【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，業(yè)主對于建筑結(jié)構(gòu)的安全性及美觀性的要求越來越高。為了既提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，又能提高抗震性能，使得墻體無論是受豎向荷載或者水平作用都能起到較好的抗變形作用，從而對居住者提供最大的生存空間，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到不斷應(yīng)用，并成為目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要方法。

【關(guān)鍵詞】建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用研究

引言

隨著現(xiàn)代化建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不斷應(yīng)用新技術(shù)和新工藝，提高了建筑的質(zhì)量和抗震性能。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，提高了建筑的質(zhì)量，增加了建筑的穩(wěn)定性和抗震性能，能夠滿足人們對于建筑的需求，因此剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用越來越廣泛。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的概念及其分類

1、剪力墻結(jié)構(gòu)概念簡述

常見的剪力墻結(jié)構(gòu)高和寬等方面尺寸相對較大，但是在厚度方面卻相對較小，這些特點(diǎn)都決定了剪力墻結(jié)構(gòu)的幾何特征和受力形態(tài)，它的幾何特征和板有很多相似之處，但是其受力狀態(tài)卻和柱子有著驚人的相似之處，但是剪力墻結(jié)構(gòu)在比值上與柱子有著很大差異性。剪力墻結(jié)構(gòu)中的墻是一個平面結(jié)構(gòu)，墻在實際上承受著平面作用下的水平剪力和豎向壓力的雙重力量，地震作用和風(fēng)載下，剪力墻結(jié)構(gòu)如果只能滿足剛度強(qiáng)度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求的，其在實際應(yīng)用中還必須滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量消耗、控制結(jié)構(gòu)斷裂不倒等方面的要求，所以在常見剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中都是以延性彎曲型為主。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可以將其劃分為四個類型，主要是將剪力墻是否開洞及其開洞大小作為分類依據(jù)，實體墻又被稱為截面剪力墻，其在實際上不開洞或洞口面積小于15%，這一類剪力墻結(jié)構(gòu)的變形主要以曲型為主，而且在整個墻肢高度上彎矩圖既沒有彎點(diǎn)，也不會在使用中發(fā)生突變。第二類是整體小開口剪力墻，雖然這種類型剪力墻結(jié)構(gòu)的開口比較小，但是其開洞面積卻己經(jīng)大于15%，整個剪力墻結(jié)構(gòu)的變形是以彎曲型為主，但是在整個墻肢高度上卻沒有存在反彎點(diǎn)，彎矩圖的主要位置在實際上發(fā)生了突變。第三類是雙肢或多肢剪力墻，這個類型的剪力墻結(jié)構(gòu)一般開口較大，或者是其洞口成列分布，雖然這類剪力墻結(jié)構(gòu)在開口上與小開口剪力墻結(jié)構(gòu)有所不同，但是這兩種類型剪力墻結(jié)構(gòu)的手里特點(diǎn)十分相似。第四類是壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)，這種剪力墻結(jié)構(gòu)的洞口尺寸相對較大，連梁線和墻肢線的剛度較為接近，其受力墻的變形是因為受到剪切型影響，這種剪力墻結(jié)構(gòu)的手里特點(diǎn)和框架結(jié)構(gòu)較為相似，但是其應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)反彎點(diǎn)，彎矩圖在樓層的地方也會產(chǎn)生突變。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則

剪力墻的特點(diǎn)是外平面承載力小，內(nèi)平面承載力大，外平面剛度小，內(nèi)平面剛度大，因此，當(dāng)剪力墻和外平面方向的梁連接時，會產(chǎn)生墻肢平面外彎矩，因此，在設(shè)計過程中，要盡量避免剪力墻的外平面搭接。在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要盡量沿著主軸的方向進(jìn)行多向布置，盡可能的將不同方向的剪力墻連接在一起，但要防止出現(xiàn)拉通對直的現(xiàn)象；在進(jìn)行抗震設(shè)計時，要盡量保證兩個方向的側(cè)向剛度相同，并且剪力墻結(jié)構(gòu)要盡量簡單，防止出現(xiàn)單向有墻的情況，同時要盡量保證各個方向的剪力墻分布均勻，從而充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的工作性能。剪力墻的數(shù)量要科學(xué)、合理，如果剪力墻比較多，會增加抗側(cè)力的剛度，從而引起震力和重力的增加；如果剪力墻數(shù)量比較少，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力則會減小。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用

1、剪力墻平面布置

在進(jìn)行剪力墻平面布置時，要盡量防止出現(xiàn)單向有墻的情況，剪力墻要沿著主軸及其他方向進(jìn)行雙向、多向布置；剪力墻的抗側(cè)力剛度不能太大，一般情況下，為了充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度和承載力，可以適當(dāng)?shù)脑黾蛹袅Φ拈g距，從而保證剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度合適。設(shè)計人員可以根據(jù)經(jīng)驗公式T=（0.05～0.06）n（其中n為層數(shù)），計算出T值，從而判斷剪力墻的數(shù)量及側(cè)向剛度。如果計算結(jié)果T比搭模計算周期T1大，則可以適當(dāng)?shù)脑黾蛹袅Φ臄?shù)量；如果計算結(jié)果T比搭模計算周期T1小，則說明剪力墻比較多，可以適當(dāng)?shù)臏p少剪力墻的數(shù)量或者鑿開一些合理的孔洞，降低剪力墻的剛度。

