剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

導(dǎo)語(yǔ)：剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文首先從分析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及軟件計(jì)算方法的選擇入手，分別從剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置、剪力墻構(gòu)件設(shè)計(jì)（墻肢、連梁、樓板和轉(zhuǎn)角洞口）分析了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)及一般原則，并在文章最后結(jié)合某建筑住宅實(shí)例進(jìn)一步闡述了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以確保建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；一般原則；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一、引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)大建設(shè)時(shí)期，由于資金條件限制，住宅并不以舒適度作為優(yōu)先考慮條件，且多以平房及多層單元房為主。隨著人們生活質(zhì)量和消費(fèi)觀念的不斷提升，對(duì)建筑的環(huán)境綠化、表現(xiàn)形式等方面提出了更高的要求。在總用地面積不變的情況下，怎樣提高建筑物周邊的綠化和人員活動(dòng)區(qū)域的面積問(wèn)題越來(lái)越突出，這不得不使我們的建筑物進(jìn)一步向高空發(fā)展，留下更多的地面面積作為綠化區(qū)域和人員活動(dòng)區(qū)域，為此一些有個(gè)性的復(fù)雜建筑市場(chǎng)前景相應(yīng)產(chǎn)生。目前100米高層住宅較為普遍，這類建筑的出現(xiàn)，如采用框架結(jié)構(gòu)，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)框架柱外露（凸出）和房屋整體舒適度降低的問(wèn)題，而剪力墻正好能解決這兩個(gè)難題。剪力墻結(jié)構(gòu)具有側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，合理將剪力墻布置在房間分隔墻內(nèi)不影響房間內(nèi)部布置和使用。且剪力墻結(jié)構(gòu)因具有隔音防火效果好、美觀度高、同時(shí)兼顧承重墻與分隔墻等作用，逐漸成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主流結(jié)構(gòu)體系，深受住戶與開發(fā)商的青睞與關(guān)注。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及軟件的選擇

剪力墻結(jié)構(gòu)是一種空間結(jié)構(gòu)體系，主要用于承受以下負(fù)荷：一是豎向荷載，主要是指梁板傳遞的恒（活）載、豎向地震作用和剪力墻自身重量等；二是水平荷載，主要包括地震作用和水平風(fēng)荷載等。剪力墻內(nèi)力和變形分析主要考慮到以下兩種情況：一是在極限承載力狀態(tài)下，剪力墻能安全承受重力荷載；二是在正常使用極限狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)變形在可控范圍內(nèi)，且滿足規(guī)范要求可有效延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的使用周期。在不同的空間環(huán)境中建筑的使用功能存在一定差異，剪力墻有時(shí)需開設(shè)門窗洞口，根據(jù)這一特性可將剪力墻分為以下幾種類型:①整截面墻。若由于建筑使用功能的要求而無(wú)需開設(shè)門窗洞口，或者洞口的總面積低于剪力墻總面積的16%；②整體小開口墻：若剪力墻上開洞的面積較大，且洞口結(jié)構(gòu)是呈豎直方向排列的，同時(shí)洞口的總和面積超過(guò)剪力墻總面積的16%；③聯(lián)肢墻。若剪力墻在豎向有一些面積較大的洞口，剪力墻的整體性能會(huì)呈大幅下降，將這類剪力墻看作一些單肢剪力墻或墻肢由一系列連梁連接起來(lái)組成的，這種剪力墻稱為聯(lián)肢墻。如何判斷剪力墻的類型，可通過(guò)肢墻系數(shù)ζ、肢墻系數(shù)限值[ζ]和整體參數(shù)α進(jìn)行判斷：①洞口的面積小于整個(gè)墻面立面面積的16%；洞口間的距離及洞口到墻邊的距離均大于洞的邊長(zhǎng)。只有同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，則可判斷該剪力墻為整截面墻；②若ζ≤[ζ]，且α≥10，則可判斷該剪力墻為整體小開口墻；③若ζ≤[ζ]，且α＜10，則可判斷該剪力墻為聯(lián)肢墻。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定

