建筑項目剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

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摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計具有降低鋼用量以及提高建筑抗震能力等方面的優(yōu)勢，在建筑項目結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著極為廣泛的應(yīng)用，不可忽視。為制定出最佳的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，本文將以建筑項目剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計原則介紹為切入點(diǎn)，對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)展開全面論述，旨在提高剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，保證建筑項目整體建設(shè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：設(shè)計原則；剪力墻結(jié)構(gòu)；建筑項目；設(shè)計要點(diǎn)

1引言

目前較為常用的剪力墻結(jié)構(gòu)主要分為墻肢以及連梁兩種，整體結(jié)構(gòu)具備承載能力強(qiáng)以及剛度大等方面的特征，是建筑工程關(guān)注重點(diǎn)內(nèi)容之一。為對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量進(jìn)行保證，確保該結(jié)構(gòu)優(yōu)勢能夠在建筑項目中得到有效發(fā)揮，設(shè)計人員需要對剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計原則進(jìn)行明確，以為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)制定準(zhǔn)確性提供保證。

2剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計原則

2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

通過對剪力墻結(jié)構(gòu)的分析可以發(fā)現(xiàn)，剪力墻不僅擁有著良好的抗側(cè)能力以及承載能力，同時還能夠?qū)M向以及豎向荷載進(jìn)行協(xié)調(diào)與抵抗，即便是在高強(qiáng)度水平荷載作用之下，其側(cè)移距離也能保持在合理范圍之內(nèi)，可以對建筑空間利用率以及穩(wěn)定性進(jìn)行保證[1]。同時剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性優(yōu)勢也較為突出，由于結(jié)構(gòu)自身重量較大，其可以在地震災(zāi)害發(fā)生時，對一定量的地震能量進(jìn)行吸收，可以達(dá)到較為理想的抗震效果。

2.2設(shè)計原則

為達(dá)到最佳設(shè)計效果，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)格遵從以下兩項設(shè)計原則：第一，設(shè)計人員需要對房屋結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行考量，應(yīng)明確剪切變形與房屋結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)，要對剪力墻數(shù)量進(jìn)行合理設(shè)置，以防因布置過多而出現(xiàn)變形或位移問題；第二，連梁設(shè)計要與相關(guān)規(guī)范超限標(biāo)準(zhǔn)限制相符，保證連梁高跨比能夠超過2.5，以對墻體剪力設(shè)計值以及彎矩設(shè)計合理性進(jìn)行保證[2]。同時要對剪力墻進(jìn)行合理布置，確保房屋最小剪重比能夠與規(guī)定要求相符，以對最終設(shè)計質(zhì)量進(jìn)行保障。

3工程實(shí)例

以某高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計為例。此建筑為地上25層、地下2層的大空間商業(yè)住宅，建筑結(jié)構(gòu)采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)主體高度達(dá)到了85m，抗震設(shè)防烈度為7。在建筑底部設(shè)有加強(qiáng)區(qū)與非加強(qiáng)區(qū)，其中加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)框支架抗震等級為3級，整體剪力墻抗震等級為4，而非加強(qiáng)區(qū)內(nèi)所設(shè)剪力墻抗震等級為5。建筑項目所在場地類別為Ⅱ類，且地基基礎(chǔ)設(shè)計為乙級別。

4建筑項目剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

4.1做好結(jié)構(gòu)參數(shù)控制

為對剪力墻結(jié)構(gòu)布置合理性進(jìn)行保證，設(shè)計人員需要對周期比、位移比、剛重比以及側(cè)向剛度比等參數(shù)展開科學(xué)控制。以位移比參數(shù)控制為例。所謂為位移比是指，建筑水平位移、豎向構(gòu)件自身層間位移以及本樓層平均值間的比值數(shù)值。其可以達(dá)到對結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則性實(shí)施限制的效果，可以有效預(yù)防較大偏心力出現(xiàn)。同時因?yàn)槲灰票认拗凳且罁?jù)剛性樓板進(jìn)行確定的，所以需要對偏心力因素進(jìn)行考量，要保證建筑中豎向構(gòu)件位移比能夠保持在1.2之內(nèi)[3]。

