王慶曉

（太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002）

0 引言

近年來(lái)，建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式之一就是剪力墻結(jié)構(gòu)，原因在于該種結(jié)構(gòu)利于建筑綜合性能的大幅提提升。但從當(dāng)下建筑行業(yè)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況來(lái)看，尺寸及安裝位置等方面的統(tǒng)一規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)尚未形成，設(shè)計(jì)工作開(kāi)展時(shí)主要是以設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，導(dǎo)致不同建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝有一定差異存在，且一些安全隱患也難免存在其中。為切實(shí)改善該方面不足，設(shè)計(jì)人員要切實(shí)了解、熟悉剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建筑項(xiàng)目施工建設(shè)要求相符保駕護(hù)航。本文先分析了剪力墻主要特征，之后探討了設(shè)計(jì)原則，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述了剪力墻結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)，僅供參考。

1 剪力墻的主要特點(diǎn)

1.1 剛度特點(diǎn)

在外部強(qiáng)力沖擊剪力墻結(jié)構(gòu)的情況下，會(huì)在一定程度上影響其剛度[1]。為規(guī)避這方面問(wèn)題，相關(guān)工作人員要與具體情況相結(jié)合，進(jìn)行對(duì)應(yīng)抗震等級(jí)的設(shè)計(jì)，之后開(kāi)展對(duì)照操作，確保采取的抗震方式最有效，進(jìn)而促進(jìn)建筑穩(wěn)定性、安全性的提升，使事故發(fā)生概率最大限度降低。

1.2 受力特點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)和地面呈現(xiàn)的狀態(tài)是以完全垂直為主，而針對(duì)懸梁臂部分來(lái)說(shuō)，一旦受外部較強(qiáng)作用力影響，變形情況極易出現(xiàn)，也會(huì)向剪形方面逐步演變[2]。面對(duì)此種情況，剪力墻結(jié)構(gòu)可對(duì)水平方向傳遞而來(lái)的壓力進(jìn)行有效承受，而正是因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)具備這一特征，所以剪力墻與其他結(jié)構(gòu)相比具有更高的穩(wěn)定性。

1.3 抗震特點(diǎn)

有效控制框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)剛度，利于建筑自身穩(wěn)定性的顯著增強(qiáng)，可保障建筑整體的抗震效果進(jìn)一步提高。剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震特征十分顯著，在面對(duì)突發(fā)地震災(zāi)害時(shí)，通過(guò)剪力墻結(jié)構(gòu)作用的充分發(fā)揮，有效降低地震災(zāi)害所造成影響，也能為人民安全生活生產(chǎn)提供維護(hù)作用。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

2.1 確定合適寬度和高度

設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，應(yīng)以相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為參照依據(jù)規(guī)范、有序開(kāi)展，而為了保障其整體性能夠進(jìn)一步提高，具體施工建設(shè)環(huán)節(jié)，一般需要以實(shí)際需求、工程需求為依據(jù)，科學(xué)有效調(diào)整其高度、寬度[3]。具體而言，在建筑高度設(shè)計(jì)科學(xué)、合理、恰當(dāng)?shù)那闆r下，利于各結(jié)構(gòu)力所產(chǎn)生影響的穩(wěn)定承載，而在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一旦有高度較高、但厚度較小的問(wèn)題存在，必須調(diào)整墻體高度及厚度比，切實(shí)規(guī)避雙向受壓時(shí)影響建筑穩(wěn)定性的現(xiàn)象。

2.2 調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)系數(shù)

對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其與多方面參數(shù)信息密切相關(guān)，需要設(shè)計(jì)人員有效處理工程實(shí)際所需的各種數(shù)據(jù)，同時(shí)也可借助公式來(lái)調(diào)整相關(guān)系數(shù)，確保其與工程實(shí)際需求相符。在調(diào)整基本系數(shù)的過(guò)程中，應(yīng)以系數(shù)調(diào)整原則為立足點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)剪力墻，確保剪力墻抗震性能的有效提高。

2.3 遵循因地制宜的原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工建設(shè)環(huán)節(jié)，必須以因地制宜的原則為參照依據(jù)，與具體地質(zhì)情況及地貌結(jié)構(gòu)等因素相結(jié)合，開(kāi)展綜合考量工作，確保建筑整體性能有效提高[4]。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要與實(shí)際需求相結(jié)合，合理設(shè)計(jì)其豎向結(jié)構(gòu)，切實(shí)規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的剪力比重失調(diào)現(xiàn)象，有效防止建筑抗震能力下降現(xiàn)象的出現(xiàn)。

