邢 華

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及其應(yīng)用實(shí)踐

邢 華

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

依據(jù)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，對(duì)剪力墻尺寸與外形設(shè)計(jì)、連梁設(shè)計(jì)、大墻肢優(yōu)化處理、邊緣構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)等進(jìn)行了研究，分析了各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，為確保建筑工程的質(zhì)量提供了條件。

剪力墻，結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，建筑

建筑工程的順利施工是以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更是整項(xiàng)工程的重點(diǎn)工作內(nèi)容，且在一定程度上保證著建筑結(jié)構(gòu)的耐久性、實(shí)用性和安全性。隨著經(jīng)濟(jì)水平的增高，近年來人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著更高的要求，而剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能、安穩(wěn)性等優(yōu)勢，是多層或高層建筑設(shè)計(jì)的必然選擇，剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體性、耐久性等方面的提高有著促進(jìn)作用，剪力墻別稱結(jié)構(gòu)墻、抗風(fēng)墻或抗震墻，是構(gòu)筑物內(nèi)主要承受地震作用或風(fēng)載荷引起的水平載荷的一種墻體。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)顯著，被廣泛應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)方面，特別是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為常見。但由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及形式不同，對(duì)剪力墻的各種要求也具有差異性，因此，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)遵循建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，再結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)作為參考進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員務(wù)必要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，并且在設(shè)計(jì)過程中要嚴(yán)格執(zhí)行這些設(shè)計(jì)原則。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，首先需注意墻寬與墻高問題，通常在設(shè)計(jì)中墻面過大，而厚度過小往往最易發(fā)生，這種結(jié)構(gòu)將造成建筑受力問題。同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有效區(qū)分開建筑內(nèi)剪力墻與柱的作用，保證厚度與肢長間的比值，若比值小于3則設(shè)計(jì)柱，若比值大于3則才可設(shè)計(jì)剪力墻。剪力墻設(shè)計(jì)要綜合考慮承受豎向和水平面的壓力。作為建筑物內(nèi)的一個(gè)平面構(gòu)件，在剪力和彎矩綜合作用下剪力墻需要承受巨大的作用力，剪力墻應(yīng)保證強(qiáng)度具有一定的延性，且能夠滿足在水平力作用下的相關(guān)要求。在使用剪力墻過程中，基于一個(gè)平面內(nèi)剪力墻所受剛度和承載力最大，因此，相對(duì)來說平面外的承載力和剛度就較小。值得注意的是，剪力墻連接平面外的梁時(shí)，在平面外墻肢一定會(huì)造成彎矩情況，故必須采取相應(yīng)的防范措施進(jìn)行防范，才可保證剪力墻平面的安全。設(shè)計(jì)剪力墻中設(shè)計(jì)方面的計(jì)算至關(guān)重要，無論是在水平力還是豎向力作用下，都應(yīng)整體分析結(jié)構(gòu)，確保設(shè)計(jì)出的墻體能夠同時(shí)承受荷載和壓力。計(jì)算剪力墻的過程中，剪力墻與寬度之間的距離是關(guān)鍵因素，設(shè)計(jì)人員需做全面充分的分析。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，就樓層間還應(yīng)考慮最小剪力系數(shù)，系數(shù)應(yīng)通過公式Vbj=V1j+βvV2j進(jìn)行計(jì)算。我國相關(guān)規(guī)定指出房屋在施工中必須降低自重，但其抗震性能更應(yīng)嚴(yán)格保證。但是就普通剪力墻結(jié)構(gòu)而言，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度相對(duì)較小，故設(shè)計(jì)時(shí)需考慮布置一定數(shù)量的長墻，或是利用電梯在樓梯間形成大剛度內(nèi)筒，一方面避免結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下發(fā)生較大變形，另一方面以便形成良好的兩道抗震設(shè)防。并以此為基礎(chǔ)，采取大開間處理剪力墻，增加剪力墻側(cè)向剛度，工程成本支出控制方可體現(xiàn)合理性。最后，嚴(yán)格控制剪力墻結(jié)構(gòu)的數(shù)量，民用建筑最多4個(gè)，政府類及其他需4個(gè)以上，若是剪力墻數(shù)量安排過多，易導(dǎo)致其真正作用難以發(fā)揮，超出工程成本支出，故在數(shù)量選擇上必須根據(jù)工程實(shí)際，并全面分析建筑自重和短肢剪力墻剛度，將剪力系數(shù)控制到最小，進(jìn)而合理控制剪力墻的數(shù)量。

2 建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用

2.1 把握剪力墻尺寸與外形

把握剪力墻尺寸及外形，能促進(jìn)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和比例的最優(yōu)化。由于一般墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無論是豎直方向還是水平方向的剛度和荷載分布皆不相同，其墻肢截面高度必須保障為墻厚的8倍多，方能最大限度滿足剪力墻荷載傳遞要求。剪力墻結(jié)構(gòu)欲保障最大的穩(wěn)定性，外形設(shè)計(jì)選用T形或L形最佳，其主要在于這兩種方案中任意一種，皆可實(shí)現(xiàn)墻體重量的有效減輕，減小剪力墻結(jié)構(gòu)的外形體積，促進(jìn)剪力墻側(cè)向剛度的提升，并且還可更好的控制建筑工程項(xiàng)目的成本。但在剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中需注意，剪力墻兩個(gè)方向中至少要保證其中之一符合標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)也不能過短，兩者差額最起碼應(yīng)控制在1 m以內(nèi)，進(jìn)而避免出現(xiàn)配筋現(xiàn)象。

