施岳群

身份證號(hào) 320683198311194127

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)用初探

施岳群

身份證號(hào) 320683198311194127

隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的深入，我國(guó)各項(xiàng)事業(yè)都在蓬勃發(fā)展，建筑事業(yè)也不例外。物質(zhì)精神生活的豐富的同時(shí)，人們對(duì)建筑物的功能性以及工程質(zhì)量產(chǎn)生了更高的需求。本章中主要就剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行論述和分析。

剪力墻；建筑結(jié)構(gòu)；抗震性能；抗側(cè)剛力

1 前言

隨著人們物質(zhì)精神生活的逐漸豐富，人們對(duì)建筑的功能性和工程質(zhì)量產(chǎn)生了更高的需求，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本相對(duì)較高、功能性以及安全性能也存在或多或少的問(wèn)題，因此優(yōu)化傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)更加科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為我國(guó)建筑界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，于是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和抗側(cè)剛度被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并逐漸發(fā)展稱為我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流形式之一。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義

簡(jiǎn)而言之剪力墻結(jié)構(gòu)就是在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)中，通過(guò)添加或替換的方式使用鋼筋混凝土墻來(lái)分擔(dān)其他建筑結(jié)構(gòu)承受的壓力或張力。傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑的水平張力和垂直壓力都由承重墻來(lái)承擔(dān)，但是承重墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)法有效緩沖橫向水平力對(duì)建筑的影響，因此需要一種建筑結(jié)構(gòu)來(lái)和承重墻形負(fù)荷分工，因此需要剪力墻。剪力墻以其良好的抗震能力、抗側(cè)剛度被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)分類

常見(jiàn)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有四種，分別為實(shí)體墻、開(kāi)小口的剪力墻、多肢剪力墻、壁式框剪力墻，這四種剪力墻是各有其特點(diǎn)，其中實(shí)體墻是唯一不在墻體上鑿洞的剪力墻類型。

實(shí)體墻，顧名思義就是墻體截面上沒(méi)有鑿洞的實(shí)實(shí)在在的墻體，但建筑學(xué)中將鑿洞面積不足15%的剪力墻統(tǒng)稱為實(shí)體墻。這類剪力墻能夠產(chǎn)生曲型變形，墻體的剛性較強(qiáng)，不易產(chǎn)生反曲或突變，具有良好的承重能力，能有效分擔(dān)主要承重墻承受的負(fù)荷，但在水平方向上剪力的分擔(dān)上存在不足，主要是韌性不足導(dǎo)致的問(wèn)題。

開(kāi)小口的剪力墻是在實(shí)體墻的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種剪力墻的墻體上有鑿洞的設(shè)計(jì)，這種墻體能夠發(fā)生彎曲型的形變，雖然不容易產(chǎn)生反曲，但存在突變的可能，剛性較實(shí)體墻差，但能夠更加有效地緩沖水平方向上的剪切力。

多肢剪力墻是對(duì)開(kāi)小口剪力墻的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，通過(guò)在墻體上以列狀分布特點(diǎn)鑿洞來(lái)增加剪力墻的韌性，這類剪力墻的穩(wěn)定性較開(kāi)小口的剪力墻高，不容易發(fā)生反曲和突變，受力情況與開(kāi)小口的剪力墻相似。

壁式框剪力墻完全不同于實(shí)體墻，這類剪力墻開(kāi)洞尺寸較大，能夠發(fā)生剪切型的形變，結(jié)構(gòu)功能性較強(qiáng)，但垂直方向上承載能力較弱，不適宜作為主要荷載結(jié)構(gòu)使用。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

(1)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在建筑主要軸線方向上，這是由于剪力墻尤其是發(fā)揮抗震功能的剪力墻其需要承受垂直和水平兩個(gè)方向上的力，沿建筑主軸分布能夠使多個(gè)抗側(cè)剛度接近，即使多個(gè)自振周期接近。

(2)剪力墻沿豎向改變時(shí)，允許沿高度改變墻厚和混凝土等級(jí)，或減少部分墻肢，使抗側(cè)剛度逐漸減小，避免各層剛度突變，造成應(yīng)力集中。

(3)高層建筑不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，短肢墻應(yīng)盡可能設(shè)置翼緣。在短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體(或一般剪力墻)，以形成共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

