宋瑞

【摘 要】 隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑業(yè)在社會(huì)中占有越來(lái)越重要的地位，作為建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻成為建筑業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)應(yīng)用的很廣泛，但是因?yàn)槲覈?guó)并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定，使得很多的細(xì)則只能依據(jù)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)。由此剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。

【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言：

現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)中根據(jù)選材可以分為諸多類(lèi)型，例如砌體結(jié)構(gòu)類(lèi)型、鋼結(jié)構(gòu)類(lèi)型、混凝土結(jié)構(gòu)類(lèi)型等。而混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，由于剪力墻的截面運(yùn)用靈活，剪力墻結(jié)構(gòu)具有剛度大、整體性能強(qiáng)、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，容易滿足建筑使用功能及民眾對(duì)安全性能的需求，因此被廣泛應(yīng)用于建筑施工當(dāng)中。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的概述

剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類(lèi)荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在高層房屋中被大量運(yùn)用。剪力墻是建筑的一種豎向承重構(gòu)件，但其受力方式與柱子是不同的。一般在結(jié)構(gòu)體系中，由于剪力墻的剛度比較大，所以在承擔(dān)結(jié)構(gòu)的側(cè)向力方面有較大的貢獻(xiàn)，而在受力是往往剪力墻不出現(xiàn)反彎點(diǎn)。一般剪力墻用于高層建筑中較多，當(dāng)然在底框結(jié)構(gòu)中也要布置剪力墻。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)的種類(lèi)及分類(lèi)依據(jù)

1、有壁式框架的剪力墻

這種剪力墻的特點(diǎn)是洞口的尺寸比較大，墻肢線剛度與連梁線剛度非常接近，剪力墻在受力后呈現(xiàn)剪切型，這種受力特點(diǎn)和框架結(jié)構(gòu)非常相似。在高層建筑中采用這種剪力墻容易出現(xiàn)反彎點(diǎn)，在樓層處反彎圖也有可能發(fā)生突變。

2、截面剪力墻或者實(shí)體墻

這里所說(shuō)的截面剪力墻是指墻體不開(kāi)洞或者所開(kāi)洞的面積不超過(guò)15%。這種類(lèi)型的剪力墻在受力后的變形主要呈現(xiàn)為彎曲型，整體上看這種剪力墻像是一個(gè)懸壁墻，彎矩圖上既不存在反彎點(diǎn)，也不發(fā)生突變。

3、雙肢或者多肢剪力墻

這一類(lèi)型的剪力墻的特點(diǎn)是開(kāi)口比較大，而且洞口一般成列分布。

4、整體小開(kāi)口剪力墻

這一類(lèi)型的剪力墻開(kāi)口普遍較小，但是開(kāi)洞的面積比較大，一般不低于15%。整個(gè)剪力墻在受力后主要的變形方式是彎曲型，在整個(gè)墻肢上幾乎沒(méi)有反彎點(diǎn)，但在彎矩圖的中心位置容易發(fā)生突變。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問(wèn)題分析

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的一部分，也是最重要的一環(huán)，設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響到建筑物的安全、適用、經(jīng)濟(jì)和合理性。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不能太大，若采用的是全剪力墻的結(jié)構(gòu)，也就是除了門(mén)窗洞其他都是剪力墻，沒(méi)有任何后砌填充墻，則其側(cè)向剛度就會(huì)太大，此時(shí)的地震作用也就會(huì)變得較大，顯然是不經(jīng)濟(jì)的，也是不合理的。而對(duì)底層剪力墻設(shè)計(jì)厚度要求為：在對(duì)抗震進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，筒體與一般的剪力墻承所受的第一振型底部的地震傾覆力矩是不允許小于總底部地震的傾覆力矩的50%。對(duì)于短肢剪力墻比較多的結(jié)構(gòu)中，不少的設(shè)計(jì)人員會(huì)將較短的墻段畫(huà)成約束邊緣構(gòu)件或者是構(gòu)造邊緣構(gòu)件，并把計(jì)算所需要的縱向鋼筋均勻的配置于整個(gè)的墻段內(nèi)，很顯然這樣是很不妥的，因?yàn)榕渲糜趬χ幸约拜S附近的鋼筋是不能發(fā)揮其作用的，所以其縱向的鋼筋必須向著墻肢端部來(lái)集中，同時(shí)可以打印出剪力墻邊緣構(gòu)件配筋的計(jì)算結(jié)果來(lái)加以復(fù)核。另外，抗震墻的墻肢長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)墻厚的3倍時(shí)，要按柱的設(shè)計(jì)要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，箍筋必須沿全高進(jìn)行加密和SATWE等的程序在計(jì)算時(shí)，都要按照該條的規(guī)定進(jìn)行辦理。如墻厚的是200mm和墻肢的長(zhǎng)度為600～800mm，此時(shí)墻肢的長(zhǎng)度雖然為墻厚的3～4倍，但還是認(rèn)應(yīng)該按柱來(lái)配筋。某些設(shè)計(jì)人員在電算總信息里輸入的配筋率為0.30%，剪力墻的豎向和橫向分布筋也不需要過(guò)大，若墻厚的是200或者250mm，那么縱和橫向的分布筋都配Φ12@200雙排（配筋率達(dá)0.565%～0.452%）就是沒(méi)有必要的，但其鋼筋間距應(yīng)不大于200mm，以此來(lái)防止剪力墻的開(kāi)裂處。

