王春燕

隨著建筑層高不斷增加，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性。剪力墻作為提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性的有效技術(shù)措施受到廣泛關(guān)注，業(yè)界對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用探討也在不斷深入。但在實(shí)際的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，由于工程情況不同，剪力墻結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和主要功能設(shè)計(jì)也不同，可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理的情況。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用研究和分析。

1 工程概況

以某高層建筑工程項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目為住宅樓，地上部分共32層，地下2層。結(jié)構(gòu)主體高度為98 m，安全等級(jí)為二級(jí)，使用年限50 年，抗震等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7 度。根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，決定采用剪力墻結(jié)構(gòu)形式。活荷載標(biāo)準(zhǔn)值如表1 所示。

表1 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型

2.1 按洞口大小分類

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要開設(shè)門窗洞口，主要包括以下幾種類型。一是整體剪力墻。墻面不存在洞口或者洞口很小，洞口面積不大于剪力墻總面積的15%，并且洞口間的凈距及洞口與墻邊的距離均大于洞口長(zhǎng)邊尺寸，即為整體剪力墻[1]。二是整體小開口墻。門窗洞口開口面積超過總面積的15%。三是聯(lián)肢剪力墻。此類型剪力墻上存在一列或者多列大洞口，洞口面積為整體墻面面積的30%～50%，一列洞口的墻體稱為雙肢剪力墻，多列洞口的墻體稱為多肢剪力墻。四是壁式框架。壁式框架指剪力墻洞口尺寸較寬大，總面積超過墻體面積的50%，墻肢寬度相對(duì)較小。剪力墻結(jié)構(gòu)類型如圖1 所示。

圖1 剪力墻結(jié)構(gòu)類型（來源：網(wǎng)絡(luò)）

2.2 按墻肢截面高厚比分類

按照墻肢截面的高度和厚度比值進(jìn)行劃分，主要包括小墻肢、短肢剪力墻以及普通剪力墻3 種，其墻肢截面高厚比分別為不大于4、4 ～8 以及8 以上。

3 剪力墻布置原則

（1）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于短肢剪力墻剪切變形較大，會(huì)使整體結(jié)構(gòu)較柔，因此建議優(yōu)先選用整體系數(shù)接近的聯(lián)肢剪力墻。

（2）合理布置剪力墻，保障墻肢長(zhǎng)度合理。在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)沿主軸或其他方向進(jìn)行雙向設(shè)計(jì)，避免墻肢過長(zhǎng)或者過短，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)容易受到地震破壞或者抗側(cè)剛度下降，影響結(jié)構(gòu)抗震性能。

（3）墻面門窗洞口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、均勻、整齊，以免影響結(jié)構(gòu)抗震性能。尤其是抗震等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)時(shí)，應(yīng)避免設(shè)計(jì)疊合錯(cuò)洞墻面，盡量保持洞口處于同一直線。

（4）為保障剪力墻的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以矩形、T 形以及L 形剪力墻結(jié)構(gòu)為主。

（5）避免削減開洞較多、較大的剪力墻外墻結(jié)構(gòu)，以免發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)[2]。

4 剪力墻在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 基礎(chǔ)承重構(gòu)件設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)的主要功能是保障建筑物在不同方向受力穩(wěn)定，而發(fā)揮此功能的主要部位為剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和承重構(gòu)件，確保剪力墻在承重以及抗震方面具有良好的性能。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)注重加強(qiáng)配筋率的計(jì)算和分析。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況以及地質(zhì)條件的分析，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在水平及豎直方向上的受力情況進(jìn)行研究，以此明確配筋率等相關(guān)指標(biāo)的測(cè)算。在計(jì)算剪力墻配筋率的過程中，需要明確以下要求：第一，剪力墻各方向的配筋率應(yīng)在0.25%以上。第二，部分框支剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋率應(yīng)保持在0.3%以上。