2.2 優(yōu)化剪力墻連梁設(shè)計(jì)

剪力墻連梁即墻肢與墻肢間相互連接的梁，墻肢受壓一旦發(fā)生變形或超筋問題，建筑質(zhì)量與有效壽命將受到極大影響。優(yōu)化剪力墻連梁設(shè)計(jì)主要有三方面：1)剪力墻連梁應(yīng)適當(dāng)降低高度，其高度需根據(jù)建筑工程實(shí)際控制在一定范圍內(nèi)，以防由于尺寸問題導(dǎo)致連梁剪切發(fā)生變形現(xiàn)象。2)剪力墻結(jié)構(gòu)塑性嚴(yán)格控制，適當(dāng)調(diào)整剪力墻連梁彎矩的抗震設(shè)計(jì)。3)若在可控制范圍內(nèi)荷載過量產(chǎn)生影響時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確把握連梁受力情況，即通過反復(fù)計(jì)算連梁受力情況，并根據(jù)不同程度實(shí)施與之相應(yīng)的對(duì)策。此外，一旦出現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)超筋或位移問題，施工單位必須采取行之有效的措施，將其嚴(yán)格控制在施工規(guī)范要求范圍內(nèi)，同時(shí)，連梁問題可利用鉸接方式進(jìn)行處理。

2.3 剪力墻大墻肢優(yōu)化處理

優(yōu)化剪力墻設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于保證剪力墻良好的延展性，也是優(yōu)化其設(shè)計(jì)的重要工作內(nèi)容之一，由于剪力墻結(jié)構(gòu)比較特殊，寬與高相比小于2，其柱體呈細(xì)高狀，所以，要確保剪力墻剪切破壞程度降低，剪力墻還應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢鸂?。剪力墻需保證足夠高的高度，首先應(yīng)執(zhí)行均勻分段工作，再利用開洞技術(shù)將完整剪力墻分為獨(dú)立小墻段，保證剪力墻在彎曲過程中能夠有效減少裂縫，進(jìn)而發(fā)揮出剪力墻支撐的作用。若剪力墻結(jié)構(gòu)高于8 m，有可能在地震時(shí)受巨大剪力作用，而導(dǎo)致大墻肢損傷。故可利用計(jì)算洞或施工洞方式處理超過8 m的大墻肢設(shè)計(jì)，當(dāng)工程竣工后，坑洞必須利用混凝土結(jié)構(gòu)砌體填補(bǔ)。

2.4 剪力墻邊緣構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì)主要包括兩種方法，約束構(gòu)造邊緣構(gòu)件和約束邊緣構(gòu)造，在具體應(yīng)用中這兩種方法區(qū)別較大，但最終目的都是保證剪力墻邊緣構(gòu)件的合理性。實(shí)質(zhì)上，約束邊緣構(gòu)件就是指依據(jù)施工規(guī)范相關(guān)要求，明確剪力墻墻肢長度和箍筋配箍的特征值，但要注意縱向鋼筋范圍必須大于規(guī)定要求的陰影面積。約束邊緣構(gòu)件主要是針對(duì)暗柱、端柱、翼墻等，通常由于剪力墻剛度較小易導(dǎo)致層間位移，故為避免這一現(xiàn)象，則需要通過搭建相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束。同時(shí)，根據(jù)建筑工程項(xiàng)目施工特點(diǎn)，還可適當(dāng)增加暗柱和端柱的截面尺寸和配筋，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)的目的。

3 結(jié)語

在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，不僅要遵循各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求和原則，更應(yīng)立足于實(shí)際設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，保證各樓層間的穩(wěn)定性，促使整個(gè)建筑工程更加穩(wěn)定，以便有效提高建筑工程整體的抗震抗災(zāi)強(qiáng)度，在面臨災(zāi)難之時(shí)確保建筑物的安全，給使用者提供更可靠的安全保障，滿足社會(huì)發(fā)展實(shí)際需求，為構(gòu)建和諧社會(huì)做出卓越貢獻(xiàn)。

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On design ideas for architectural shearing structures and application

Xing Hua

(ShanxiAcademyofArchitecturalDesign,Taiyuan030001,China)

According to the design principle for the architectural shearing wall structures, researches the shearing wall sizes and outline design, coupling beam design, optimal treatment of large wall column, and optimal design for edge members, and analyzes the key techniques in different steps, so as to ensure the quality of the architectural projects.

shearing wall, structure, optimal design, architecture

2015-06-29

邢 華(1980- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)25-0056-02

TU318

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