建筑结构设计中剪力墙结构设计

2017-03-10王修通

环球市场 2017年34期

关键词：墙肢连梁剪力墙

王修通

雅居乐地产置业有限公司

前言

建筑中剪力墙结构的设计是因为剪力墙对人类未来生活中的建筑物起着良好的保护作用，保护墙体避免侧移，特别是在地震带使用剪力墙更为常见，可为建筑建设高地震的损坏，保护人们的生命，为人们有一个更安全的生活环境作贡献。

1 剪力墙结构设计的意义

简而言之剪力墙结构就是在传统建筑结构中，通过添加或替换的方式使用钢筋混凝土墙来分担其他建筑结构承受的压力或张力。传统建筑结构设计中，建筑的水平张力和垂直压力都由承重墙来承担，但是承重墙结构设计无法有效缓冲横向水平力对建筑的影响，因此需要一种建筑结构来和承重墙形负荷分工，因此需要剪力墙。剪力墙以其良好的抗震能力、抗侧刚度被广泛应用于现代建筑设计中。

2 剪力墙结构设计原则

(1)剪力墙结构设计应在建筑主要轴线方向上，这是由于剪力墙尤其是发挥抗震功能的剪力墙其需要承受垂直和水平两个方向上的力，沿建筑主轴分布能够使多个抗侧刚度接近，即使多个自振周期接近。

(2)剪力墙沿竖向改变时，允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度逐渐减小，避免各层刚度突变，造成应力集中。

(3)高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢墙应尽可能设置翼缘。在短肢剪力墙较多时，应布置筒体(或一般剪力墙)，以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。

(4)不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。因为一方面主梁端部约束达不到要求，连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩；另一方面对连梁本身不利，连梁本身剪切应变较大，容易出现裂缝，因此应尽量避免。

(5)当剪力墙需要进行较长的凿洞设计时，需将剪力墙分布在若干墙段中，并且墙段之间尽可能采取弱梁进行连接。墙体较短时，形变后产生裂缝宽度较小，墙体的配筋能够充分分担水平方向上的剪切力，因此墙肢截面高度尽可能保持在8m以下。

3 剪力墙结构设计在建筑结构设计中的具体应用

3.1 平面布置

剪力墙设计的平面布置可以灵活，但是有几个要注意的地方。①平衡、对称。建筑强设计结构有长有短。遇到较长的剪力墙时，不要全部当成一个整体，选择开洞口的方式，将墙面分成等长均匀的几段。交错不齐的剪力墙洞口会带来很多隐患，比如说受力刚度减小，结构不稳定，容易发生事故等等。所以洞口要一排排的整整齐齐。对称布置，使得结构平面上刚度均匀，减小水平力作用下给结构产生的扭转。②在进行抗震设计的时候，尽量减少一字型的短肢剪力墙的布置，双向的或者多向的更能保障安全。多向或双向的设计可以形成一定的空间工作结构。剪力墙不仅需要在结构平面主轴方向双向布置，而且还应该尽量使得各主轴方向剪力墙的侧向刚度相近。③剪力墙结构与其他的结构一样，在特殊情况下也会出现刚度突变的情况。为了避免不必要的损失，在竖直方向上要从下往上的布置。④在同一个平面上的剪力墙结构质量中心和刚度中心不可以岔开，岔开之后，无法保证其稳定性，应沿着建筑物的全高布置，侧向刚度沿着高度从下至上连续均匀，剪力墙开洞时，洞口上下对齐。⑤平面形状凹凸较大的时候，尽可能在凸出部分的端部附近布置剪力墙。当遇到建筑物周边、电梯间、楼梯间等部位时，均匀的布置剪力墙。⑥剪力墙不宜过长，超过8m 的剪力墙最好设置挂高比较大的连梁将其均匀分为若干段，使得各个墙段的高度与长度之比大于3。

3.2 墙截面厚度

剪力墙的厚度变化呈现阶段性的规律。阶段性即均匀平衡，连续不折断。阶段变化的范围最大是100m，最小是50m，严格控制在这一范围以内，才能使结构不发生变形。剪力墙的材料是混凝土，在混凝土的强度等级发生变化楼层时，此楼层要避免进行剪力墙的厚度变化。高层建筑在底部的剪力墙一般厚度大，当剪力墙的厚度超过400mm 时，如果仅采用双排配筋，会形成中部大面积的素混凝土，使得剪力墙的的截面应力不均匀，所以厚度超过400mm 的剪力墙，需要配置三排或四排钢筋。

3.3 在连梁钢筋中的应用

剪力墙结构中连梁是作为连接剪力墙平面内的梁，它不仅能够连接墙肢，还能够有效的约束墙肢。在设计连梁的时候，因连梁的刚度很大，普通配筋的、跨高比小的连梁很难成为延性构件，所以对连梁进行区分，按不同的形式分别设计。①跨高比大于5 的连梁，此类连梁受力情况和框架梁类似，即按照框架结构中的框架梁进行设计即可。②跨高比小于5的连梁，尤其是住在、旅馆等剪力墙结构的建筑中的连梁，跨高比往往小于2，甚至不大于1，在侧向力的作用下，这些连梁容易出现剪切斜裂缝。对于跨高比小的高连梁，可以设置水平缝，形成双连梁或者多连梁，实现弯曲破坏。当连梁宽度较大的时候，除了设置普通箍筋以外，还可以增加交叉暗柱或者设置斜向的交叉构造钢筋来改善连梁的受力性能。

楼面梁支承在连梁上时，连梁产生扭转，一方面不能有效约束楼面梁，另一方面连梁受力十分不利，因此要尽量避免。楼板次梁等截面较小的梁支承在连梁上时，次梁端部可按铰接处理。

3.4 边缘构件设计

在一个个完整的剪力墙设计中，它的边缘构件同样重要。边缘构件是端柱，暗柱的统称，分为约束边缘构件和构造边缘构件在行进剪力墙设计时。为了保证剪力墙底部具有足够大的延性，应对可能出现塑性铰的部位进行加强，设置约束边缘构件，即底部加强区域。剪力墙的约束边缘构件能增加高轴压比剪力墙的塑形形变能力，而低轴压比的剪力墙只需要设计构造边缘构件即可。