分優(yōu)異，能夠被廣泛應(yīng)用于高層建筑。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，剪力墻結(jié)構(gòu)指的是使用鋼筋混凝土的墻板來(lái)取代框架結(jié)構(gòu)梁柱，它分別承受了豎向壓力以及在平面作用下產(chǎn)生的水平剪力。剪力墻雖然擁有很大的寬度及高度，不過其厚度比較小，因此，剪力墻擁有幾何特征和獨(dú)特的受力特征。因?yàn)榧袅哂泻穸刃〉奶攸c(diǎn)，和板樓厚度十分相近，因此在獨(dú)立使用剪力墻時(shí)，如果發(fā)生地震，就會(huì)有很高的概率出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形問題和斷裂問題，這是因?yàn)榧袅Φ膭偠炔粔颉Ｒ虼嗽谠O(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)考慮對(duì)剪力墻剛度進(jìn)行增加，還要綜合分析彈性變形能力以及抗震性，對(duì)結(jié)構(gòu)種類及規(guī)模進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)安全提供保障。一般來(lái)說，剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多是延性彎曲型。另外，框架剪力墻也是一種高性能的剪力墻結(jié)構(gòu)，其具有以下特點(diǎn)：第一，框架剪力墻的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。框架剪力墻所具有的機(jī)構(gòu)體系相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)說存在一定的差異性，其本身并非是單一的結(jié)構(gòu)形式，而是將兩種結(jié)構(gòu)組合起來(lái)形成的，這種結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)為，當(dāng)水平外力作用不一致的時(shí)候，框架將會(huì)受到更大的作用力。因?yàn)槭褂醚有钥蚣埽趯?shí)際產(chǎn)生側(cè)力的時(shí)候，框架將會(huì)出現(xiàn)一定程度的變形現(xiàn)象，在這種情況下整體結(jié)構(gòu)的形狀基本上與一把剪刀相類似，該結(jié)構(gòu)體系在樓層不斷升高的過程中，樓層間的相對(duì)位移量將會(huì)呈現(xiàn)出減小的特點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)起到一定的穩(wěn)定作用。第二，框架剪力墻的抗震性能，框架剪力墻具有相對(duì)較強(qiáng)的抗震性能，對(duì)于高層建筑物來(lái)說，其所具有的抗震性能體系，應(yīng)當(dāng)可以充分滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)。在地震震級(jí)相對(duì)較小的情況下，建筑物應(yīng)當(dāng)不存在較為突出的損害，仍然能夠進(jìn)行正常使用。而當(dāng)?shù)卣鹫鸺?jí)為中級(jí)的時(shí)候，則應(yīng)當(dāng)能夠保障在對(duì)其進(jìn)行修繕之后可以恢復(fù)到最初的水平。當(dāng)?shù)卣鹩兄^大的震級(jí)的時(shí)候，需要確保建筑物本身不會(huì)面臨較為嚴(yán)重的塌陷危害等。通常情況下來(lái)說，地震所對(duì)于建筑物造成的危害有著多方向性的特點(diǎn)，而框架剪力墻能夠在建筑物的四周實(shí)現(xiàn)均勻的分布，可以起到有效抵抗水平荷載的效果，切實(shí)提升機(jī)構(gòu)整體的承載能力，最終實(shí)現(xiàn)建筑物抗震性能的優(yōu)化提升。

2 裝配式建筑剪力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 調(diào)整樓層位移與層高比例

如果樓層所在區(qū)域容易發(fā)生地震，則需要按照最大樓層的位移標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行層高比例的調(diào)整，以此降低地震產(chǎn)生時(shí)對(duì)高層建筑物的影響。工程方要確保剪力墻結(jié)構(gòu)的整體變形彎曲力，并將扭曲變形和剪力變形作為工程建設(shè)時(shí)的主要考慮因素，在施工時(shí)，不僅要增加建筑構(gòu)件數(shù)量以此來(lái)增加剪力墻的豎向承受力，還要加強(qiáng)相關(guān)構(gòu)件的位置分布減少建筑扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的形變，確保樓層位移不會(huì)由于樓層扭轉(zhuǎn)變形發(fā)生較大的位移偏差[1]。此外，樓層間的位移是無(wú)法確定剪力墻豎向荷載強(qiáng)度的，因此，要在設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)建筑縱向的剛性強(qiáng)度和承受力，降低樓層間位移產(chǎn)生的可能性。