對(duì)案例工程中的剪力墻配筋計(jì)算進(jìn)行分析，在墻體內(nèi)側(cè)布置水平鋼筋，外側(cè)布置豎向鋼筋，在保障墻體高度符合工程設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性。此外，還需要結(jié)合實(shí)際情況分析現(xiàn)澆段和裝配式構(gòu)件材料的占比，確保剪力墻外平面墻肢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性[3]。

4.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保障剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮抗震性能，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度和應(yīng)力數(shù)據(jù)等方面的控制。結(jié)合案例工程實(shí)際情況，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)展開雙向設(shè)計(jì)，對(duì)于固定墻肢的長(zhǎng)度要求較高，因此在進(jìn)行剪力墻參數(shù)測(cè)算過程中，應(yīng)從剛度中心位置展開，以保障墻肢長(zhǎng)度設(shè)計(jì)及相應(yīng)連梁高度設(shè)計(jì)的合理性。此外，為保障數(shù)據(jù)測(cè)算準(zhǔn)確，需要加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)剛度中心與建筑結(jié)構(gòu)中心之間的偏差控制，若二者偏離較大，為了保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，還需要對(duì)剪力墻墻肢和連梁參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。同時(shí)，還應(yīng)對(duì)墻體高厚比進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)于高厚比小于4 的情況，需要采取柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 ；對(duì)于高厚比等于4 的情況，則需要采取異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，按雙面受壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

由于不同高度建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)不同，中低層剪力墻的承載力和平面剛度通常較強(qiáng)，但平面外的承載力及剛度卻較弱。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要合理設(shè)計(jì)平面外的梁結(jié)構(gòu)，以有效優(yōu)化梁肢平面的彎距參數(shù)。另外，剪力墻的自振周期較短，抗側(cè)剛度較強(qiáng)，導(dǎo)致發(fā)生地震時(shí)建筑結(jié)構(gòu)需要承受很大的水平地震作用，可能會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生不良影響。為減少水平剪力影響，可采取適當(dāng)縮減墻體厚度、減少墻體數(shù)量等方式，降低建筑結(jié)構(gòu)自重，提升結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度。

4.3 連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)建筑受到水平荷載時(shí)，墻肢會(huì)發(fā)生彎曲變形，使得連梁端部產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，降低墻肢抗震性能。為保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要合理設(shè)計(jì)連梁。

（1）連梁剛度設(shè)計(jì)。剪力墻墻肢有較大的剛度，在水平力作用下，剪力墻產(chǎn)生較大內(nèi)力，進(jìn)而引發(fā)連梁裂縫，降低結(jié)構(gòu)剛度。因此，剪力墻設(shè)計(jì)過程中，在滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求的前提下，可結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)折減連梁剛度。在分析連梁剛度折減時(shí)，折減系數(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度間的關(guān)系緊密。若設(shè)防烈度較低，則連梁剛度折減系數(shù)較大，反之則會(huì)導(dǎo)致折減加大；為保障連梁承載力符合要求，折減系數(shù)應(yīng)大于0.5[4]。

（2）洞口寬度設(shè)計(jì)。優(yōu)化連梁剛度折減系數(shù)也可以通過調(diào)整剪力墻洞口寬度進(jìn)行控制，可結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求適當(dāng)增加洞口寬度，以達(dá)到降低結(jié)構(gòu)剛度的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)地震作用的有效控制。

（3）剪力墻厚度設(shè)計(jì)。案例工程為高層建筑，對(duì)于荷載要求較為嚴(yán)格。經(jīng)過試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)連梁的寬度與可承受荷載間存在正比關(guān)系，即隨著連梁寬度的增加，結(jié)構(gòu)可承受的荷載也會(huì)有所提升。因此，為強(qiáng)化其抗震性能，可適當(dāng)增加剪力墻厚度，以達(dá)到擴(kuò)大連梁截面寬度的效果，保證結(jié)構(gòu)剛度。此外，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于抗震等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)的建筑工程而言，在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)過程中，為保證整體結(jié)構(gòu)的承載力與穩(wěn)定性，需要加厚墻體的底部，使其達(dá)到200 mm 以上，其他部位的墻體厚度應(yīng)在160 mm 以上。因此，在剪力墻設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)建設(shè)區(qū)域的實(shí)際情況及工程特點(diǎn)，合理進(jìn)行墻體厚度的調(diào)控和設(shè)計(jì)，全面保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

