賴偉科（東源縣建筑設(shè)計院，廣東　河源　517500）

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剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析

賴偉科（東源縣建筑設(shè)計院，廣東河源517500）

剪力墻又被稱為結(jié)構(gòu)墻或抗震墻，主要是在建筑整體結(jié)構(gòu)中承受震動作用或水平力量的墻體，具有良好的抗震性能，由于剪力墻性能優(yōu)良，因此被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計中。對此，本文首先介紹對剪力墻的結(jié)構(gòu)和種類進(jìn)行了介紹，然后對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探究，以期促進(jìn)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的推廣。

剪力墻；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用

1　引言

隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對高質(zhì)量居住和辦公環(huán)境要求越來越高。針對這些實際要求，剪力墻及其結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效保障建筑物的安全性和質(zhì)量要求，提升建筑質(zhì)量，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。

2　剪力墻結(jié)構(gòu)概述

2.1剪力墻概念

剪力墻是實際建筑工程中經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)墻、抗風(fēng)墻和結(jié)構(gòu)墻。剪力墻可有效承受風(fēng)或地震等導(dǎo)致的相關(guān)荷載，保障建筑物安全性和剛度的墻體，剪力墻優(yōu)點在于良好的抗震性和剛度。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，墻體的長度和高度應(yīng)相對較大，而寬度則相對較小，并采用鋼筋混凝體整體澆筑方法。建筑設(shè)計方和施工方為滿足人們對居住住房和辦公樓的安全穩(wěn)定性要求，已經(jīng)在建筑設(shè)計和施工過程中廣泛的使用剪力墻，以提高和優(yōu)化其整體建筑物的建筑施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)點：剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性和整體性，能夠提高建筑物的承載能力；側(cè)向剛度較大，對建筑物水平方向的荷載有較好的限制作用，適合高層建筑；無外露梁柱和構(gòu)件，不會影響建筑內(nèi)部空間美觀和功能的分布。

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用缺點：剪力墻雖然穩(wěn)定性好，承載力佳，但對建筑的類別限制較大，因其承重原理是靠墻體和樓板形成的受力系統(tǒng)，且一旦建成就不易拆除，在空間上更是宜小不宜大，所以對于住宅和賓館等空間間隔不大的居住類建筑，比較適用剪力墻結(jié)構(gòu)。除此之外，剪力墻對鋼材的消耗也較大，在經(jīng)濟性上不具備優(yōu)勢。

2.2剪力墻種類

許多剪力墻為滿足功能和使用要求，要在墻體上設(shè)置洞口，這就會影響到剪力墻的承載力，因此，剪力墻結(jié)構(gòu)以此為分類依據(jù)，主要有：

（1）實體墻。當(dāng)剪力墻上沒有洞口或所開的洞口在墻體面積15%的范圍內(nèi)時，對該墻體的荷載承受能力影響較小，仍具有較好的穩(wěn)定性，不會有異常情況發(fā)生，屬于實體墻。

（2）小開口整體剪力墻。當(dāng)剪力墻上所開的洞口面積超過整面墻體面積的15%時，從受力圖中能看出本應(yīng)在洞口處呈直線狀的正應(yīng)力已經(jīng)變成在洞口兩側(cè)，此種情形雖然不會使剪力墻產(chǎn)生異常情況，但是在連梁處有反彎現(xiàn)象。

（3）聯(lián)肢剪力墻。剪力墻上的洞口開的過大，或者過多以至于墻體的整體性已經(jīng)被破壞，此時墻體截面的正應(yīng)力分布不再是規(guī)律的直線，連梁將比它自身承受荷載能力大得多的墻肢聯(lián)系起來，形成墻肢剪力墻，其中僅一列連梁連接兩個墻肢的稱為雙肢剪力墻，一列連梁連接墻肢的稱為多肢剪力墻。

（4）壁式框架。剪力墻上洞口開得過大，剪力墻截面整體性將受到破壞，除梁柱的交接處不產(chǎn)生變形外，剪力墻此時已接近于框架的內(nèi)力分布，成為剪力墻與框架之間的一種過渡，即壁式框架。

3　剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則

剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則具體包括以下幾點：①在對剪力墻進(jìn)行設(shè)計計算時，應(yīng)該充分考慮到水平與豎直作用下的結(jié)構(gòu)整體，獲得內(nèi)力之后，還應(yīng)該根據(jù)偏拉或者偏壓對于斜截面與正截面承載力進(jìn)行驗算；②如果剪力墻與平面之外的梁相連，則會導(dǎo)致墻肢平面外彎距，對此，應(yīng)該盡量避免開平面外搭接；③剪力墻結(jié)構(gòu)為一個平面構(gòu)件，除了承受平面作用的彎矩與剪力之外，還需要承擔(dān)豎向壓力，因此，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須保證一定的剛度和承載能力，同時還應(yīng)該滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)作用下的延性；④剪力墻的高、寬尺寸相對較大，厚度較小，其受力形狀類似于柱，如果肢長與厚度的比值在3～5之間，則應(yīng)該將剪力墻形狀設(shè)計為異形柱，并采用雙向受壓構(gòu)件設(shè)計，如果比值小于3時，則應(yīng)該采用柱設(shè)計方式。

4　剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

4.1基礎(chǔ)方案設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剪力墻的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要，設(shè)計人員應(yīng)該反復(fù)研究建筑設(shè)計的整體方案，反復(fù)的論證，設(shè)計出最合適的剪力墻結(jié)構(gòu)。具體考察和研究的項目，不僅包括建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計本身，而且還包括建筑所在地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境和水文環(huán)境。

