毛祖陽

（重慶市　400000）

建筑結(jié)構(gòu)設計中剪力墻結(jié)構(gòu)設計的應用分析

毛祖陽

（重慶市400000）

隨著我國城鎮(zhèn)化進程加快，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應用，對增強剪力墻結(jié)構(gòu)安全性、抗震性具有積極作用，對此設計人員需要考慮剪力墻的結(jié)構(gòu)問題，制定科學的剪力墻結(jié)構(gòu)設計方案，結(jié)合建筑工程的實際條件，對此充分做好現(xiàn)場的勘察設計準備工作，保證建筑物整體的設計水平，最終推動我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)構(gòu)設計；剪力墻結(jié)構(gòu)；設計應用

引言

剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑的主要承載部分，并且還是承擔地震、風等傳遞水平載荷導致的軸力、剪力以及彎矩等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，同時也是建筑的分隔墻和圍護墻，所以在布置剪力墻的過程中，應該滿足建筑物的結(jié)構(gòu)布局和平面布局，剪力墻結(jié)構(gòu)的開間相對較小，高層建筑的樓層蓋板通常選用現(xiàn)澆的混凝土結(jié)構(gòu)平板，這樣，其空間結(jié)構(gòu)的利用率更高，能夠有效節(jié)約建筑的層高。剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性和空間作用都非常好，并且具有很強的承載性能和抗側(cè)力性能，因此，許多高層建筑都采用剪力墻結(jié)構(gòu)。但是，剪力墻結(jié)構(gòu)也具有許多缺點，例如建筑物的布置方案相對固定、不靈活，空間間距有很大的限制，不適合空間較大的建筑，而適用于高層的小空間建筑以及住宅等。

1　工程概況

本文以某高層建筑為例，該高層建筑總共16層，還有2層地下室，總建筑面積為1.075×105m2，地下室主要用于物業(yè)辦公以及車庫，地上首層為商業(yè)層，層高為3.5m，其余為住宅，層高均為2.85m，該高層建筑的建筑類別為丙類。該高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)的參數(shù)表現(xiàn)為：地下層以及1層的剪力墻厚度為250mm，2層以及2層以上的外墻為200mm，內(nèi)墻為200mm。

2　高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設計

高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設計方案多種多樣，在選擇高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案時，應該選擇正確的建筑結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)件需要的材料。層數(shù)低于20層時，通常采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)方案。該種結(jié)構(gòu)設計方案的水平地震剪力、周期和位移等都能夠被控制在合理的范圍內(nèi)，并采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，合理地將鋼筋混凝土墻置換成砌體或者磚墻，這樣不僅能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度，減輕結(jié)構(gòu)的自重，還能夠有效降低工程成本。對于層數(shù)超過20層的建筑，如果采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)較軟，結(jié)構(gòu)頂點位移以及層間位移就不能夠滿足相關的設計要求，并且剪力系數(shù)較低，影響建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，因此，采用全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)方案，當結(jié)構(gòu)剛度計算值偏大時，可以在較大的墻肢上增設結(jié)構(gòu)洞，并將窗臺改設為磚或者砌體等進行微調(diào)，這樣能夠增加結(jié)構(gòu)的延性，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。同時確保剪力墻結(jié)構(gòu)的延性是設計剪力墻結(jié)構(gòu)的關鍵。本工程中若要是避免脆性的剪切破壞，可將剪力墻設計成高寬比大于3的細高剪力墻結(jié)構(gòu)。但有時由于墻體本身長度很大，要想保證比值大于3，就可以采用開洞的方法將其變?yōu)榫鶆虻倪B肢體墻，而其洞口采用約束彎矩比較小的弱連梁的效果較好。另一方面是剪力墻墻肢的厚度，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》規(guī)定了剪力墻的最小厚度，以保證剪力墻出平面的剛度和穩(wěn)定性。住宅建筑填充墻厚一般為200mm，相應剪力墻墻厚也取為200mm。對于無地下室的高層建筑，為避免發(fā)生墻厚大于填充厚度的情況，在布置剪力墻時，應結(jié)合建筑平面，盡量避免使用一字形剪力墻，而采用L、T、Z、十字形等截面形式。

3　剪力墻結(jié)構(gòu)設計原則

設計人員在進行剪力墻設計中，首先結(jié)合設計規(guī)范具體要求對結(jié)構(gòu)的合理性進行考量，在結(jié)構(gòu)設計過程中，設計人員從技術層面應滿足下列原則，從而能夠推動剪力墻設計科學化、規(guī)范化，應當選擇合理的結(jié)構(gòu)設計方案，結(jié)合地理位置、功能需求、施工因素與材料等，最終決定最合理的結(jié)構(gòu)設計方案。

調(diào)整層間最小剪力系數(shù)：

設計人員為了控制剪力墻結(jié)構(gòu)自重，避免地震出現(xiàn)，盡量少布置剪力墻，但基于一個前提是要求在規(guī)定的水平地震作用下，短肢剪力墻承擔的底部傾覆力矩不宜大于結(jié)構(gòu)底部總傾覆力矩的50%，設計人員可擴大剪力墻開間，增加剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，保證層間最小剪力系數(shù)滿足規(guī)范要求，從而能夠控制建筑工程成本支出。