2、約束邊緣構(gòu)件處理

無約束邊緣構(gòu)件剪力墻和有約束邊緣構(gòu)件剪力墻相比較，其極限承載力降低40%，極限層間位移角就會減少一倍，對地震能量的消耗能力就會減少20%，因此，在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)不同級別的剪力墻軸壓比，選用相對應(yīng)的邊緣構(gòu)件。剪力墻邊緣構(gòu)件可以分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩種情況，對于一級剪力墻和二級剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)剪力墻底部加強(qiáng)部位上面的普通部位和三級、四級非抗震設(shè)計建筑底部加強(qiáng)部位軸壓比小于相關(guān)規(guī)定時，要設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件；當(dāng)一級剪力墻和二級剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)剪力墻底部加強(qiáng)部位和高層建筑、重力荷載作用下墻體的軸壓比大于相關(guān)規(guī)定，要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

3、剪力墻墻身鋼筋

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般情況下，對于四級抗震設(shè)計和非抗震設(shè)計，剪力墻水平方向和垂直方向的分布筋配筋率不能小于0.20%；對于一級、二級、三級抗震設(shè)計，剪力墻水平方向和垂直方向的分布筋配筋率要小于0.25%。

4、剪力墻連梁問題

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，在水平荷載的作用下，墻肢會發(fā)生變形，從而引起連梁產(chǎn)生內(nèi)力，這時連梁端部的內(nèi)力會減小連接墻肢產(chǎn)生的變形內(nèi)力，從而約束墻肢變形，連梁對剪力墻結(jié)構(gòu)十分重要，因此，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要注意連梁問題的處理。連梁超筋是剪力墻連梁常見的問題，其本質(zhì)是剪力剪壓比無法滿足相關(guān)要求，當(dāng)墻段比較長時，連梁容易超筋的部位大多集中在中間段；當(dāng)墻段中墻肢截面高度相差比較大，并且分布不均勻時，墻肢處連梁容易出現(xiàn)超筋現(xiàn)象。出現(xiàn)連梁超筋現(xiàn)象后，可以采用以下幾種方法進(jìn)行處理：可以通過調(diào)整剪力墻中連梁彎矩剪力塑形進(jìn)行處理；根據(jù)實際情況，適當(dāng)?shù)臏p少連梁截面高度；當(dāng)連梁破壞對垂直方向的荷載影響不大時，可以從地震作用的角度進(jìn)行思考，放棄使用該連梁，計算獨(dú)立墻肢在多遇地震情況下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，墻肢配筋則應(yīng)按照兩次計算得出的大內(nèi)力進(jìn)行。

四、建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

1、平面結(jié)構(gòu)布置

平面結(jié)構(gòu)要具有良好的整體性，同時要做到簡單、均勻?qū)ΨQ、規(guī)則，對于長度、寬度比較大，或者不規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)，要設(shè)置合理的溫度伸縮縫，從而有效地提高結(jié)構(gòu)的整體性，為增強(qiáng)抗扭效果，要盡量沿著周邊布置剪力墻，對于質(zhì)量中心和結(jié)構(gòu)剛度中心偏差比較大的結(jié)構(gòu)，在地震作用下，受扭轉(zhuǎn)力的影響會產(chǎn)生巨大的破壞，因此，在設(shè)計過程中要注意盡量將質(zhì)量中心和結(jié)構(gòu)剛度中心重合在一起。

2、垂直結(jié)構(gòu)布置

由于垂直受力構(gòu)件在轉(zhuǎn)換過程中，會對建筑的垂直剛度造成影響，如果發(fā)生地震，這部分就會成為抗震的薄弱環(huán)節(jié)，因此，要對剪力墻轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)建在傳力過程中要盡量做到簡單、直接，避免出現(xiàn)水平方向的多級轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換次梁的現(xiàn)象。由于剪力墻轉(zhuǎn)換梁上一層墻體和中間支柱承載的垂直荷載比較大，因此，要盡量避免在這些部位設(shè)置門洞，同時要盡量加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層下部剪力墻的剛度。轉(zhuǎn)換層會對上下傳力構(gòu)件的直接傳力造成影響，因此，要將轉(zhuǎn)換層上部的垂直抗側(cè)力構(gòu)件直接設(shè)置在轉(zhuǎn)換層主結(jié)構(gòu)上，防止出現(xiàn)多級轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。

結(jié)束語

剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程中有十分廣泛的應(yīng)用，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要根據(jù)建筑工程的實際情況，確保制定的剪力墻結(jié)構(gòu)施工方案既符合施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又能滿足經(jīng)濟(jì)要求，從而為建筑工程的施工質(zhì)量提供保障，有效地促進(jìn)和諧和會的構(gòu)建。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊韜.不同剪力墻力學(xué)模型的程序在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中的比較研究[D].四川大學(xué)，2003.

[2]李芳.高層建筑短肢剪力墻—核心筒結(jié)構(gòu)合理剛度優(yōu)化設(shè)計研究[D].武漢理工大學(xué)，2006.

[3]李昱.高層住宅結(jié)構(gòu)方案比選及經(jīng)濟(jì)性分析[D].南昌大學(xué)，2012.

[4]劉建文.高層建筑結(jié)構(gòu)選型與布置及剪力墻合理數(shù)量研究[D].湖南大學(xué)，2006.