毛祖陽(yáng)

（重慶市　400000）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析

毛祖陽(yáng)

（重慶市400000）

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用，對(duì)增強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)安全性、抗震性具有積極作用，對(duì)此設(shè)計(jì)人員需要考慮剪力墻的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，制定科學(xué)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合建筑工程的實(shí)際條件，對(duì)此充分做好現(xiàn)場(chǎng)的勘察設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，保證建筑物整體的設(shè)計(jì)水平，最終推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)應(yīng)用

引言

剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑的主要承載部分，并且還是承擔(dān)地震、風(fēng)等傳遞水平載荷導(dǎo)致的軸力、剪力以及彎矩等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，同時(shí)也是建筑的分隔墻和圍護(hù)墻，所以在布置剪力墻的過(guò)程中，應(yīng)該滿足建筑物的結(jié)構(gòu)布局和平面布局，剪力墻結(jié)構(gòu)的開(kāi)間相對(duì)較小，高層建筑的樓層蓋板通常選用現(xiàn)澆的混凝土結(jié)構(gòu)平板，這樣，其空間結(jié)構(gòu)的利用率更高，能夠有效節(jié)約建筑的層高。剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性和空間作用都非常好，并且具有很強(qiáng)的承載性能和抗側(cè)力性能，因此，許多高層建筑都采用剪力墻結(jié)構(gòu)。但是，剪力墻結(jié)構(gòu)也具有許多缺點(diǎn)，例如建筑物的布置方案相對(duì)固定、不靈活，空間間距有很大的限制，不適合空間較大的建筑，而適用于高層的小空間建筑以及住宅等。

1　工程概況

本文以某高層建筑為例，該高層建筑總共16層，還有2層地下室，總建筑面積為1.075×105m2，地下室主要用于物業(yè)辦公以及車(chē)庫(kù)，地上首層為商業(yè)層，層高為3.5m，其余為住宅，層高均為2.85m，該高層建筑的建筑類別為丙類。該高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)的參數(shù)表現(xiàn)為：地下層以及1層的剪力墻厚度為250mm，2層以及2層以上的外墻為200mm，內(nèi)墻為200mm。

2　高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案多種多樣，在選擇高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)該選擇正確的建筑結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)件需要的材料。層數(shù)低于20層時(shí)，通常采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)方案。該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的水平地震剪力、周期和位移等都能夠被控制在合理的范圍內(nèi)，并采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，合理地將鋼筋混凝土墻置換成砌體或者磚墻，這樣不僅能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度，減輕結(jié)構(gòu)的自重，還能夠有效降低工程成本。對(duì)于層數(shù)超過(guò)20層的建筑，如果采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)較軟，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移以及層間位移就不能夠滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，并且剪力系數(shù)較低，影響建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，因此，采用全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)方案，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算值偏大時(shí)，可以在較大的墻肢上增設(shè)結(jié)構(gòu)洞，并將窗臺(tái)改設(shè)為磚或者砌體等進(jìn)行微調(diào)，這樣能夠增加結(jié)構(gòu)的延性，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。同時(shí)確保剪力墻結(jié)構(gòu)的延性是設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。本工程中若要是避免脆性的剪切破壞，可將剪力墻設(shè)計(jì)成高寬比大于3的細(xì)高剪力墻結(jié)構(gòu)。但有時(shí)由于墻體本身長(zhǎng)度很大，要想保證比值大于3，就可以采用開(kāi)洞的方法將其變?yōu)榫鶆虻倪B肢體墻，而其洞口采用約束彎矩比較小的弱連梁的效果較好。另一方面是剪力墻墻肢的厚度，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定了剪力墻的最小厚度，以保證剪力墻出平面的剛度和穩(wěn)定性。住宅建筑填充墻厚一般為200mm，相應(yīng)剪力墻墻厚也取為200mm。對(duì)于無(wú)地下室的高層建筑，為避免發(fā)生墻厚大于填充厚度的情況，在布置剪力墻時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑平面，盡量避免使用一字形剪力墻，而采用L、T、Z、十字形等截面形式。

3　剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)中，首先結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范具體要求對(duì)結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行考量，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員從技術(shù)層面應(yīng)滿足下列原則，從而能夠推動(dòng)剪力墻設(shè)計(jì)科學(xué)化、規(guī)范化，應(yīng)當(dāng)選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合地理位置、功能需求、施工因素與材料等，最終決定最合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

調(diào)整層間最小剪力系數(shù)：

設(shè)計(jì)人員為了控制剪力墻結(jié)構(gòu)自重，避免地震出現(xiàn)，盡量少布置剪力墻，但基于一個(gè)前提是要求在規(guī)定的水平地震作用下，短肢剪力墻承擔(dān)的底部?jī)A覆力矩不宜大于結(jié)構(gòu)底部總傾覆力矩的50%，設(shè)計(jì)人員可擴(kuò)大剪力墻開(kāi)間，增加剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，保證層間最小剪力系數(shù)滿足規(guī)范要求，從而能夠控制建筑工程成本支出。