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

3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)布置

在合理布局剪力墻結(jié)構(gòu)的情況下，才能使該結(jié)構(gòu)應(yīng)有作用充分發(fā)揮。為實(shí)現(xiàn)合理布局目的，要以建筑結(jié)構(gòu)特征、建筑使用功能為參照依據(jù)，科學(xué)合理地選擇、布置剪力墻。具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)盡可能在建筑物端部及轉(zhuǎn)角、平面突出、荷載較大位置布置剪力墻，例如，山墻及電梯間等部位。與此同時(shí)，布置剪力墻結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，要為雙向平面分布均勻提供保障，基于間距的合理性為前提，為達(dá)到地震作用扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的有效減少目的，應(yīng)盡可能重合平面剛心、重心。剪力墻結(jié)構(gòu)的截面布置形式可采用I、L、T形的組合墻，實(shí)踐布置環(huán)節(jié)，一字墻設(shè)計(jì)的現(xiàn)象應(yīng)盡可能減少，也不宜過(guò)多應(yīng)用短肢墻，如此才能保障剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、延性要求得到充分滿足[5]。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)為承載力、平面剛度十分突出，但值得注意的是，剪力墻結(jié)構(gòu)并不具備較強(qiáng)的平面外承載力，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)如果直接連接平面外方向梁和剪力墻，可能會(huì)加大墻肢平面外彎矩。為規(guī)避該方面現(xiàn)象的出現(xiàn)，可在樓面截面不大的前提下，選用半剛接設(shè)計(jì)法，使墻肢平面外彎距得到調(diào)整。

3.2 分析結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)

結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)具體分析的過(guò)程中，首先，考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)的形式特征，在具體設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)時(shí)，要在剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)上提高重視程度，所以可基于提高延性措施的應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)抗倒塌能力逐步增強(qiáng)。其次，在高層建筑設(shè)計(jì)軸向結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，要明確建筑結(jié)構(gòu)所承受荷載的基本情況，因高層建筑往往會(huì)承受較大的豎向荷載、水平荷載影響，此時(shí)設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)能夠有效協(xié)調(diào)并抵抗豎向、橫向荷載，且即便受高強(qiáng)度水平荷載作用影響，也能將側(cè)移距離始終保持在合理范圍內(nèi)。

3.3 剪力墻厚度設(shè)計(jì)

要統(tǒng)一剪力墻結(jié)構(gòu)前后設(shè)計(jì)和高層建筑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，該環(huán)節(jié)需要設(shè)計(jì)人員基于剪力墻厚度要求的明確為前提，確保采用的厚度設(shè)計(jì)最為合理，在墻厚大于30cm的情況下，應(yīng)將鋼筋設(shè)置在端部中間，同時(shí)箍筋應(yīng)沿墻肢方向設(shè)置，確保剪力墻穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度等要求得到充分滿足。除此之外，為了便于后續(xù)的施工建設(shè)，墻厚度設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要以結(jié)構(gòu)層高最小值為依據(jù)，確保選擇的剪力墻結(jié)構(gòu)厚度最合適。確定結(jié)構(gòu)厚度的情況下，應(yīng)明確剪力墻結(jié)構(gòu)支撐點(diǎn)，如選擇剪力墻和剪力墻相交處、剪力墻和樓板相交處等為支撐點(diǎn)[6]。為保障高層建筑結(jié)構(gòu)抗震要求得到充分滿足，需要整合建筑層數(shù)和施工材料進(jìn)行綜合考量，進(jìn)而在底層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上加強(qiáng)力度，如果建筑物所處區(qū)域存在地震頻發(fā)現(xiàn)象，也要在底部剪力墻結(jié)構(gòu)厚度上加強(qiáng)設(shè)計(jì)，確保有效提升建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。以國(guó)家相關(guān)規(guī)定要求為依據(jù)，如果建筑工程抗震等級(jí)為一級(jí)或二級(jí)，剪力墻底部加強(qiáng)部位厚度應(yīng)控制大于20cm的范圍內(nèi)；對(duì)于剪力墻其他結(jié)構(gòu)厚度來(lái)說(shuō)，應(yīng)控制在不小于16cm的范圍內(nèi)。如果剪力墻端頭無(wú)翼墻存在，此時(shí)其要比高層的1/12大。但值得注意的是，上述相關(guān)規(guī)定并非在所有建筑結(jié)構(gòu)中都十分適用，需要與建筑實(shí)際情況及層高等相結(jié)合進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