（一）剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置原則。1、結(jié)構(gòu)平面布置①通常建筑結(jié)構(gòu)的平面體系布置，應(yīng)盡量遵循建筑形狀受到風(fēng)壓較小的原則；②通常剪力墻結(jié)構(gòu)在拐角墻和結(jié)構(gòu)兩端處的受力相對(duì)復(fù)雜和敏感，故盡量避免在結(jié)構(gòu)兩端設(shè)置樓梯間；③在工業(yè)化建筑發(fā)展的趨勢(shì)下，建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的房間持續(xù)不宜過(guò)大、構(gòu)件類型不宜過(guò)多；④在建筑結(jié)構(gòu)的平面體系布置過(guò)程中，要盡量增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度；⑤剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗震設(shè)防的基本要求，即在滿足結(jié)構(gòu)平面均勻性、對(duì)稱性的基礎(chǔ)上，將結(jié)構(gòu)外形布置的長(zhǎng)度控制在合理范圍內(nèi)；針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)承載力、穩(wěn)定性較薄弱的部位應(yīng)強(qiáng)化抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)。2、結(jié)構(gòu)豎向布置①結(jié)合相關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)置多道抗震防線；②確保結(jié)構(gòu)的承載力和剛度呈均勻分布，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中或塑性變形集中的現(xiàn)象；③在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有必要在除基礎(chǔ)外的上部結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)伸縮縫（當(dāng)建筑物長(zhǎng)度超出規(guī)范要求時(shí)），避免建筑物開裂；④墻肢在布置時(shí)要雙向布置，確保結(jié)構(gòu)的平面受力能分散在四周；墻肢在豎向布置時(shí)，應(yīng)考慮到剛度變化的均勻性，避免扭轉(zhuǎn)；⑤建筑的豎向布置側(cè)向剛度宜從下到上逐漸減小，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析時(shí)，若結(jié)構(gòu)相鄰上、下層的層高比＞1.5，剛度比應(yīng)≥1.1；當(dāng)相鄰底層是結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，如高規(guī)指出地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下一層與首層側(cè)向剛度比宜≥2.0。（二）剪力墻構(gòu)件設(shè)計(jì)的原則。1、墻肢的設(shè)計(jì)①在計(jì)算水平荷載時(shí)，可按照位移協(xié)調(diào)的原則進(jìn)行分配；②墻肢在平面布置時(shí)要雙向布置，常見的布置結(jié)構(gòu)有矩形、T形和L形等；③為了避免剪力墻的彎曲剛度增大，應(yīng)將墻肢長(zhǎng)度控制在8m內(nèi)，各墻段的高度與墻段長(zhǎng)度之比不宜小于3；④考慮到建筑整體的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)嚴(yán)格控制墻肢的數(shù)量。2、連梁的設(shè)計(jì)①?gòu)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，塑性鉸應(yīng)首先出現(xiàn)在連梁上，即滿足“強(qiáng)墻弱連梁”或“強(qiáng)墻弱梁”的設(shè)計(jì)理念；②從構(gòu)造設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，連梁或框架梁均應(yīng)滿足抗震要求，二者縱向鋼筋和來(lái)梁底鋼筋的錨固長(zhǎng)度均要滿足抗震設(shè)計(jì)的最小錨固長(zhǎng)度；梁截面尺寸、跨高比的間距、鋼筋直徑等要滿足抗震設(shè)計(jì)要求；梁上開洞時(shí)，洞口的大小、位置及其周邊設(shè)計(jì)等要滿足構(gòu)造要求；③可通過(guò)設(shè)置水平縫而形成雙連梁、多連梁等，以提高連梁的抗剪承載力；④在確保提高梁截面不會(huì)影響到建筑結(jié)構(gòu)抗剪承載力的前提下，設(shè)計(jì)人員可適當(dāng)通過(guò)降低連梁的剛度，來(lái)達(dá)到合理控制剪切力分配比例的目的。常見的控制方法為：在計(jì)算采用內(nèi)力配筋的過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整連梁剛度折減系數(shù)來(lái)控制剪切力的分配比例。3、樓板的設(shè)計(jì)①若樓板內(nèi)需要設(shè)置管道時(shí)，現(xiàn)澆板的最小厚度應(yīng)大于管道外徑的3倍，比如當(dāng)電線套管直徑為2.5cm時(shí)，現(xiàn)澆板的最小厚度至少為10cm；②在彎矩、撓度等驗(yàn)算過(guò)程中，應(yīng)在考慮板的四邊支撐問(wèn)題的基礎(chǔ)上，增加板的厚度；③設(shè)計(jì)樓面面層荷載時(shí)，如需考慮后期裝修施工時(shí)荷載增加的可能性時(shí)，非固定隔墻的自重應(yīng)取不小于1/3的每延米長(zhǎng)墻重（kN/m）作為樓面活荷載的附加值（kN/m2）計(jì)入,且附加值不小于1.0（kN/m2）。4、轉(zhuǎn)角洞口的設(shè)計(jì)①通過(guò)在轉(zhuǎn)角陽(yáng)臺(tái)、轉(zhuǎn)角窗的上下樓層處設(shè)置梁或暗梁的措施，來(lái)提高結(jié)構(gòu)整體的承載力和傳力性能；②在轉(zhuǎn)角洞口的兩側(cè)設(shè)置剪力墻，應(yīng)盡量選擇整截面墻；③為了保證轉(zhuǎn)角洞口結(jié)構(gòu)的剛度，應(yīng)適當(dāng)增加其所在樓層的樓板厚度，配筋布置時(shí)最好雙層雙向通長(zhǎng)布置。