原設(shè)計(jì)方案中，其剪力墻結(jié)構(gòu)在X方向的最大層間位移角為1/2376，Y方向的最大位移角為1/1623，通過(guò)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，剪力墻結(jié)構(gòu)在X方向的最大層間位移角降低至1/1901，Y方向的最大位移角降低至1/1417，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，不但提高了高層剪力墻結(jié)構(gòu)以及整體建筑的穩(wěn)定性，還節(jié)約了大量的梁、板、墻等的鋼筋以及混凝土的用量，顯著地降低了建筑成本，具有非常好的經(jīng)濟(jì)性。層間扭轉(zhuǎn)與剪切變形是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其中剪切變形主要根據(jù)豎向構(gòu)件數(shù)量來(lái)判斷的，如某建筑豎向構(gòu)件布置過(guò)多，必然增大剪重比，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，扭轉(zhuǎn)變形加大，且無(wú)法滿足樓層間位移要求，對(duì)此，在建筑物中應(yīng)盡量減少扭轉(zhuǎn)變形，而不能單靠增加豎向構(gòu)件的剛度來(lái)調(diào)整樓層之間的位移。

4　剪力墻厚度與墻肢長(zhǎng)度確定

4.1剪力墻厚度

根據(jù)抗震規(guī)范規(guī)定要求，當(dāng)高層建筑抗震等級(jí)為一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)人員需要對(duì)剪力墻底部進(jìn)行加強(qiáng)，其墻厚應(yīng)大于200mm，而且大于高層建筑層高1/16，對(duì)于非加強(qiáng)區(qū)域墻厚不得低于160mm，在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員如遇特殊情況，應(yīng)對(duì)高層建筑展開(kāi)概念設(shè)計(jì)分析，積極控制與調(diào)整墻肢軸壓的數(shù)值，確保高層建筑的連續(xù)性，確保剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

4.2墻肢長(zhǎng)度

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度有著明確控制，墻肢長(zhǎng)度一般低于8m，因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證剪力墻體系延性，為了消除剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞，可把剪力墻的高寬比大于3，增強(qiáng)剪力墻的延性，在地震作用下使其發(fā)生彎曲破壞，在以往設(shè)計(jì)過(guò)程中筆者發(fā)現(xiàn)墻體過(guò)長(zhǎng)，為了確保墻體的高寬比值大于3，可通過(guò)開(kāi)設(shè)洞口等措施將長(zhǎng)墻分割成具有均勻性肢墻，對(duì)于洞口筆者認(rèn)為選擇彎矩比偏小的連梁。

5　剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

5.1加強(qiáng)大墻肢的結(jié)構(gòu)處理

在設(shè)計(jì)過(guò)程中筆者發(fā)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)由于本身具有延伸性要求，對(duì)此在實(shí)際施工過(guò)程中也應(yīng)具備其延展性能，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視剪力墻結(jié)構(gòu)整體性工作，剪力墻在實(shí)際破壞中以彎曲破壞為主，極易造成脆性破壞，這對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震極為不利。針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)人員對(duì)于墻肢較長(zhǎng)的剪力墻設(shè)計(jì)不僅滿足承載力要求還需進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，將其分割成為均勻單元，對(duì)于較短墻肢在受彎條件下出現(xiàn)裂縫較小，從而能夠有效發(fā)揮墻體配筋作用，為消除這些不利現(xiàn)象出現(xiàn)，對(duì)于墻肢長(zhǎng)度超過(guò)8m可選擇下列處理措施：①開(kāi)設(shè)施工洞，在施工過(guò)程中需對(duì)墻體孔洞預(yù)留，同時(shí)對(duì)預(yù)留孔洞需布置填充墻，這樣能夠?qū)㈤L(zhǎng)墻肢隔成短墻肢。②開(kāi)設(shè)計(jì)算洞，設(shè)計(jì)人員主要在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)假設(shè)其有洞，但在實(shí)際施工過(guò)程中仍為混凝土墻，這種計(jì)算洞的開(kāi)設(shè)，能夠發(fā)揮墻肢配筋性能。

5.2加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)均衡設(shè)計(jì)

在高層剪力墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采取恰當(dāng)優(yōu)化措施實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力均衡，不僅能夠提高剪力墻結(jié)構(gòu)安全度，還能夠控制工程的投資造價(jià)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)剪力墻的平面布置情況能夠真正實(shí)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件，制定正確的剪力墻設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)剪力墻施工質(zhì)量的督查，制定科學(xué)的施工管理機(jī)制，強(qiáng)化施工管理人員的安全意識(shí)，要求其按照操作流程與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工作業(yè)。

6　結(jié)束語(yǔ)

總之，當(dāng)高層剪力墻的設(shè)計(jì)存在缺陷時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重影響到剪力墻結(jié)構(gòu)和整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，因此，高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。通過(guò)分析高層建筑的實(shí)際狀況，并根據(jù)相關(guān)的規(guī)定對(duì)高層剪力結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠顯著地提高高層剪力墻結(jié)構(gòu)和整個(gè)建筑的穩(wěn)定性，還能夠顯著地降低工程成本，對(duì)促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展具有非常重要的作用。

[1]王敏，王麗，王瑞斌，許藝，李娜，張靜.世界范圍剪力墻材料改進(jìn)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)現(xiàn)狀[J].科技傳播，2013（04）：11～12.

[2]王敏，黃競(jìng)，胡靜，劉洪雨，陳亮，王麗.基于材料改進(jìn)的剪力墻典型專利[J].科技傳播，2013（03）：122～124.

[3]王敏，王麗，王瑞斌，許藝，李娜，張靜.基于材料改進(jìn)的剪力墻中國(guó)專利技術(shù)現(xiàn)狀研究[J].科技傳播，2013（03）：57～59.

TU318

A

1673-0038（2015）12-0031-02

2015-3-8

毛祖陽(yáng)（1982-），男，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的工作。