2.2 調(diào)整剪力墻的連續(xù)超限

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的連續(xù)跨高會(huì)使相應(yīng)彎曲力矩以及剪力強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，從而導(dǎo)致建筑物容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂和居住風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)居民的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。因此剪力墻的結(jié)構(gòu)跨度比必須大于2.5，確保剪力墻具備良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不會(huì)受意外因素的影響，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞的情況。工程方要按照相關(guān)部門的規(guī)定選擇合適的跨度比，在減小彎曲力矩的同時(shí)也要保證剪力值符合建筑安全需求，使整個(gè)剪力墻的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)科學(xué)、合理、有效。此外，由于我國(guó)規(guī)定如果跨度比小于5時(shí)，連續(xù)梁是不允許被拆除的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)提高設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的精確性，還能夠大大減少后期維修、更改的必要性，以此降低施工過程不必要的成本支出，使工程的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高。

3 裝配式建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用路徑

3.1 對(duì)剪力墻位置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，布置墻體位置以及布置墻體的方式都非常重要，在建筑設(shè)計(jì)中位于基礎(chǔ)位置，同樣是保障建筑工程安全性的重中之重。對(duì)剪力墻設(shè)計(jì)工作來(lái)說，工作人員需要完成的任務(wù)主要有以下幾方面：第一，明確建筑結(jié)構(gòu)主軸位置，之后把剪力墻位置設(shè)置于主軸方向，而且要在主軸的基礎(chǔ)上輔助其他方向，對(duì)雙剪力墻形式進(jìn)行設(shè)置，以此達(dá)到各個(gè)方向剪力墻之間的銜接目的，為建筑內(nèi)部空間的合理程度提供保障。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作需要保障建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，禁止對(duì)單項(xiàng)放置設(shè)計(jì)這一模式進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)剪力墻設(shè)計(jì)來(lái)說，應(yīng)該從兩方面來(lái)分析其性能控制，確保剪力墻各個(gè)方向墻體在振動(dòng)周期以及振動(dòng)頻率方面具有相似性，這樣做對(duì)維持墻體內(nèi)部的平衡很有幫助，可以為墻體內(nèi)部的穩(wěn)定提供保障。第二，對(duì)剪力墻的截面設(shè)計(jì)來(lái)說，應(yīng)該把規(guī)范性以及簡(jiǎn)易性當(dāng)作基礎(chǔ)，對(duì)剪力墻來(lái)說，其側(cè)體抗壓能力和內(nèi)部穩(wěn)定能力要遠(yuǎn)大于建筑體的側(cè)體抗壓能力和內(nèi)部穩(wěn)定能力，對(duì)此，能夠利用剪力墻在承載方面的能力使建筑負(fù)荷得到減輕，使應(yīng)用剪力墻的效果得到充分發(fā)揮[2]。應(yīng)用剪力墻不但可以使建筑承載力得到提升，而且可以使修筑墻體空間得到減少，可以擴(kuò)大建筑的結(jié)構(gòu)空間。在對(duì)建筑剪力墻進(jìn)行布置的過程中，為保障間距的合理性，剪力墻分布禁止過于密集，避免發(fā)生受力不夠均勻的問題。對(duì)剪力墻截面設(shè)計(jì)來(lái)說，應(yīng)該嚴(yán)格依據(jù)由下至上順序設(shè)計(jì)，之所以要采用此種方式設(shè)計(jì)，是因?yàn)檫@樣做可以緩解其側(cè)墻體壓力。對(duì)于剪力墻的布置設(shè)計(jì)來(lái)說，應(yīng)該依據(jù)墻體高度的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)縮減厚度，還應(yīng)該對(duì)混凝土等級(jí)進(jìn)行綜合考量。能夠按照工程項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)，利用減少墻肢方式來(lái)提高其側(cè)面高度。不過如果所在區(qū)域極易出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，在此情況下，假如剪力墻高度太高，在地震發(fā)生之后，剪力墻會(huì)因此出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。除此之外，假如剪力墻的高度太低，也會(huì)有一定的概率使墻體太過脆弱。所以對(duì)地震多發(fā)的區(qū)域來(lái)說，高度設(shè)計(jì)工作是剪力墻設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，需要為其承載力以及穩(wěn)定性提供保障。與此同時(shí)，相關(guān)人員在對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該先研究工程剪力墻在受力方面的狀況，確保設(shè)計(jì)的剪力墻位置與孔洞位置的科學(xué)性，確保剪力墻設(shè)計(jì)滿足力學(xué)特征。對(duì)孔洞設(shè)計(jì)來(lái)說，全部孔洞均須對(duì)齊，而且需要確保孔洞之間存在對(duì)應(yīng)連接點(diǎn)。確保剪力墻全部孔洞均可以均勻受力，在此前提下可以符合施工原理。