四、剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算和配筋

1、剪力墻的墻身

剪力墻中包括的有豎向鋼筋和水平向鋼筋，在對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造和計(jì)算時(shí)，要對(duì)其用量進(jìn)行確定，主要對(duì)正截面中的抗彎承載力、斜截面中的抗剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算。剪力墻中的鋼筋配置要求為：在一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的抗震設(shè)計(jì)中，豎向配筋率與水平配筋率不能低于0.25%；在四級(jí)、一級(jí)非抗震設(shè)計(jì)中，其配筋率不能低于0.2%。另外，剪力墻的豎向鋼筋與水平鋼筋之間的距離適宜在300mm左右，直徑不能低于8mm。

2、對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行控制

為了有效的保證結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)合理性，需要對(duì)位移比、剛重比、側(cè)向剛度比、層間位移角以及周期比等參數(shù)進(jìn)行控制。其中，位移比指的是在高層建筑中，其豎向構(gòu)件自身的層間位移、水平位移和本樓層平均值之間的比值。主要對(duì)結(jié)構(gòu)布置自身具有的不規(guī)則性進(jìn)行限值，能夠防止出現(xiàn)大的偏心力，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。另外，位移比限制主要是將剛性樓板基礎(chǔ)進(jìn)行確定的，在對(duì)偏心力因素進(jìn)行考慮的前提下，高樓建筑中豎向構(gòu)件中的位移比小能高于1.2。

3、樓層之間最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則

在建筑工程項(xiàng)目中，為了有效的減輕結(jié)構(gòu)自重、避免因?yàn)榈卣鸲l(fā)建筑結(jié)構(gòu)垮塌問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮少布置剪力墻，但是這一前提必須是在剪力墻滿足建筑結(jié)構(gòu)豎向、水平荷載的要求下，從而合理、科學(xué)的布置剪力墻，這樣不僅能減少工程施工和投入，而且能大大的提高建設(shè)效益。

4、樓層層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則

對(duì)于常規(guī)建筑工程施工建設(shè)而言，設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)主要是置放在兩主節(jié)點(diǎn)的扭曲和施工建設(shè)中，是通過(guò)科學(xué)控制扭轉(zhuǎn)變形和抗剪切能力來(lái)達(dá)到預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)工作模式，但是在剪力墻建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，豎向荷載的多少是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，如果豎向構(gòu)件的數(shù)量過(guò)多，必然會(huì)導(dǎo)致剪力墻比重大，給水平荷載造成威協(xié)，如果設(shè)計(jì)過(guò)少卻又無(wú)法滿足工程施工建設(shè)要求，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)久性、功能性不佳，給施工效益造成威脅。