4.2承重結(jié)構(gòu)設(shè)計

對剪力墻的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于高質(zhì)量完成建設(shè)任務(wù)，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該在充分了解相關(guān)政策和施工數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行剪力墻的各個承重構(gòu)件設(shè)計，確保建筑整體質(zhì)量和承重能力。在對剪力墻承重構(gòu)件設(shè)計時，還需要對原有的技術(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級，準(zhǔn)確計算墻體的配筋率。

5　剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

5.1定位剪力墻

如果平面的布置控制工作沒有做好，則會導(dǎo)致平面不夠均勻或者對稱不接近標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，進(jìn)而造成剪力墻的結(jié)構(gòu)剛強度與力作用重合偏差較大，最終會導(dǎo)致彎矩現(xiàn)象，墻體扭矩的狀況。因此，對于剪力墻的定位，需要按照估算好的數(shù)值、劃線定位，保持平面的均勻與對稱在標(biāo)準(zhǔn)范圍，同時，內(nèi)外墻體需要直通，墻體直截而保持簡且有規(guī)則。

5.2墻面合理規(guī)劃

建筑墻體除了需要保持均勻與對稱，結(jié)構(gòu)重量與剛強度重合，墻體直通外，還需要注意墻體的主軸路線，應(yīng)當(dāng)考慮到主軸雙向與多向性。從抗震功能的角度思考時，如果剪力墻抗震動力度大時，就墻體的剛韌性有所降低，兩者應(yīng)當(dāng)控制在合理的數(shù)值范圍，避免相互制約的現(xiàn)象，其中剪力墻側(cè)向剛度的數(shù)據(jù)可以用T=（0.05-0.06）×n的公式來推算出，公式中的n表示約力墻結(jié)構(gòu)的層數(shù)。在是施工過程中，還需要考慮到的就是剪力墻的施工工期、材料耗費等投入的成本問題一級施工過程中存在的安全隱患問題等，規(guī)劃好各個方面，從而對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)構(gòu)建。

5.3控制墻體配筋中的應(yīng)用

剪力墻結(jié)構(gòu)有耗鋼量大的特性，而且在我國，這種建筑結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中應(yīng)用較廣，合理控制配筋量可以在資源和經(jīng)濟上都有很好的節(jié)約作用。在具體控制方法上，比較常見的是滿足規(guī)范配筋最小值的前提下，將水平鋼筋外側(cè)、豎向鋼筋內(nèi)側(cè)布置。迎水面保護(hù)層在采用雙向鋼筋網(wǎng)片時，可以很大程度上減少配筋量，其厚度可降為30mm。

5.4短肢剪力墻的應(yīng)用

短肢剪力墻在《高規(guī)》中有明確規(guī)定：指截面厚度不大于300mm，各肢橫截面的高度與厚度之比應(yīng)在4～8之間的剪力墻。短肢剪力墻的應(yīng)用越來越廣泛，與長肢剪力墻相比，它的肢厚比更小，這種改進(jìn)對于住宅建筑來說，更有利于空間的排布，室內(nèi)的布局及二次設(shè)計中受到的結(jié)構(gòu)限制也大大減小。

雖然短肢剪力墻在靈活性和自由度上較長肢剪力墻更具優(yōu)越性，但是與長肢剪力墻相比，短肢剪力墻仍存在許多待解決和待提高的問題，比如它會使整個建筑結(jié)構(gòu)的受力能力和承載力降低。雖然有過關(guān)于短肢剪力墻對結(jié)構(gòu)受力性能影響大小的測試，其結(jié)果表明短肢剪力墻對結(jié)構(gòu)受力的影響性較小，但在高層建筑的結(jié)構(gòu)中仍不應(yīng)選用全部為短肢剪力墻的布置形式。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)布置中，短肢剪力墻的數(shù)量較多時，應(yīng)布置成筒體或者是一般剪力墻，通過這種方法使短肢剪力墻與筒體或一般剪力墻形成整體，共同抵抗水平力作用的剪力墻結(jié)構(gòu)。

5.5約束邊緣構(gòu)件

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，約束剪力墻邊緣構(gòu)件對其進(jìn)行處理可以使剪力墻在相同條件下發(fā)揮更大的作用。由約束邊緣構(gòu)件和無約束邊緣構(gòu)件這兩種方式構(gòu)成了剪力墻的約束邊緣構(gòu)件處理，各有優(yōu)缺點，綜合比較來看，無約束邊緣構(gòu)件在建筑承載力上有更好的表現(xiàn)，而有約束邊緣構(gòu)件則在抗震性和穩(wěn)定性上優(yōu)于無約束邊緣構(gòu)件，所以應(yīng)按具體項目具體需要進(jìn)行選擇。力墻結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件最大的壓軸比如表1所示。

表1　剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件的最大平均軸壓比

6　結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑的發(fā)展越來越快，剪力墻的應(yīng)用則更加具有普遍性，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，完善剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用至關(guān)重要。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中，不僅需要創(chuàng)新設(shè)計方式，而還應(yīng)該吸收國外的成功經(jīng)驗，推動我國建筑工程設(shè)計水平的提高。

［1］張 雷.淺談剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的有效應(yīng)用策略［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015（18）：56～57.

［2］黃 河.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用對策［J］.山西建筑，2015（18）：42～43.

［3］李 磊.探討剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用［J］.建筑·建材·裝飾，2015（13）：71.

賴偉科（1980-），男，工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

TU398.2

A

2095-2066（2016）11-0096-02

2016-3-8