3.2 對(duì)剪力墻彎矩進(jìn)行科學(xué)控制

對(duì)建筑工程來(lái)說，其剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該依據(jù)具體的工作需求來(lái)分析剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻特點(diǎn)。雖然剪力墻抗壓能力和承載力都很強(qiáng)，不過平面之外的承載能力相對(duì)很弱。使得剪力墻的連接部位有一定的概率會(huì)因?yàn)橥獠康某休d力較差而讓墻體發(fā)生彎矩，此問題對(duì)剪力墻來(lái)說非常常見。對(duì)此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在設(shè)計(jì)剪力墻的過程中對(duì)彎矩進(jìn)行有效控制。能夠在剪力墻連接部位進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其擁有可以和剪力墻外側(cè)相連的結(jié)構(gòu)。在實(shí)際操作中能夠先對(duì)梁軸線位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)軸線位置、軸線方向、剪力墻方向?qū)澗剡M(jìn)行合理計(jì)算，以此為設(shè)計(jì)的科學(xué)性提供保障。此外，應(yīng)該設(shè)計(jì)好扶壁柱，對(duì)扶壁柱進(jìn)行合理設(shè)計(jì)能夠使剪力墻強(qiáng)度與剪力墻剛度得到大幅提升，從而為剪力墻的質(zhì)量提供保障。假如在對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中發(fā)生扶壁柱設(shè)計(jì)方面的問題，應(yīng)該盡快對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，假如不能更改，應(yīng)該馬上使用相應(yīng)的改善措施，能夠利用設(shè)計(jì)暗樁的方式來(lái)預(yù)估與計(jì)算配筋，對(duì)彎矩進(jìn)行有效控制。與此同時(shí)，可設(shè)計(jì)讓梁端變得更加穩(wěn)定的構(gòu)件來(lái)控制彎矩[3]。

3.3 處理好剪力墻延伸

對(duì)建筑剪力墻的設(shè)計(jì)工作來(lái)說，應(yīng)該對(duì)其可延伸問題進(jìn)行綜合考量，使用科學(xué)方法與科學(xué)手段對(duì)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，確保剪力墻的延伸能力可以滿足需求。由于剪力墻本身帶有延伸性特點(diǎn)，而要想使其延伸功能得到充分發(fā)揮，應(yīng)該使用有效手段來(lái)提升其靈活性以及耐久性。此外，在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)該確定建筑物在承載方面的要求，以為設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性提供保障[3]。