3.4 剪力墻配筋和邊緣構(gòu)件

鋼筋配置環(huán)節(jié)，可將水平鋼筋放置在地面以上的外側(cè)部位，而內(nèi)側(cè)則以豎向鋼筋的放置為主。通過(guò)計(jì)算能夠了解到，借助豎向筋可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下配筋的控制，而在地下墻體內(nèi)側(cè)進(jìn)行水平筋布置，外側(cè)開(kāi)展豎向筋布置操作，利于墻體剛度的提升。剪力墻承重構(gòu)件設(shè)計(jì)過(guò)程，需要關(guān)注的重點(diǎn)就是墻體配筋率，該環(huán)節(jié)對(duì)于水平及豎直方向配筋率來(lái)說(shuō)，應(yīng)處在不低于0.25%的狀態(tài)中；而針對(duì)少數(shù)框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)位置配筋率來(lái)說(shuō)，應(yīng)處在不低于0.3%的狀態(tài)中。上述配筋要求應(yīng)用在大長(zhǎng)度和高度較高的剪力墻結(jié)構(gòu)中，利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的顯著提高。但值得注意的是，應(yīng)用在低矮剪力墻結(jié)構(gòu)中時(shí)，必須要反復(fù)確認(rèn)、核實(shí)配筋率。

邊緣構(gòu)件的應(yīng)用，利于剪力墻進(jìn)荷載承受能力的改善。一般來(lái)說(shuō)，在剪力墻承載力增強(qiáng)40%的情況下，耗能效果會(huì)提升20%。具體應(yīng)用邊緣構(gòu)件的過(guò)程中，主要有3種可用構(gòu)件類型，即特殊邊緣及構(gòu)造邊緣、約束邊緣。借助設(shè)計(jì)優(yōu)化、改善剪力墻抗震延性時(shí)，實(shí)現(xiàn)方式主要為調(diào)整墻肢軸壓比或增設(shè)約束邊緣構(gòu)件，這一過(guò)程應(yīng)注意需要在軸壓比無(wú)法限制的情況息，方可使用構(gòu)件，確保進(jìn)一步改善剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性[7]。借助約束邊緣構(gòu)件控制墻肢受壓區(qū)高度時(shí)，實(shí)現(xiàn)方式為內(nèi)部縱筋，該環(huán)節(jié)箍筋利于混凝土的約束，能使其極限應(yīng)變能力有效增強(qiáng)，進(jìn)而為墻肢始終保持在可靠的塑性變形能力狀態(tài)中提供保障，使地震問(wèn)題得到良好應(yīng)對(duì)。

邊緣構(gòu)件布置的過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可借助SATWE軟件來(lái)分析、計(jì)算安裝配筋相關(guān)參數(shù)結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，要以設(shè)計(jì)規(guī)范要求范圍為依據(jù)，借助計(jì)算的方式，將短肢剪力墻的一般區(qū)域所需配筋率、加強(qiáng)區(qū)域所需配筋率求出。小墻肢并不具備充足的受力性能，所以應(yīng)限制其軸壓比，截面設(shè)計(jì)形狀應(yīng)以框架柱為主，同時(shí)也要借助計(jì)算的方式，將一般區(qū)域、加強(qiáng)區(qū)域所用縱向鋼筋配筋率求出[8]。在墻體兩端分別為短肢、長(zhǎng)肢的情況下，安裝配筋無(wú)法以長(zhǎng)墻肢為參考，考慮到該方面問(wèn)題，一方面可在計(jì)算配筋的過(guò)程中，不對(duì)短肢剛度、短之配筋后的變化情況進(jìn)行考慮；另一方面，可在計(jì)算剛度時(shí)，對(duì)短肢的影響進(jìn)行考慮，但無(wú)須在配筋對(duì)短肢的影響上進(jìn)行考慮。

3.5 過(guò)渡層的設(shè)計(jì)