(4)不宜將樓面主梁直接支承在剪力墻之間的連梁上。因?yàn)橐环矫嬷髁憾瞬考s束達(dá)不到要求，連梁沒(méi)有抗扭剛度去抵抗平面外彎矩;另一方面對(duì)連梁本身不利，連梁本身剪切應(yīng)變較大，容易出現(xiàn)裂縫，因此應(yīng)盡量避免。

(5)當(dāng)剪力墻需要進(jìn)行較長(zhǎng)的鑿洞設(shè)計(jì)時(shí)，需將剪力墻分布在若干墻段中，并且墻段之間盡可能采取弱梁進(jìn)行連接。墻體較短時(shí)，形變后產(chǎn)生裂縫寬度較小，墻體的配筋能夠充分分擔(dān)水平方向上的剪切力，因此墻肢截面高度盡可能保持在8m以下。

5 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

綜合來(lái)說(shuō)，剪力墻作為一種功能性建筑結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要從建筑的使用功能、墻體構(gòu)件類型、施工工藝和綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)等因素多個(gè)方面進(jìn)行考量。設(shè)計(jì)時(shí)需要嚴(yán)格沿建筑主體的連個(gè)正交的主軸方向進(jìn)行順序布置?；旧献裱嗽瓌t，即均勻、對(duì)稱、周邊、分散，來(lái)設(shè)計(jì)并布置剪力墻。下面主要就剪力墻的數(shù)量控制和布置要點(diǎn)兩個(gè)方面對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析和論述。

5.1 剪力墻數(shù)量控制

剪力墻是為了承擔(dān)水平方向上由于外部因素導(dǎo)致的剪切力的建筑結(jié)構(gòu)，但不同于承重墻，承重墻可以通過(guò)增加數(shù)量的方式來(lái)提高承重墻整體的荷載能力，而剪力墻并非通過(guò)數(shù)量增加而能形成群體效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。剪力墻如果數(shù)量過(guò)多反而會(huì)增加建筑自身的質(zhì)量，垂直方向上的荷載增大反而不利于水平剪切力的緩沖，因此剪力墻應(yīng)當(dāng)數(shù)量適當(dāng)，才能最大限度發(fā)揮其抗?fàn)幠芰Α⒖箓?cè)剛力。

5.2 剪力墻布置要點(diǎn)

剪力墻作為墻體結(jié)構(gòu)的一種類型，其也會(huì)承受垂直方向上的荷載，這點(diǎn)與常規(guī)承重墻相同，主要由構(gòu)成墻體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)承擔(dān)。為了最大限度發(fā)揮剪力墻承擔(dān)水平剪力的性能，因此需要盡可能改善其在垂直方向上的受力情況，在設(shè)計(jì)上就需要沿著建筑物主要軸線方向進(jìn)行設(shè)計(jì)布置，同時(shí)遵循上文剪力墻設(shè)計(jì)原則中的第一點(diǎn)。

5.3 剪力墻的類型選擇

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)剪力墻的類型選擇也是很重要的一個(gè)方面，不同類型的剪力墻受力情況以及功能性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不相同，因此需要根據(jù)建筑功能性需求進(jìn)行剪力墻類型上的選擇。例如需要剪力墻同時(shí)分擔(dān)垂直方向荷載和水平方向剪切力，并且這兩個(gè)方向上的力較大時(shí)選擇韌性適當(dāng)，剛性較強(qiáng)的實(shí)體墻較合理。此外剪力墻和建筑整體構(gòu)成美學(xué)也是剪力墻類型選擇時(shí)的一個(gè)重要參考指標(biāo)。

5.4 其他要點(diǎn)

剪力墻要避免洞口與墻邊，洞口與洞口之間形成小墻肢。小墻肢寬度不宜小于三倍墻厚(否則應(yīng)按框架柱設(shè)計(jì))，并用暗柱加強(qiáng)；控制剪力墻平面外彎矩，應(yīng)采取增加與沿梁軸線方向的垂直墻肢，或增加壁柱、柱等方式，來(lái)減少梁端部彎矩對(duì)墻的不利影響。對(duì)截面較小的樓面梁可設(shè)計(jì)為鉸接或半剛接，減小墻肢平面外彎矩；同時(shí)在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到建筑施工的人力成本和資源成本問(wèn)題，盡可能將資源進(jìn)行合理有效的分配，使資源利用率最大化。

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