朱國(guó)偉

摘 要：剪力墻是建筑物抗震抗風(fēng)，保障安全穩(wěn)定的重要設(shè)施。文章從剪力墻的特點(diǎn)、種類和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則及優(yōu)化措施等方面著手，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視的要點(diǎn)進(jìn)行分析與闡述。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)原則；優(yōu)化

引言

剪力墻是建筑物用來抵抗側(cè)向壓力和承受豎向重力的墻體，縱向貫穿整棟建筑，是建筑物的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于高層建筑領(lǐng)域，在保障建筑穩(wěn)定安全和抗災(zāi)能力方面發(fā)揮著舉足輕重的地位。當(dāng)今社會(huì)，隨著建筑物功能和形態(tài)的日趨多樣化，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來越高，剪力墻受到的關(guān)注不斷加深，成為建筑設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域日常研究的重要課題之一。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

剪力墻具有高度、寬度大，厚度相對(duì)小的特點(diǎn)，外形接近板狀物，受力情況與柱相似。剪力墻設(shè)計(jì)方法根據(jù)其肢長(zhǎng)與厚度的比值確定，當(dāng)剪力墻肢長(zhǎng)與厚度的比值小于或等于3時(shí)，按照柱的方法來設(shè)計(jì)，當(dāng)比值在3至5之間的時(shí)候則按照雙向受壓的異形柱來設(shè)計(jì)。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，剪力墻作為平面構(gòu)件，承擔(dān)著水平方向的水平剪力、彎矩和豎直方向的壓力、重力。在軸力、彎矩、剪力的共同作用下，它受水平方向作用力的影響情況和底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁非常接近。剪力墻承擔(dān)著建筑物抗風(fēng)、抗震等的多重職責(zé)，除了要具有能夠承受地震作用和風(fēng)壓影響的剛度強(qiáng)度外，還要具有優(yōu)良的延伸性能，以抵抗因地震和風(fēng)吹產(chǎn)生的反復(fù)性非彈性形變所帶來的延伸、能量消耗等負(fù)面影響并保障結(jié)構(gòu)裂而不倒。為保障墻肢能有效防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，剪力墻應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成延性彎曲型。

剪力墻對(duì)于和墻體同一平面的載荷具有很強(qiáng)的承受力，剛性也強(qiáng)。對(duì)于來自非同一平面方向的載荷承受力較差，剛度也小。如果有和墻體不在同一平面的梁體與剪力墻相接，就會(huì)在墻肢平面外產(chǎn)生彎矩，進(jìn)而導(dǎo)致剪力墻平面外變形過大，影響建筑使用安全。所以，要盡量避免剪力墻和平面外梁體相交。對(duì)于必須相交的情況，則需采取增設(shè)扶壁柱或在大梁軸線方向設(shè)置與梁相連的剪力墻等措施，來加強(qiáng)墻體平面外剛性和承受力，以便于保證剪力墻平面外的安全。

墻體的設(shè)計(jì)要從整個(gè)剪力墻體系進(jìn)行分析，同時(shí)考慮豎直和水平方向的結(jié)構(gòu)性能。求得內(nèi)力后按照偏壓或偏拉兩種情況進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算。在剪力墻承載力計(jì)算中，帶翼墻的計(jì)算寬度一般都是在門窗洞口之間的翼緣寬度、剪力墻間距、墻肢總高的10%中取最小值。

2 剪力墻的特點(diǎn)及分類

剪力墻具有側(cè)向承載力強(qiáng)、側(cè)移小、吸收地震能量大、室內(nèi)墻面平整的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)施工水平要求較高，工藝復(fù)雜，建設(shè)成本較大。根據(jù)墻體開洞數(shù)量、洞口尺寸大小以及墻體受力情況，剪力墻可以分之為以下幾類。

整體小開口剪力墻：開洞面積大于15%但對(duì)墻體受力情況影響不大的墻。彎矩圖在連梁處發(fā)生突變，在整個(gè)墻肢高度上沒有發(fā)生反彎點(diǎn)。

實(shí)體墻：開洞面積0至15%的墻。其受力特點(diǎn)是如同整體的懸臂墻，整個(gè)墻肢高度上彎矩圖既不發(fā)生突變也不產(chǎn)生反彎點(diǎn)，變形以彎曲型為主。

壁式框架：墻肢寬度小而洞口尺寸大，連梁和墻肢的線剛度接近的墻。整體特性位于剪力墻和框架之間。受力情況接近框架，彎矩圖在樓層處發(fā)生突變，并且在大多樓層中會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