3.4 使剪力墻性能得到提升

通常來(lái)說，建筑的可使用時(shí)間都很長(zhǎng)，所以剪力墻的作用需要發(fā)揮很長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)為其強(qiáng)度與性能提供保障，而且應(yīng)該在墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中著重強(qiáng)化對(duì)于剪力墻的設(shè)計(jì)，確保可以滿足施工需求，避免剪力墻結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用時(shí)發(fā)生質(zhì)量問題。對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說，應(yīng)該全面分析使墻體受到影響的要素，這樣做能夠更好地預(yù)防墻體在使用過程中的風(fēng)險(xiǎn)，使剪力墻結(jié)構(gòu)的作用得到充分展現(xiàn)。對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)而言，其性能和強(qiáng)度極易被配筋率影響，所以應(yīng)該研究其縱向配筋率，在科學(xué)計(jì)算與科學(xué)設(shè)計(jì)之后，能夠?yàn)槠浞€(wěn)定性及安全性提供保障。此外，相關(guān)人員應(yīng)該完成好設(shè)計(jì)與控制剪力墻的邊緣部位的工作，依據(jù)施工剪力墻的要求來(lái)設(shè)計(jì)墻體邊緣，使剪力墻質(zhì)量得到提升，從而使建筑工程可以更加健康地發(fā)展。

3.5 對(duì)剪力墻的厚度進(jìn)行合理控制

對(duì)建筑墻體設(shè)計(jì)來(lái)說，應(yīng)該確保其厚度可以符合建筑要求，使剪力墻的承載力得到提高，對(duì)墻體結(jié)構(gòu)的損壞問題進(jìn)行有效預(yù)防，達(dá)到延長(zhǎng)剪力墻墻體的使用時(shí)間目的，而且需要重點(diǎn)關(guān)注剪力墻的安全。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)該保證剪力墻的厚度可以符合規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)實(shí)際施工的狀況，能夠把部分構(gòu)件安置于剪力墻，使剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可以滿足建筑規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3.6 做好對(duì)設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)工作

對(duì)設(shè)計(jì)剪力墻的工作人員來(lái)說，他們的能力與素質(zhì)會(huì)對(duì)剪力墻質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，出于使剪力墻質(zhì)量得到提升的目的和保障剪力墻穩(wěn)定性的目的，應(yīng)該強(qiáng)化對(duì)工作人員的培訓(xùn)，確保他們擁有足夠的專業(yè)能力，而且可以依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況設(shè)計(jì)剪力墻，為其合理性提供保障。第一，企業(yè)在對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行招聘時(shí)應(yīng)該審核和考核好他們的資質(zhì)和設(shè)計(jì)能力，分析其工作理念和核心素質(zhì)，選用更加出色的設(shè)計(jì)人員。第二，對(duì)企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)人員進(jìn)行培訓(xùn)，確保每位設(shè)計(jì)人員均可以對(duì)剪力墻設(shè)計(jì)的理論知識(shí)及關(guān)于剪力墻設(shè)計(jì)的技術(shù)能力進(jìn)行掌握。第三，在管理設(shè)計(jì)人員時(shí)應(yīng)該對(duì)責(zé)任制度進(jìn)行落實(shí)，結(jié)合設(shè)計(jì)人員的工作質(zhì)量和福利，確定設(shè)計(jì)人員各自的工作內(nèi)容與責(zé)任，如果工作中發(fā)生問題能夠及時(shí)追責(zé)，監(jiān)督工作人員的整改工作，保障剪力墻設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著人們要求的逐漸嚴(yán)格，以往的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已無(wú)法符合如今社會(huì)發(fā)展的需要。因此，在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程中，應(yīng)該從多個(gè)角度進(jìn)行考量，不但需要提高建筑的穩(wěn)定性，而且應(yīng)該對(duì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)多加利用，使建筑設(shè)計(jì)可以符合人們?cè)诰幼》矫娴囊蟆?duì)此，有關(guān)人員應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行研究，依據(jù)實(shí)際的工作需要，使剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)得到更好的發(fā)揮，以提高建筑的質(zhì)量。