五、剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算優(yōu)化

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求結(jié)合建筑自身特點(diǎn)來(lái)判斷結(jié)構(gòu)是否合理。布置剪力墻，盡可能布置大開(kāi)間剪力墻，盡量做到結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心相一致，尤其是剪力墻的平面布置、墻肢的長(zhǎng)短等均應(yīng)合理，使得樓層最小剪力系數(shù)、位移、周期等盡可能接近規(guī)范限值。這樣既能夠減輕結(jié)構(gòu)整體重量，又能夠有效減小地震效應(yīng)，同時(shí)也能達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。因此，對(duì)于高層建筑的平面結(jié)構(gòu)布置應(yīng)盡可能的均勻，使結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形最小，而不能僅根據(jù)層間位移不夠就不停地增加豎向構(gòu)件的剛度。限定其比值使得抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更合理、更有效、更經(jīng)濟(jì)，使整體結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)比較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，我們應(yīng)將豎向構(gòu)件盡可能沿建筑周邊均勻布置，調(diào)整結(jié)構(gòu)中間部位構(gòu)件的剛度，這樣既有效提高結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向剛度，又能夠大幅度的提高整體結(jié)構(gòu)剛度。

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻連梁這一耗能構(gòu)件，其超限問(wèn)題尤為特出：連梁的剪切破壞將對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震產(chǎn)生極為不利的影響，并將大大降低結(jié)構(gòu)的延性。連梁的跨高比小于2.5的其剛度大，極容易出現(xiàn)彎矩、剪力超限。因此在高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要注意對(duì)其連梁進(jìn)行強(qiáng)剪弱彎的驗(yàn)算，以保證連梁的剪切破壞晚于彎曲破壞。而且我個(gè)人認(rèn)為在工程實(shí)際應(yīng)用中人為加大連梁縱筋的操作一定要慎之又慎，因?yàn)檫@樣就有可能無(wú)法滿足其強(qiáng)剪弱彎的要求。當(dāng)然也不能單純地認(rèn)為加大箍筋就一定能夠確保其強(qiáng)剪弱彎的要求，這是由于當(dāng)連梁不能滿足其截面控制條件時(shí)，盲目地加大箍筋必然會(huì)導(dǎo)致連梁在其箍筋還未充分發(fā)揮作用時(shí)就發(fā)生剪切破壞。這樣對(duì)工程造價(jià)增加了，而安全卻沒(méi)有得到加強(qiáng)，對(duì)于那些跨高比大于2.5的連梁，應(yīng)注意將其剪力設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)。剪力墻的墻體配筋：對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，剪力墻是數(shù)量是比較大的，對(duì)于合理的布置墻體配筋對(duì)于工程的經(jīng)濟(jì)及結(jié)構(gòu)安全性都有重要的作用。配筋應(yīng)滿足規(guī)范建議的最小配筋率即可但同時(shí)還應(yīng)服從整體結(jié)構(gòu)計(jì)算的需要。

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是，既要發(fā)揮這種體系剛度大、抗震性好等優(yōu)點(diǎn)，又要克服其工程費(fèi)用高等缺點(diǎn)。在許多情況下，并不是鋼筋配的越多越好，剪力墻越多越安全，認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員非常重要。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)針對(duì)不同的項(xiàng)目進(jìn)行合理的分析，選擇與實(shí)際情況最接近的受力模型并充分了解所使用軟件，合理選用計(jì)算參數(shù)，只有這樣才能夠做到結(jié)構(gòu)安全，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行反復(fù)的優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)，在注重概念設(shè)計(jì)的前提下，認(rèn)真調(diào)整優(yōu)化各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，使整體結(jié)構(gòu)達(dá)到相對(duì)較優(yōu)的結(jié)果。這就要求我們?cè)诮窈蟮脑O(shè)計(jì)中要不斷提高設(shè)計(jì)水平及改進(jìn)設(shè)計(jì)理念。

六、結(jié)束語(yǔ)

維護(hù)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理，就要全面確保一些構(gòu)件的精準(zhǔn)計(jì)算，可以引入結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法，進(jìn)行科學(xué)的檢查和驗(yàn)證，例如：常見(jiàn)的邊緣結(jié)構(gòu)的計(jì)算和設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出結(jié)論：在墻肢截面兩側(cè)裝配翼緣能夠全面提升其延展性，然而，經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究則顯示出完全不同的結(jié)論，所以，在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐操作過(guò)程中，一方面需要科學(xué)運(yùn)用有關(guān)理論和計(jì)算方法，另一方面也要積極做好實(shí)驗(yàn)，將理論研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證聯(lián)系起來(lái)，最終獲得最科學(xué)的結(jié)果。

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