雙肢或多肢剪力墻：開洞比較大或者洞口成列布置的墻。墻肢的線剛度比連梁大得多，受力情況與整體小開口墻比較接近。

3 剪力墻的布置原則

進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)，應(yīng)該在沿著主軸的方向進(jìn)行雙向或多向布置，不同方向的剪力墻彼此互相連接，但要防止對(duì)直或拉通。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，要避免剪力墻單向布置情況的發(fā)生，使之具有良好的空間工作性能。剪力墻在分布上要盡量均勻且數(shù)量要相當(dāng)，做到兩個(gè)受力方向的側(cè)向剛度接近。剪力墻的墻肢截面盡量做到規(guī)則、簡(jiǎn)單。在高層建筑的設(shè)計(jì)中，要控制好剪力墻的布置數(shù)量，配置數(shù)目過小，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力和剛度下降，反之配置數(shù)目過大，會(huì)造成墻體性能的浪費(fèi)，由于地震力依據(jù)墻體剛度分配，所以墻體剛度過大會(huì)導(dǎo)致震力過大。另外自身重力的增加，也會(huì)加大建筑倒塌的可能。

為防止建筑剛度發(fā)生突變，剪力墻要從下至上連續(xù)布置，貫徹整個(gè)建筑物。而在高層建筑中，剪力墻的剛度在豎直方向上要均勻分布，墻上開洞或門窗要有有墻肢和連接梁做保障。同時(shí)，墻肢截面盡量要設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單、規(guī)則的樣式。

剪力墻要按照上下對(duì)齊、成列分布的原則開洞，杜絕疊合的錯(cuò)墻洞出現(xiàn)，以保障剪力墻的承重力，防止墻體變形。

墻肢截面長(zhǎng)度與厚度之間的比值在5至8之間的剪力墻稱為短肢剪力墻。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，高層建筑不能全部都采用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)最大的使用高度主要受地震烈度、柱網(wǎng)尺寸與結(jié)構(gòu)自重和建筑物高度影響。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算的優(yōu)化原則

4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化原則

除上文提到均勻分布、合理控制剪力墻數(shù)量等內(nèi)容外，剪力墻長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，需要用開設(shè)洞口的方式將其分作長(zhǎng)度相等的幾段。彼此間用弱連梁連接。分割后的墻段其截面高度與墻段總高度相比，其比值要小于二分之一，以防止剪力墻產(chǎn)生脆性的剪切破壞。設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)剪力墻時(shí)，要防止出現(xiàn)墻肢截面高度和厚度之比小于4、位于洞口與墻邊之間或洞口之間的小墻肢，對(duì)于無法避免這種小墻肢出現(xiàn)的情況，就要按照框架柱的方式進(jìn)行箍筋和全高加密處理。

4.2 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化原則

4.2.1 樓層的最大層間與層高之比的調(diào)整原則

按照有關(guān)規(guī)范要求，在對(duì)多地震作用的樓層最大層間位移進(jìn)行計(jì)算時(shí)，主要以樓間彎曲變形為主，同時(shí)納入扭轉(zhuǎn)變形的因素，無須扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形。進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)，要盡量減小扭轉(zhuǎn)變形，但不能單純?yōu)榱俗非笞钚∨まD(zhuǎn)變形而過大增加豎向構(gòu)件的剛度。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有的設(shè)計(jì)師為了滿足某一方向的層間位移的要求，就不斷地增加該方向的側(cè)向剛度，而忽視了對(duì)另一側(cè)結(jié)構(gòu)剛度的考慮。這種行為在架構(gòu)的剪重比超出規(guī)范要求時(shí)就容易導(dǎo)致樓體安全缺陷?？梢酝ㄟ^減小剪重比，控制地震作用來達(dá)到需要的效果。

4.2.2 樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則

如果短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩低于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩40%，就要以大開間剪力墻為布置方向，減少剪力墻的布置，從而使其結(jié)構(gòu)滿足側(cè)向剛度和樓層最小剪力系數(shù)的要求，有效降低結(jié)構(gòu)自身重量，減小地震作用的影響，縮減工程造價(jià)。

4.2.3 剪力墻連梁的調(diào)整原則

根據(jù)計(jì)算和實(shí)踐檢驗(yàn)，為保障剪力墻連梁滿足規(guī)范對(duì)剪力和彎矩的要求，剪力墻連梁的跨高比要大于等于2.5。同時(shí)，規(guī)范還明確了跨高比大于5的連梁要按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)不予折減剛度。但對(duì)于跨高比5到6之間的剪力墻連梁，不折減剛度就會(huì)導(dǎo)致剪力或彎矩超限。因此，可以將跨高比不大于5的連梁通過減小剪力墻墻肢長(zhǎng)度使之變?yōu)榭绺弑茸優(yōu)榇笥?的框架梁，而后者的鋼筋以及混凝土用量一般小于前者，從而降低工程成本。

近年來，我國(guó)建筑業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。高層建筑鱗次櫛比。剪力墻的應(yīng)用越發(fā)重要與廣泛。設(shè)計(jì)人員要充分認(rèn)識(shí)到剪力墻的重要作用，本著負(fù)責(zé)的態(tài)度，認(rèn)真計(jì)算，科學(xué)設(shè)計(jì)，深入研究，勇于創(chuàng)新，不斷推進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，為保障建筑安全，提高建設(shè)水平，貢獻(xiàn)自己的一份力量。

參考文獻(xiàn)

[1]劉仲臣.剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（1）.

[2]劉慶.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技訊，2011（31）：82-82.