剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究論文
摘要:在建筑行業(yè)發(fā)展中，剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。剪力墻由于抗震性能好、抗側(cè)剛度大等優(yōu)點(diǎn)在目前建筑施工中得到廣泛推廣和應(yīng)用。為了提高建筑水平、保證建筑質(zhì)量，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格遵循剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，規(guī)范剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，科學(xué)、合理地運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞:剪力墻結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);應(yīng)用
目前，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)并沒有相關(guān)規(guī)范條例，設(shè)計(jì)者應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中時(shí)參照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和建筑實(shí)際要求來設(shè)計(jì)。剪力墻結(jié)構(gòu)能夠更好地適應(yīng)建筑的發(fā)展需求，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的一種結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)得當(dāng)不僅能減少建筑施工時(shí)間，以其抗側(cè)剛度大等優(yōu)勢(shì)還能增加建筑使用年限，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要的地位。雖然剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，但是并不是所有建筑都適用，設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮，根據(jù)可靠分析來設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，才能最大限度發(fā)揮其作用。
1剪力墻結(jié)構(gòu)概述
1.1剪力墻結(jié)構(gòu)
剪力墻結(jié)構(gòu)是指建筑(包括房屋極其附屬的建筑物)用來承受風(fēng)荷載或者地震等自然災(zāi)害引起的水平荷載的墻體，因此又叫做抗風(fēng)墻、抗震墻或者結(jié)構(gòu)墻。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初衷是為了防止建筑結(jié)構(gòu)遭受外力破壞，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。所謂建筑結(jié)構(gòu)，根據(jù)施工方法分為:混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及框筒結(jié)構(gòu)等，剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)剛度大、用鋼量小以及抗震性能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，對(duì)比其他建筑結(jié)構(gòu)，剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣泛。剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑材料一般選用鋼筋混凝土，利用鋼筋混凝土墻板承受建筑結(jié)構(gòu)來自豎向受力和橫向受力，但在實(shí)際施工中，剪力墻結(jié)構(gòu)主要指豎向的代替梁柱受力的鋼筋混凝土墻板(見圖1)，水平方向仍然是用鋼筋混凝土的大樓板搭載墻上實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)水平力的控制。
1.2剪力墻特征及種類
根據(jù)剪力墻的墻體是否開洞以及開洞尺寸的大小，6～7m的為大開間，3～3.9m的為小開間，而小開間剪力墻較經(jīng)濟(jì)合理，減少了建筑成本，增大了建筑使用面積。剪力墻結(jié)構(gòu)分別有以下四種:①實(shí)體墻，其中只有實(shí)體剪力墻結(jié)構(gòu)墻體不開洞。實(shí)體墻的變形主要是曲型，墻體承受能力比較強(qiáng)，不會(huì)發(fā)生突變，穩(wěn)定性較好。②整體小開口剪力墻，相對(duì)來說截面墻體開洞面積較小，占整個(gè)墻體面積的比例不超過15%，變形為彎曲型，彎矩圖處有可能發(fā)生突變。③多肢或雙肢剪力墻，墻體開洞面積過大并且洞口成列狀分布，彎矩圖處不會(huì)發(fā)生異常情況，受力特點(diǎn)和整體小開口剪力墻相似。④壁式框架剪力墻。墻體開洞面積在幾種剪力墻結(jié)構(gòu)中是最大的'，墻肢線與連梁線上的剛度比較接近，變形為剪切型，受力特點(diǎn)與框架結(jié)構(gòu)相似。
2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
2.1剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)
2.1.1對(duì)墻體進(jìn)行受力分析
剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，墻體作為平面構(gòu)件承受著建筑結(jié)構(gòu)水平、垂直方向的剪力和彎矩，因此，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)墻體自身的實(shí)際受力情況進(jìn)行充分研究和分析，保證墻體質(zhì)量，才能發(fā)揮出剪力墻應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要效果。
2.1.2平面內(nèi)搭接
剪力墻的主要作用就是代替原始建筑結(jié)構(gòu)中的梁柱受力，決定了剪力墻結(jié)構(gòu)在同一平面內(nèi)對(duì)自身剛度和承載力的要求。首先，剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置方向應(yīng)該盡量沿著主軸的方向，不能出現(xiàn)對(duì)直或拉通的現(xiàn)象，若方向不一樣，則應(yīng)該使剪力墻結(jié)構(gòu)連在一起，只有這樣，剪力墻結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮出在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的價(jià)值。再者，剪力墻結(jié)構(gòu)在垂直方向上要做到從下往上連續(xù)的布置，避免發(fā)生剛度突變，且剛度要分配均勻，剪力墻結(jié)構(gòu)開的洞口要形成明確的墻肢和連梁。最后，合理控制剪力墻結(jié)構(gòu)的數(shù)量，在建筑結(jié)構(gòu)平面布置和設(shè)計(jì)時(shí)不能使剪力墻結(jié)構(gòu)過于密集，需要平衡抗側(cè)力剛度，如果抗側(cè)力剛度過大，剪力墻結(jié)構(gòu)重力加大，無形中對(duì)建筑抗震能力造成威脅。由于處在平面外的剛度和承載力相對(duì)較小，在建筑設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量避免平面外的梁體與剪力墻連結(jié)，影響剪力墻彎矩發(fā)生突變導(dǎo)致施工質(zhì)量問題，實(shí)在無法避免的情況下，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)加固剪力墻結(jié)構(gòu)(見圖2)，確保剪力墻平面內(nèi)外安全。
2.1.3調(diào)整超限
