凌福強(qiáng)

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中越來(lái)越重要，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身就是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，因此設(shè)計(jì)出人們需求的建筑是當(dāng)前建筑行業(yè)的目標(biāo)。本文將對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的探討和分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑;剪力墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

隨著科技水平的不斷提高，多層和高層建筑的不斷涌現(xiàn)，作為現(xiàn)代建筑中重要的組成部分剪力墻結(jié)構(gòu)也隨之被廣泛的應(yīng)用。剪力墻墻是一種應(yīng)力傳導(dǎo)的重要紐帶，其強(qiáng)度、剛度、延性等都會(huì)對(duì)建筑的穩(wěn)定性以及剪力墻的性能產(chǎn)生巨大的影響。如今，人們對(duì)建筑設(shè)計(jì)要求不斷提高，設(shè)計(jì)人員只有不斷優(yōu)化剪力墻的設(shè)計(jì)，加大對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的研究，才能提高建設(shè)單位對(duì)建筑的滿意度。

1.剪力墻常見(jiàn)類型與設(shè)計(jì)原則

1.1 高層建筑剪力墻的特點(diǎn)以及分類

剪力墻具有較大的剛度，在結(jié)構(gòu)中通常承受大部分的水平力，成為一種比較有效的抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，在地震區(qū)的高層建筑中設(shè)置剪力墻或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。剪力墻根據(jù)是否開(kāi)洞以及開(kāi)洞的大小可以分為以下幾個(gè)類型：

1.1.1 整截面墻

所謂整截面墻是指不開(kāi)洞口或洞口面積小于墻體總面積16%的剪力墻。其受力狀態(tài)如同豎向懸臂梁，截面上正應(yīng)力呈直線分布，沿墻肢的高度方向上彎矩既不發(fā)生突變也不出現(xiàn)反彎點(diǎn)，變形曲線以彎曲型為主。

1.1.2 整體小開(kāi)口墻

整體小開(kāi)口墻是指洞口沿豎向成列布置，各列墻肢和連梁剛度比較均勻。洞口面積雖然大于墻體總面積16%，但仍然屬于小面積開(kāi)洞的墻體，其受力性能可按整體的懸臂考慮。并應(yīng)考慮墻肢的局部彎矩，水平荷載作用產(chǎn)生的彎矩主要由墻肢的軸力承擔(dān)，墻體自身彎矩很小，彎矩圖有突變，但基本上無(wú)反彎點(diǎn)，截面上正應(yīng)力接近直線分布，變形曲線仍以彎曲型為主。

1.1.3 聯(lián)肢墻

所謂聯(lián)肢墻是指洞口沿豎向成列布置，且洞口面積超過(guò)墻體總面積的16%，，連梁剛度遠(yuǎn)小于墻肢剛度的墻體。開(kāi)有一列較大洞口的剪力墻為雙肢墻。開(kāi)有多列較大洞口的剪力墻為多肢墻。連梁對(duì)墻肢有一定的約束作用，墻肢彎矩圖有突變，并有反彎點(diǎn)存在，墻肢局部彎矩較大，整個(gè)截面上正應(yīng)力已不再呈直線分布，變形曲線為彎曲型。

1.1.4 壁式框架

壁式框架是指洞口的尺寸相對(duì)較大，連梁剛度與墻肢剛度比較接近的墻體。其受力特點(diǎn)是彎矩圖不僅在樓層處有突變，而且在大多數(shù)樓層中都會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)，變形曲線以剪切型為主。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，剪力墻要按墻肢截面高度與其厚度的比值判斷其類型，按柱或者按雙向受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。剪力墻既要達(dá)到一定的剛度，還要具有一定的變形性能和延伸性能。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)承受多方面的荷載與壓力，一方面要承擔(dān)水平剪力和彎矩，另一方面要承擔(dān)建筑物的豎向壓力。剪力墻在承受彎矩、軸力和剪力等多種力的荷載狀態(tài)下工作，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)要考慮到剪力墻的彎曲性能和延伸性，這樣既可以提升建筑物的抗震性能，同時(shí)還能夠避免脆性對(duì)建筑物造成的影響。剪力墻在設(shè)計(jì)的時(shí)候要切忌與平面外進(jìn)行搭接，若必須進(jìn)行搭接時(shí)，需要采取相應(yīng)措施，以確保剪力墻的平面安全。

2.結(jié)構(gòu)布置

2.1 剪力墻布置

隨著建筑物綜合性能的不斷提升，建筑設(shè)計(jì)中通常都會(huì)充分考慮到空間工作性能，所以在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如何有效的布置剪力墻不僅決定了剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果是否可以滿足規(guī)范要求，還決定著結(jié)構(gòu)是否為最優(yōu)結(jié)構(gòu)體系，這一切又將決定著整個(gè)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。剪力墻布置的基本原則是：

剪力墻宜沿主軸方向布置。對(duì)一般的矩形、L 形、T 形等平面宜沿兩個(gè)軸線方向布置;對(duì)三角形、Y 形平面宜沿三個(gè)軸線方向布置;對(duì)正多邊形、圓形及弧形平面可沿徑向及環(huán)向布置。應(yīng)避免出現(xiàn)只有單向有墻的情況，并使兩個(gè)方向抗側(cè)力剛度接近，內(nèi)外剪力墻應(yīng)盡量拉通對(duì)直。應(yīng)盡量將結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向的剪力墻通過(guò)連梁或框架梁連成整體，形成貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)寬度和長(zhǎng)度的抗風(fēng)、抗震結(jié)構(gòu)。