經(jīng)過計(jì)算分析，案例工程中剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)及取值如表2 所示。

表2 剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)及取值

4.4 抗震防御性能設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)抗震防御性能設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

（1）明確建筑基本信息。事先進(jìn)行場(chǎng)地地基分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡卣鹛攸c(diǎn)合理確定抗震設(shè)計(jì)等級(jí)。通過對(duì)地震加速度、周期以及土層情況等方面的分析，最終確定案例工程的抗震等級(jí)為二級(jí)。加強(qiáng)對(duì)于當(dāng)?shù)仫L(fēng)荷載、地質(zhì)情況等的分析，確定建筑層高設(shè)計(jì)及地基承載力范圍，合理選擇相應(yīng)的地基基礎(chǔ)[5]。

（2）剪力墻平面布置。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的豎向荷載和水平荷載都由剪力墻墻體承受，因此剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)沿主軸方向進(jìn)行，盡可能確保結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)稱，避免后續(xù)出現(xiàn)建筑重心和剛度偏移過大的情況。剪力墻的墻肢長(zhǎng)度應(yīng)控制在8 m以內(nèi)，同時(shí)避免側(cè)向剛度比過大。

（3）抗震防線的設(shè)計(jì)。在建筑外邊緣、角點(diǎn)處墻肢以及底部外圍墻肢和連梁等薄弱部位，應(yīng)加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，如連梁長(zhǎng)度應(yīng)控制在6 m 以內(nèi)，墻肢長(zhǎng)度超過8 m 應(yīng)適當(dāng)設(shè)置洞口等。

4.5 大墻肢設(shè)計(jì)處理

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為避免大墻肢結(jié)構(gòu)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，降低結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要在建模環(huán)節(jié)對(duì)其進(jìn)行集中分析和處理，以此明確剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中存在的隱患，合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

（1）可通過適當(dāng)開孔將長(zhǎng)墻肢轉(zhuǎn)化為短墻肢，并在施工完畢后封堵孔洞，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保整體結(jié)構(gòu)滿足建筑抗震設(shè)計(jì)要求。

（2）墻肢設(shè)計(jì)過程中，還可以在保障剪力墻結(jié)構(gòu)承載力符合要求的基礎(chǔ)上，通過封層間隔方式將大墻肢結(jié)構(gòu)劃分為多個(gè)獨(dú)立墻段，提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）對(duì)建筑四周墻體進(jìn)行加固處理的過程中，可結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)情況調(diào)整大墻肢結(jié)構(gòu)的空間位置，并合理優(yōu)化墻體的配筋設(shè)計(jì)，通過縱橫向力學(xué)分析調(diào)整裝配式構(gòu)件及混凝土結(jié)構(gòu)比例，以此保障長(zhǎng)墻肢與短墻肢結(jié)構(gòu)的承載力與剛度等均能滿足建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求[6]。

5 結(jié)語

本文以實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，針對(duì)其中剪力墻的實(shí)際應(yīng)用原則及相應(yīng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開詳細(xì)探討，并總結(jié)了剪力墻設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用剪力墻時(shí)，需要充分結(jié)合建筑設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)、配筋數(shù)量、規(guī)格形式等方面的設(shè)計(jì)和調(diào)整，并加強(qiáng)各種情況下建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析，以確保剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求，全面保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。隨著對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)的深入分析和探討，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平將會(huì)進(jìn)一步提升。