高層及多層民用建筑設(shè)計(jì)中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

　　摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)是高層及多層民宅建筑中最為常用的結(jié)構(gòu)體系，強(qiáng)化對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)體系在高層及多層民用住宅建筑項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)研究可以顯著提升建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性與抗災(zāi)害性能。本文將針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)體系基本概念做細(xì)致闡述，然后概括總結(jié)剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基本原則，最后全面分析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作在高層及多層民宅建筑設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：高層及多層民宅建筑設(shè)計(jì)； 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

　　0前言

　　剪力墻結(jié)構(gòu)是由鋼筋及混凝土材料現(xiàn)場(chǎng)澆筑而成的、具備較強(qiáng)承載能力及平面內(nèi)剛度的結(jié)構(gòu)，是一種能夠高效抵抗水平地震及風(fēng)作用和豎向荷載作用的結(jié)構(gòu)形式。剪力墻結(jié)構(gòu)在高層及多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用除了應(yīng)注意充分發(fā)揮出剪力墻結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)之外，還應(yīng)在設(shè)計(jì)之前明確剪力墻結(jié)構(gòu)在荷載作用下的剪切變形情況及平面外薄弱設(shè)計(jì)缺陷，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中準(zhǔn)確把握剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理、了解剪力墻結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理，以充分的發(fā)揮出剪力墻結(jié)構(gòu)在高層及多層建筑設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)、提升剪力墻結(jié)構(gòu)體系于高層及多層建筑的設(shè)計(jì)性能。

　　1 高層及多層民宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則分析

　�。�1）開(kāi)展高層及多層民宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)注重對(duì)剪力墻墻體截面尺寸（高度、厚度）的選擇，可嚴(yán)格依據(jù)《抗規(guī)》條文內(nèi)容、結(jié)合建筑平面布置規(guī)則確定剪力墻結(jié)構(gòu)的高寬比、剪力墻墻肢長(zhǎng)度等重要參數(shù)；（2）充分考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)自身性能與墻肢外框架柱或雙向受壓構(gòu)件之間的聯(lián)系，避免框架柱或雙向受壓構(gòu)件受力狀態(tài)影響剪力墻墻肢的受力狀態(tài)；（3）剪力墻結(jié)構(gòu)的受力情況較為復(fù)雜，其受建筑高度及建筑層間高度影響較大，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員采取必要措施滿足剪力墻平面內(nèi)外剛度、墻肢變形能力及延伸性能；（4）與剪力墻結(jié)構(gòu)平面外搭接的鋼筋混凝土構(gòu)件必須采取可靠的措施以確保剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。

　　2 剪力墻結(jié)構(gòu)在高層及多層民宅建筑設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

　　2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

　　高層及多層民宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)能夠承受豎向荷載及水平荷載，為提升剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗荷載、抗變形能力，可在剪力墻結(jié)構(gòu)布置時(shí)采用沿建筑平面主要軸線布置的方式，具體布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)如下：（1）在建筑專(zhuān)業(yè)提供建筑平面布置圖之后結(jié)構(gòu)人員先對(duì)建筑平布布置圖做概念設(shè)計(jì)，從整體把握剪力墻結(jié)構(gòu)布置的方向及類(lèi)型，如布置矩形（如電梯間位置處）、T形（如分戶墻位置處）、L形（如墻體轉(zhuǎn)角處）剪力墻墻肢，確保建筑平面三個(gè)方向上均有剪力墻結(jié)構(gòu)以提升剪力墻結(jié)構(gòu)受力均勻、抗扭能力強(qiáng)；（2）如果在特殊位置處布置了三角形或Y形剪力墻結(jié)構(gòu)，也應(yīng)沿著建筑平面三個(gè)方向布置剪力墻；（3）如果建筑平面墻體呈現(xiàn)正多邊形或圓弧形墻體布置情況，應(yīng)沿著正多邊形或圓弧形的徑向或環(huán)向方向布置剪力墻，以確保在X軸方向和Y軸方向上剪力墻墻體的抗側(cè)力剛度均勻；（4）據(jù)《抗規(guī)》具體條文表明剪力墻布置長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，可選擇在剪力墻墻體上布置連梁或框架梁的方式控制剪力墻的長(zhǎng)度，這也在一定程度上有效控制了不同方向上剪力墻墻肢剛度過(guò)大的情況。

　　2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)豎向布置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

　　高層及多層民宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)豎向布置設(shè)計(jì)應(yīng)遵循上下對(duì)齊的基本設(shè)計(jì)原則，若剪力墻上下不對(duì)齊則整體計(jì)算時(shí)會(huì)發(fā)生層間剛度超限，剪力墻承載能力不足的情況。連梁的設(shè)計(jì)方式主要是剪力墻墻體開(kāi)洞，建筑物上下層間的開(kāi)洞位置宜上下對(duì)齊，以確保在同一位置處剪力墻及連梁的受力性能不發(fā)生明顯的變化。剪力墻結(jié)構(gòu)豎向布置還應(yīng)確保在豎向荷載及水平作用下剪力墻墻肢的傳力路徑明確、剪力墻整體經(jīng)濟(jì)性滿足設(shè)計(jì)要求。常用措施是剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)隨樓層數(shù)的增高而降低，但不宜低于C30.