原設計方案中，其剪力墻結(jié)構(gòu)在X方向的最大層間位移角為1/2376，Y方向的最大位移角為1/1623，通過對剪力墻結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計之后，剪力墻結(jié)構(gòu)在X方向的最大層間位移角降低至1/1901，Y方向的最大位移角降低至1/1417，經(jīng)過優(yōu)化設計之后，不但提高了高層剪力墻結(jié)構(gòu)以及整體建筑的穩(wěn)定性，還節(jié)約了大量的梁、板、墻等的鋼筋以及混凝土的用量，顯著地降低了建筑成本，具有非常好的經(jīng)濟性。層間扭轉(zhuǎn)與剪切變形是高層建筑結(jié)構(gòu)設計的重點，其中剪切變形主要根據(jù)豎向構(gòu)件數(shù)量來判斷的，如某建筑豎向構(gòu)件布置過多，必然增大剪重比，造成結(jié)構(gòu)設計不合理，扭轉(zhuǎn)變形加大，且無法滿足樓層間位移要求，對此，在建筑物中應盡量減少扭轉(zhuǎn)變形，而不能單靠增加豎向構(gòu)件的剛度來調(diào)整樓層之間的位移。

4　剪力墻厚度與墻肢長度確定

4.1剪力墻厚度

根據(jù)抗震規(guī)范規(guī)定要求，當高層建筑抗震等級為一、二級抗震設計人員需要對剪力墻底部進行加強，其墻厚應大于200mm，而且大于高層建筑層高1/16，對于非加強區(qū)域墻厚不得低于160mm，在進行剪力墻設計過程中，設計人員如遇特殊情況，應對高層建筑展開概念設計分析，積極控制與調(diào)整墻肢軸壓的數(shù)值，確保高層建筑的連續(xù)性，確保剪力墻結(jié)構(gòu)設計滿足規(guī)范要求。

4.2墻肢長度

在設計過程中，設計人員對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)長度有著明確控制，墻肢長度一般低于8m，因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設計過程中設計人員應保證剪力墻體系延性，為了消除剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞，可把剪力墻的高寬比大于3，增強剪力墻的延性，在地震作用下使其發(fā)生彎曲破壞，在以往設計過程中筆者發(fā)現(xiàn)墻體過長，為了確保墻體的高寬比值大于3，可通過開設洞口等措施將長墻分割成具有均勻性肢墻，對于洞口筆者認為選擇彎矩比偏小的連梁。

5　剪力墻結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化措施

5.1加強大墻肢的結(jié)構(gòu)處理

在設計過程中筆者發(fā)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)由于本身具有延伸性要求，對此在實際施工過程中也應具備其延展性能，設計人員應重視剪力墻結(jié)構(gòu)整體性工作，剪力墻在實際破壞中以彎曲破壞為主，極易造成脆性破壞，這對結(jié)構(gòu)的抗震極為不利。針對這種情況設計人員對于墻肢較長的剪力墻設計不僅滿足承載力要求還需進行分層設計，將其分割成為均勻單元，對于較短墻肢在受彎條件下出現(xiàn)裂縫較小，從而能夠有效發(fā)揮墻體配筋作用，為消除這些不利現(xiàn)象出現(xiàn)，對于墻肢長度超過8m可選擇下列處理措施：①開設施工洞，在施工過程中需對墻體孔洞預留，同時對預留孔洞需布置填充墻，這樣能夠?qū)㈤L墻肢隔成短墻肢。②開設計算洞，設計人員主要在結(jié)構(gòu)計算時假設其有洞，但在實際施工過程中仍為混凝土墻，這種計算洞的開設，能夠發(fā)揮墻肢配筋性能。

5.2加強剪力墻結(jié)構(gòu)均衡設計

在高層剪力墻建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，設計人員應當采取恰當優(yōu)化措施實現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力均衡，不僅能夠提高剪力墻結(jié)構(gòu)安全度，還能夠控制工程的投資造價，設計人員根據(jù)剪力墻的平面布置情況能夠真正實現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化，根據(jù)施工現(xiàn)場條件，制定正確的剪力墻設計方案，設計人員加強剪力墻施工質(zhì)量的督查，制定科學的施工管理機制，強化施工管理人員的安全意識，要求其按照操作流程與設計圖紙進行施工作業(yè)。

6　結(jié)束語

總之，當高層剪力墻的設計存在缺陷時，將會嚴重影響到剪力墻結(jié)構(gòu)和整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，因此，高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計已經(jīng)成為當今社會關注的焦點。通過分析高層建筑的實際狀況，并根據(jù)相關的規(guī)定對高層剪力結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，不僅能夠顯著地提高高層剪力墻結(jié)構(gòu)和整個建筑的穩(wěn)定性，還能夠顯著地降低工程成本，對促進我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展具有非常重要的作用。

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TU318

A

1673-0038（2015）12-0031-02

2015-3-8

毛祖陽（1982-），男，助理工程師，大學本科，主要從事民用建筑結(jié)構(gòu)設計方面的工作。