四、實(shí)例分析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）工程概況。某高層住宅建筑在電梯間、房間和樓梯間邊角運(yùn)用了異形墻肢；利用SATWE軟件對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，在模擬過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了剪力墻單元的細(xì)分，以及墻上開洞的自動(dòng)化處理。（二）模擬結(jié)果分析。1、自振周期在地震作用計(jì)算分析過(guò)程中，按現(xiàn)行規(guī)范填寫相關(guān)系數(shù)及計(jì)算規(guī)定，計(jì)算得出結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比為0.7962（A級(jí)高度高層建筑），滿足規(guī)范提出＜0.9的要求。2、結(jié)構(gòu)位移從基于風(fēng)荷載的建筑結(jié)構(gòu)位移情況來(lái)看，X、Y向樓層層間最大位移與層高之比分別為1/1219、1/1266；均滿足了剪力墻規(guī)范限值1/1000的要求。X、Y向?qū)娱g最大位移和層均位移比分別為1.15、1.08；均滿足了規(guī)范A級(jí)高度高層建筑物限值1.20的要求。從基于地震荷載的建筑結(jié)構(gòu)位移情況來(lái)看，X、Y向樓層層間最大位移與層高之比分別為1/1912、1/2705；X、Y向?qū)娱g最大位移和層均位移比分別為1.10、1.12；均滿足了規(guī)范相應(yīng)要求。3、剪重比和剛重比本項(xiàng)目剪重比情況為：X向剪重比最小值為0.81%，Y向剪重比最小值為0.82%，均滿足規(guī)范提出的0.8-1.0%要求。本項(xiàng)目剛重比情況為：剛重比直接影響著重力二階效應(yīng)，且二者間呈負(fù)相關(guān)，即重力二階效應(yīng)會(huì)隨著剛重比的持續(xù)減小而增強(qiáng)，當(dāng)重力二階效應(yīng)達(dá)到一定程度后會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌的可能性。本方案X向剛重比由之前的9.87減小為5.93，Y向剛重比由之前的9.14減小為5.14，有利于減弱重力二階效應(yīng)。4、經(jīng)濟(jì)性混凝土費(fèi)用和鋼筋費(fèi)用分別與其體積呈正比關(guān)系，從方案實(shí)施的經(jīng)濟(jì)來(lái)說(shuō)，該工程所使用的鋼筋為39kg/m2,混凝土量為0.39m3/m2，較不考慮剪力墻之前約節(jié)省不少費(fèi)用，這樣既為國(guó)家節(jié)約了財(cái)力物力，又為業(yè)主節(jié)省了開支，從而達(dá)到了共贏的目的。

五、結(jié)語(yǔ)

綜合上述分析可知，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響到建筑整體的安全性和經(jīng)濟(jì)性，故在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有必要對(duì)各類型剪力墻的受力情況、剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置原則及其構(gòu)件設(shè)計(jì)原則等進(jìn)行深入了解，從工程實(shí)踐入手對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化和調(diào)整，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全及各項(xiàng)性能均能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]門進(jìn)杰，李慧娟，史慶軒，等.某板式住宅高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2013，29（3）：1-10.

[2]繆志偉，葉列平.鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)基于能量抗震設(shè)計(jì)方法的耗能需求計(jì)算與設(shè)計(jì)流程[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2014，35（1）：10-18.

[3]李國(guó)強(qiáng)，顧福霖，孫飛飛，等.鋼連梁與混凝土剪力墻鋼暗柱式連接節(jié)點(diǎn)的承載力理論模型[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2017，19（1）：33-42.

作者:貝斐君 單位:中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司