　　2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算優(yōu)化要點(diǎn)分析

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)在高層及多層民宅建筑剪力墻設(shè)計(jì)的過(guò)程中注重剛度等重要性參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，除了調(diào)整剪力墻平面及豎向布置方案，還應(yīng)重視剪力墻結(jié)構(gòu)體系整體計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化。目前，在我國(guó)剪力墻結(jié)構(gòu)體系整體計(jì)算中常用的結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算軟件為PKPM和盈建科。結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算軟件前期處理中的參數(shù)設(shè)置是非常重要的，忽略重要性參數(shù)的優(yōu)化選取將得到不一樣的計(jì)算結(jié)果，稍不注意將致使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)體系的安全性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性受到較大損失。（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視剪力墻結(jié)構(gòu)體系層間位移比的控制，該參數(shù)不僅是我國(guó)規(guī)范強(qiáng)制性規(guī)定，也是影響剪力墻結(jié)構(gòu)整體性的重要性參數(shù)。剪力墻結(jié)構(gòu)體系層間位移比數(shù)值與剪力墻結(jié)構(gòu)的彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形、上下層剪力墻剛度、剪重比等眾多參數(shù)相關(guān)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)在調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)層間位移比時(shí)全盤(pán)考慮所有因素，不得顧此失彼，不得僅提升剪力墻剛度來(lái)解決層間位移比超限問(wèn)題；（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的剪重比與剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能密切相關(guān)，從多年結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)分析可知，剪重比數(shù)值的大小與建筑物剪力墻結(jié)構(gòu)整體剛度關(guān)系密切，可通過(guò)增大建筑物剪力墻側(cè)向剛度的方式降低結(jié)構(gòu)整體基本周期，在增大水平地震作用的情況下增大結(jié)構(gòu)整體剪重比，促使其接近規(guī)范限制；（3）解決連梁抗剪或抗扭超限問(wèn)題，如果連梁的高度比介于2.5~5之間，可采用剪力墻開(kāi)洞設(shè)計(jì)方案；如果連梁的高度比超過(guò)5可采用框架梁的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)通過(guò)調(diào)整混凝土等級(jí)、高度比等方式都不能合理解決連梁超限問(wèn)題時(shí)，可采用布置交叉斜筋的方式，但應(yīng)將剪力墻的厚度控制在300mm以上；（4）調(diào)整剪力系數(shù)，適當(dāng)降低建筑物剪力墻結(jié)構(gòu)體系的重量，在提升剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的同時(shí)還能降低工程投資成本。

　　2.4 剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

　�。�1）剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮梁構(gòu)件對(duì)邊緣構(gòu)件的約束作用。一旦剪力墻邊緣構(gòu)件所承擔(dān)的剪力或彎矩?cái)?shù)值過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)整體的層間位移不受控制、邊緣構(gòu)件計(jì)算不通過(guò)的情況；（2）經(jīng)過(guò)內(nèi)力調(diào)整后的鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度分配宜合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保所有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷截面的內(nèi)力計(jì)算是準(zhǔn)確無(wú)誤的；（3）增大邊緣構(gòu)件截面長(zhǎng)度（加大邊緣構(gòu)件翼柱或翼墻的尺寸）可有效抑制結(jié)構(gòu)體系層間位移角超限問(wèn)題，但相應(yīng)的工程造價(jià)成本也會(huì)上升；（4）邊緣構(gòu)件選用HRB400鋼筋可降低工程造價(jià)，具體應(yīng)依據(jù)建筑工程項(xiàng)目抗震參數(shù)確定；（4）邊緣構(gòu)件的箍筋宜選用封閉箍的形式，少使用拉筋具有多種優(yōu)勢(shì)；（5）當(dāng)邊緣構(gòu)件的Lc長(zhǎng)度大于陰影區(qū)長(zhǎng)度時(shí)邊緣構(gòu)件的陰影區(qū)域外部不要做成約束邊緣構(gòu)件，否則邊緣構(gòu)件內(nèi)縱筋及箍筋的配筋均會(huì)增大。

　　2.5 剪力墻結(jié)構(gòu)梁板構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

　�。�1）剪力墻結(jié)構(gòu)中的梁板構(gòu)件厚度會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的用鋼量，可依據(jù)規(guī)范要求和計(jì)算結(jié)果（撓度、裂縫、設(shè)備穿管要求等）控制梁板構(gòu)件厚度；（2）梁構(gòu)件傳力路徑應(yīng)清晰簡(jiǎn)單；（3）除特殊情況下，連梁的寬度宜與剪力墻厚度相同；（4）小跨度板或板厚較厚時(shí)可不設(shè)置梁，如果板上砌有填充墻，可在板上附加加強(qiáng)筋。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是高層及多層民宅建筑設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，也是切實(shí)提升建筑物整體穩(wěn)定性及抗災(zāi)性能的關(guān)鍵性工作。強(qiáng)化對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析有助于完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作、提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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