為充分發(fā)揮剪力墻的抗側(cè)力剛度和承載能力，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，剪力墻間距不宜太密，側(cè)向剛度不宜過(guò)大，以免加大自重和加大抗震設(shè)計(jì)時(shí)地震作用，造成結(jié)構(gòu)的不經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)加長(zhǎng)剪力墻墻肢長(zhǎng)度，減少剪力墻數(shù)量，使結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度增加，邊緣構(gòu)件數(shù)量減少，以期通過(guò)布置較少的剪力墻獲得滿足規(guī)范要求的抗側(cè)、抗扭剛度。多布置L 形、T 形、十字形墻肢，少布置復(fù)雜形狀轉(zhuǎn)折墻肢，減少暗柱數(shù)量，盡量避免在墻肢中部布置短橫墻及小墻垛。

剪力墻的平面布置應(yīng)盡可能均勻、對(duì)稱，盡量使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心重合，以減少扭轉(zhuǎn)。在豎向，剪力墻宜自下而上連續(xù)布置，避免剛度突變。剪力墻厚度隨結(jié)構(gòu)高度增加均勻變化，避免為保證墻體的穩(wěn)定而人為增加墻厚的情況。

對(duì)于剪力墻上難以避免的洞口，鑒于洞口大小、位置及數(shù)量對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)受力影響很大，剪力墻上的門(mén)窗洞口宜上下對(duì)齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，且各墻肢剛度不宜相差懸殊。另外，由于剪力墻中的連梁剛度較弱，不宜將樓面主梁支承載在剪力墻之間的連梁上。

2.2 梁板布置

板厚決定了樓板用鋼量的大小，所以樓板厚度一般按撓度、裂縫及板內(nèi)設(shè)備穿管的最低要求取值，不必過(guò)厚。樓層梁布置時(shí)，應(yīng)保證梁具有簡(jiǎn)單明確的傳力路徑，避免多重次梁、多次傳力的情況。若非剛度及連接一字形墻的需要，不宜設(shè)置高連梁;連梁寬度若非剛度需要不一定與墻厚相同，以減少不必要的構(gòu)造配筋量和混凝土用量。較小跨度的板上隔墻下可不設(shè)置梁，可在板內(nèi)設(shè)置加強(qiáng)筋，以減少用鋼量。

3.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問(wèn)題的處理

3.1 連梁超筋：計(jì)算分析中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)個(gè)別連梁超筋的現(xiàn)象，對(duì)超筋連梁，加高連梁的方法一般來(lái)說(shuō)收效不大，應(yīng)加大洞口寬度或減小梁截面，增大連梁的跨高比，減小該聯(lián)肢墻剛度，轉(zhuǎn)移其承擔(dān)的部分地震力，從而降低連梁內(nèi)力達(dá)到不超筋的目的;對(duì)調(diào)整確有困難的連梁，若有其他可靠傳遞水平力的路徑也可通過(guò)降低梁的彎剪剛度而不減小梁截面的方法進(jìn)行調(diào)整。

3.2 剪力墻拐角處的小墻垛若非特殊要求，計(jì)算分析模型中可不建立此類構(gòu)件，若因連接較大跨度梁造成計(jì)算配筋較大應(yīng)按實(shí)際配筋。

3.3 當(dāng)帶翼緣的邊緣構(gòu)件計(jì)算配筋且配筋量較大時(shí)，建議用“剪力墻組合配筋”重新計(jì)算該邊緣構(gòu)件，可減小邊緣構(gòu)件的配筋。

3.4 對(duì)小開(kāi)口整體墻，因開(kāi)洞形成的一字墻可不作為單片墻或短肢剪力墻，在洞口兩側(cè)僅需設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

3.5 墻厚大于300mm 的短肢墻可不定義為短肢剪力墻，可按一般剪力墻或框架柱的相關(guān)構(gòu)造要求執(zhí)行。

4.結(jié)語(yǔ)

首先，在建筑設(shè)計(jì)方案階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就應(yīng)用概念設(shè)計(jì)去幫助建筑師實(shí)現(xiàn)業(yè)主所想要的使用、構(gòu)造與形象功能，盡可能做到建筑體型規(guī)則、對(duì)稱，與建筑師一起構(gòu)思總結(jié)構(gòu)體系，并能明確結(jié)構(gòu)總體系和主要分體系之間的最佳受力特征要求;其次，高層建筑結(jié)構(gòu)水平荷載是控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的決定性因素，因此，除考慮建筑功能要求外，結(jié)構(gòu)單元抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置宜規(guī)則、對(duì)稱，受力明確、力求簡(jiǎn)單，傳力合理、途徑不間斷，并應(yīng)具有良好的整體性;結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能;盡可能設(shè)置多道抗震防線;對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位應(yīng)采取措施提高其抗震能力。一個(gè)好的結(jié)構(gòu)布置對(duì)建筑物建設(shè)成本的控制起到關(guān)鍵作用，后期注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的每個(gè)細(xì)節(jié)即可得到一個(gè)較好的結(jié)構(gòu)方案，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理。

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