1)剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循建筑樓層之間最小剪力數(shù)的原則，例如在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期，考慮到提高建筑抗震性時(shí)需要適當(dāng)降低建筑結(jié)構(gòu)自身重量，剪力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩40%以內(nèi)的前提下，盡量控制剪力墻的數(shù)量［1］。2)有必要對(duì)樓層之間最大位移與樓層高之間的比例進(jìn)行調(diào)整的原則，為滿足地震作用等對(duì)建筑造成扭轉(zhuǎn)或剪切變形導(dǎo)致的建筑樓層之間發(fā)生位移的需要，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能只依靠控制豎向構(gòu)件數(shù)量來對(duì)建筑變形進(jìn)行處理，調(diào)整樓層之間最大位移和樓層高比例可以盡量減少樓層之間的扭轉(zhuǎn)、剪切變形。3)超限的具體內(nèi)容是依據(jù)相關(guān)規(guī)定，剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁剪力和彎矩的跨高比須＞2.5，反之，如果跨高比＜2.5，則視為超過規(guī)定限度，但是跨高比大于2.5并不等于越大越好。例如當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)連梁跨高比在5～6時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致連梁剛度發(fā)生變化，但是剪力墻出現(xiàn)超限現(xiàn)象，剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)生突變概率增大，不利于整體建筑結(jié)構(gòu)施工，這種情況應(yīng)該采取框架結(jié)構(gòu)的方式設(shè)計(jì)剪力墻。所以，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，超限調(diào)整也是必不可少的內(nèi)容之一，既保證剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量，又能有效控制建筑結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量。
2.2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
2.2.1平面布置
明確定位剪力墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)，平面布置應(yīng)盡量均勻、對(duì)稱，同一平面內(nèi)外的剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心完全重合，減少扭曲，增加穩(wěn)固性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中較長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)要設(shè)計(jì)開洞口，并均勻分配成長(zhǎng)度相等的幾段墻面，為避免剪力墻發(fā)生剪切破壞，相關(guān)施工指標(biāo)規(guī)定:每段獨(dú)立墻面總高度與截面高度之間的比例必須≥2。剪力墻結(jié)構(gòu)洞口一定要保證上下對(duì)齊，成列布置，避免墻洞交錯(cuò)疊合導(dǎo)致剪力墻受力剛度減小，否則剪力墻結(jié)構(gòu)容易變形，發(fā)生施工事故。在建筑結(jié)構(gòu)抗震功能設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行雙向或多向設(shè)置對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的功能性有一定的保障，形成一定的空間工作結(jié)構(gòu)，當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)洞口與墻邊或洞口與洞口之間形成墻肢截面高度與厚度比例＜4的小墻肢時(shí)，應(yīng)該采取框架柱箍筋設(shè)計(jì)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行全高加密。對(duì)較長(zhǎng)的墻肢要分為兩個(gè)墻肢施工，超過8m長(zhǎng)的墻肢都應(yīng)設(shè)置施工洞使其劃分為小墻肢。同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度不宜過大，否則會(huì)導(dǎo)致墻體自身重力增大，違背了抗震性能設(shè)計(jì)的初衷。剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度值可以通過公式:T=n(0.05～0.06)來計(jì)算，式中，n為建筑結(jié)構(gòu)的樓層數(shù)，建筑施工建模時(shí)計(jì)算得出精確數(shù)據(jù)，防止抗側(cè)力剛度過大影響建筑施工。
2.2.2墻肢截面厚度
剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)墻體厚度施工有明確規(guī)范條例，例如短肢剪力墻，條例規(guī)定其底部加強(qiáng)部位不能＜0.2m，其他部位必須＞0.18m。剪力墻的厚度應(yīng)按階段變化，為防止剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)生剛度突變，剪力墻階段變化范圍應(yīng)控制為50～100mm，且要均勻連續(xù)變化，當(dāng)混凝土等級(jí)和強(qiáng)度改變同時(shí)發(fā)生時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須將兩者錯(cuò)開樓層。剪力墻結(jié)構(gòu)墻體厚度的規(guī)范性施工能有效保證墻體的穩(wěn)定性和剛度，直接決定了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。
2.2.3剪力墻結(jié)構(gòu)連梁鋼筋配置
連梁是高層建筑的重要承重構(gòu)件，按照國(guó)家四級(jí)地震抗震指標(biāo)來說，剪力墻結(jié)構(gòu)的配筋率不得低于0.2%，前三級(jí)抗震則要求不能低于0.25%。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，連梁配筋率必須嚴(yán)格按照相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行，結(jié)合實(shí)際對(duì)建筑結(jié)構(gòu)連梁進(jìn)行精確的承壓計(jì)算，可適當(dāng)增加剪力墻的配筋率，有效防止扭曲、剪切力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)也不可盲目增加，避免剪力墻結(jié)構(gòu)自身重力過大影響其抗震性。
2.2.4邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，剪力墻的邊緣構(gòu)件也是一個(gè)比較重要的部分。剪力墻結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件主要有端柱、暗柱等，增加邊緣構(gòu)件的延展性，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求約束邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)能防止剪力墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平位移等問題。
3結(jié)語
在充分保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全質(zhì)量的前提下，有效降低建設(shè)成本，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于建筑實(shí)現(xiàn)效益最大化。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用的重要性和廣泛性在國(guó)內(nèi)建筑業(yè)已經(jīng)占據(jù)了很大的比例，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)經(jīng)多番論證結(jié)合建筑實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，以剪力墻種類的多樣性和靈活性為基礎(chǔ)，遵循設(shè)計(jì)原則，把握剪力墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，促進(jìn)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)建筑事業(yè)取得更大的成就。
參考文獻(xiàn):
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