在剪力墻結(jié)構(gòu)有過(guò)渡層或轉(zhuǎn)換層存在的情況下，如底層框架結(jié)構(gòu)，此時(shí)針對(duì)過(guò)渡層剪力墻墻體來(lái)說(shuō)，受到的傾覆力距和剪力最為嚴(yán)重，所以存在不利受力影響。除此之外，因伴隨豎向均勻荷載，所以過(guò)渡層部分會(huì)始終受拉建立或壓剪力影響，且該環(huán)節(jié)如果同時(shí)伴隨一定水平荷載，該部分墻體對(duì)比常規(guī)落地墻體來(lái)說(shuō)，水平荷載力和抗裂性能就會(huì)處在較差的狀態(tài)中[9]。研究表明，在伴隨一定豎向、反復(fù)水平力的情況下，過(guò)渡層墻體承載僅僅是預(yù)定的70%左右，在驗(yàn)算其水平荷載力的過(guò)程中，如果選擇落地墻體法應(yīng)用，此時(shí)如果其伴隨的托梁高跨比較小、豎向何載較弱，就會(huì)過(guò)高估計(jì)其抗震承載力，導(dǎo)致抗震可靠性受到影響。對(duì)此，過(guò)渡層設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)基于圈梁等的對(duì)應(yīng)設(shè)置開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，確保弱框體系及時(shí)形成，使其自身能夠傳遞地震剪力，為其延性提供保障。

3.6 連梁設(shè)計(jì)

連梁利于剪力墻結(jié)構(gòu)剛度的強(qiáng)化，連梁的截面較大、跨度較小，其缺陷為抗剪強(qiáng)度低，且在超出設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，彎曲破壞問(wèn)題會(huì)隨之出現(xiàn)。連接墻肢是連梁主要承擔(dān)的作用，因在強(qiáng)大水平負(fù)荷作用的影響下，墻肢會(huì)有彎折現(xiàn)象發(fā)生，最終給連梁的平直度造成影響，導(dǎo)致墻肢整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性遭到破壞，此時(shí)基于墻肢受力情況的改善，能使墻肢彎折現(xiàn)象得以切實(shí)規(guī)避，所以說(shuō)連梁設(shè)計(jì)合理性與否會(huì)給剪力墻結(jié)構(gòu)整體性能帶來(lái)一定影響。在開(kāi)展連梁設(shè)計(jì)工作時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)常見(jiàn)難題就是地震作用下剪力和彎距控制，此時(shí)如果單純采用連梁高度提升的設(shè)計(jì)方式，會(huì)進(jìn)一步增加配筋值，所以可借助連梁剛度的降低、混凝土等級(jí)的增強(qiáng)等方式達(dá)到設(shè)計(jì)的優(yōu)化目的[10]。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員為充分滿足設(shè)計(jì)需求，可采用連梁剛度折減方式，而調(diào)整連梁剛度時(shí)，實(shí)現(xiàn)方式主要是調(diào)整跨度及截面高度、設(shè)置水平縫等，其中截面高度的降低會(huì)縮小抗剪截面，所以不具備較強(qiáng)的實(shí)用性；而跨度的提升，利于抗剪性能的增強(qiáng)，但不會(huì)提高其剛度，這一過(guò)程要想借助跨度的提升來(lái)調(diào)整連梁剛度，需同步開(kāi)展剪力墻加厚施工作業(yè)，但此種方式并不具備較高的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也會(huì)給建筑功能性帶來(lái)影響，所以需要設(shè)計(jì)人員借助水平縫的設(shè)置，使連梁向雙連梁方面轉(zhuǎn)化，借此擴(kuò)增連梁截面寬度，使連梁超限問(wèn)題得到有效解決。

4 結(jié)語(yǔ)

剪力墻結(jié)構(gòu)利于建筑抗風(fēng)及抗震能力的顯著增強(qiáng)，也能切實(shí)延長(zhǎng)建筑使用壽命。在剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，無(wú)梁、柱等外漏和凸出情況，可便于室內(nèi)環(huán)境的布置。目前，剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)全面普及、推廣應(yīng)用到現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中，雖然說(shuō)該種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)十分突出，但需要注意的是，該結(jié)構(gòu)并非適用于所有建筑類型，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要整合可能會(huì)影響剪力墻結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)因素，進(jìn)而進(jìn)行全方位、多角度的考量，以工程實(shí)際情況為依據(jù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，如此才能保證該種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)作用得到最大發(fā)揮。