4.2做好暗柱鋼筋配置

按照國家相關(guān)規(guī)定，在對一、二、三級剪力墻進(jìn)行設(shè)計時，需要設(shè)置端柱與暗柱，以對地震波能量進(jìn)行消耗，保證剪力墻結(jié)構(gòu)整體抗震性能[4]。設(shè)計人員要對剪力墻邊緣構(gòu)件抗拉能力進(jìn)行合理運(yùn)用，以對建筑穩(wěn)定性進(jìn)行保證。例如本次建筑在進(jìn)行建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就因?yàn)閷茖W(xué)對暗柱鋼筋進(jìn)行了設(shè)計與運(yùn)用，使得建筑各方向荷載抵抗能力都得到了切實(shí)增強(qiáng)，建筑抗震能力得到了切實(shí)提升。

4.3做好連梁部分設(shè)計

連梁超筋處理是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計重點(diǎn)，如果連梁出現(xiàn)剪切變形問題，就會對整體建筑堅固性與實(shí)用性產(chǎn)生直接影響，所以設(shè)計人員需要對該部分設(shè)計予以高度重視，要對連梁超筋問題進(jìn)行合理設(shè)計。在具體設(shè)計過程中，設(shè)計人員一方面要明確，剪力墻最為重要的特點(diǎn)，就是具備一定的抗地震能力，所以在進(jìn)行連梁彎矩與連梁剪力設(shè)計時，要對兩者可塑性與可調(diào)幅性進(jìn)行保證；另一方面要在條件允許情況下，降低剪力墻連梁截面高度數(shù)值。因?yàn)檫B梁具有提升剪力墻剛度以及連接墻肢的作用，所以設(shè)計人員要做好連梁剛度調(diào)整與計算工作，要適當(dāng)對連梁剛度進(jìn)行折減，以對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行保障。在對連梁折減進(jìn)行計算時，設(shè)計人員要按照建筑綜合情況，做好折減值控制，一般建議應(yīng)將折減值控制在0.5以上，且應(yīng)保持在0.5-1.0的范圍之內(nèi)，以對其狀態(tài)進(jìn)行保證。在實(shí)際進(jìn)行調(diào)整時，很有可能會因?yàn)楦鞣矫嬉蛩氐挠绊?，而出現(xiàn)在對連梁剛度折減也無法調(diào)整到預(yù)期目標(biāo)的情況，會造成剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能不達(dá)標(biāo)的問題，此時設(shè)計人員可通過對適當(dāng)減小連梁剛度以及降低連梁高度等方式，降低地震對于建筑物所造成的影響。

4.4做好厚度、長度設(shè)計

由于剪力墻墻肢長度與剪力墻結(jié)構(gòu)延性有直接關(guān)聯(lián)，剪力墻如果保持在細(xì)、高狀態(tài)，其延性也會隨之提升，可以避免因結(jié)構(gòu)脆性而出現(xiàn)剪切破壞問題，所以設(shè)計人員在進(jìn)行剪力墻設(shè)計時，適宜將其程度設(shè)置在8米之內(nèi)。如果在特殊情況下，墻體長度需要超過8米，此時設(shè)計人員可通過設(shè)置洞口的方式，將墻體整體長度細(xì)分為分布均勻且長度較短的連肢墻，且需要在洞口處設(shè)置小彎曲弱連梁。在對墻體厚度進(jìn)行設(shè)計時，要按照建筑設(shè)計相關(guān)規(guī)定，按照建筑填充墻厚度，對其剪力墻厚度進(jìn)行確定，一般兩者厚度數(shù)值基本相同，以對剪力墻剛度進(jìn)行保證，確保在高強(qiáng)度重壓之下，剪力墻結(jié)構(gòu)也不會發(fā)生嚴(yán)重變形彎曲的問題。

4.5做好平面與結(jié)構(gòu)布置

4.5.1平面布置

平面設(shè)置工作與剪力墻后設(shè)計規(guī)則性、承載力與剛度分布、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性等，都有著直接關(guān)聯(lián)，如果設(shè)計不當(dāng)很容易會出現(xiàn)承載力與剛度部分不均以及結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等方面的問題，墻體會出現(xiàn)不同程度的彎曲與變形。所以設(shè)計人員要對該部分設(shè)計予以高度關(guān)注，要按照設(shè)計要求與剪力墻設(shè)計整體規(guī)劃，做好剪力墻平面布置工作，保證房屋結(jié)構(gòu)平面設(shè)計規(guī)則程度，確保整體布局合理性。此外還要對內(nèi)外墻體連接設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，要對墻體截面規(guī)則性進(jìn)行保證。

4.5.2結(jié)構(gòu)布置

由于剪力墻需要對側(cè)向壓力程度進(jìn)行維持，所以需要實(shí)施連續(xù)性的豎向布置工作，要通過設(shè)計洞口的方式，完成相應(yīng)布置工作，且在進(jìn)行洞口布置時，要做好加固工作，以防出現(xiàn)墻體坍塌問題。在剪力墻延中軸線進(jìn)行雙向均勻分布過程中，其質(zhì)量中心與剛度中心會處于較近的距離，能夠起到對地震能量進(jìn)行適當(dāng)減小的目的，可以有效避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭曲問題。在進(jìn)行具體格局布置過程中，要盡量避免使用“一”字型墻肢，應(yīng)加大對L型或者T型結(jié)構(gòu)的使用。因?yàn)榧袅ψ陨砭邆湟欢ㄖ亓?，所以設(shè)計人員應(yīng)對其重量展開合理控制，以對可用空間進(jìn)行進(jìn)一步拓展，確保結(jié)構(gòu)密度、剛度都能與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)相符。此外，在進(jìn)行剪力墻上部洞口設(shè)置時，可將其成列進(jìn)行分布，以對連梁力量進(jìn)行均衡分布，確保整體設(shè)計效果可以達(dá)到最優(yōu)。

4.6做好墻肢部分處理

在實(shí)施墻肢處理過程中，設(shè)計人員一方面要做好墻肢計算洞處理。計算洞主要用于剪力墻墻肢劃分與高度調(diào)整，在對計算洞實(shí)施計算過程中，設(shè)計人員要對小墻肢配筋能力進(jìn)行增強(qiáng)；另一方面要做好施工洞設(shè)計。所謂施工洞就是在進(jìn)行建筑剪力墻結(jié)構(gòu)施工時，在墻體上所留下的洞，由于此部分洞口會對剪力墻性能產(chǎn)生不同程度的影響，所以在完成基礎(chǔ)施工之后，需要對其展開重新填充，且可將較長的墻肢均勻劃分成不同的短墻肢，以對剪力墻延性以及其他方面性能進(jìn)行保證。

4.7做好墻身部分設(shè)計

墻身設(shè)計在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著極為關(guān)鍵的作用，其設(shè)計質(zhì)量與建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能有著直接關(guān)聯(lián)，所以其也應(yīng)是設(shè)計人員關(guān)注的要點(diǎn)。由于墻身結(jié)構(gòu)抗震性能是依靠鋼筋產(chǎn)生的，所以設(shè)計人員要做好墻身鋼筋使用與搭配工作，要通過對結(jié)構(gòu)正截面抗彎承載力以及斜截面抗剪承載力的計算，制定出鋼筋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)。同時，設(shè)計人員要按照建筑防地震等級，對剪力墻結(jié)構(gòu)中的配筋等級展開配置。例如，如果建筑抗震設(shè)計為II級與III級，在進(jìn)行墻體設(shè)計時，要保證豎向以及水平向配筋率都能保持在0.3%以上；如果非抗震設(shè)計處于I級、IV級，則墻體雙向配筋率應(yīng)保持在0.2%以上[5]。建議一般高層建筑剪力墻的墻身水平與豎向鋼筋直徑都能保持在0.8cm以上，且鋼筋間距離能夠得到合理設(shè)置，能夠保持在30㎝左右。

5結(jié)束語

通過本文對建筑項目剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的論述，使我們對剪力墻結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方式有了更進(jìn)一步的認(rèn)知，建筑項目建設(shè)單位要明確剪力墻結(jié)構(gòu)價值，要在對建筑項目實(shí)況進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計原則以及建筑實(shí)際設(shè)計要求，對項目剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行明確，要有目的、有計劃的展開各項剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)，以為最終結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量進(jìn)行保障，確保剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)勢能夠在建筑項目結(jié)構(gòu)中得到完全性發(fā)揮。

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作者：莫云子 單位：中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司