建筑施工剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化探究

1、建筑施工剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化探究摘要：本文僅針對高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念及分類做 出分析，并提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的措施。僅供同行參考。關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化1剪力墻的概念及分類1. 1剪力墻的基本概念剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的 梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(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承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱 為剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在髙層房屋中被大量運用。剪力墻 截面特點是墻肢長度遠大于厚度，自身平面內(nèi)具有很大的剛 度和承載力，平面外剛度和承載力都相對較小，墻肢屬于偏 心受壓或偏心受拉構(gòu)件。同時在剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是一個平 面構(gòu)件，它除了承受沿其平面

2、作用的水平剪力和彎矩外，還 承擔(dān)豎向壓力；在軸力、彎矩、剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，其受 水平力作用時似一底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作 用或風(fēng)載下剪力墻除須滿足剛度強度要求外，還必須滿足非 彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒 的要求。1. 2剪力墻的分類剪力墻因其孔洞的大小和數(shù)量的不同，影響其受力特 點、內(nèi)力分布和變形狀態(tài)，按其開洞的情況，可分為整截面 墻、整體小開洞墻、聯(lián)肢墻等。1）整截面墻：剪力墻不開洞 或洞口面積小于總面積的16%，且洞口長邊尺寸均小于洞口 凈距及洞口至墻邊的凈距。受力性能類似整體的懸臂構(gòu)件, 墻肢法向應(yīng)力呈線性分布，破壞形態(tài)似偏心受壓柱，設(shè)計時 應(yīng)盡

3、量將豎向鋼筋分布在墻肢兩端。2）整體小開洞墻：當(dāng)剪 力墻洞口上下對齊，成列布置，洞口稍大，形成明確的墻肢和 連梁，墻肢和連梁剛度較均勻。受力性能也可按整體懸臂構(gòu) 件考慮，并應(yīng)考慮墻肢的局部彎矩，水平荷載引起的整體彎 矩m的85 %以上由墻肢軸力所產(chǎn)生的內(nèi)力矩來平衡,局部彎 矩不超過整體彎矩的15%。3）聯(lián)肢墻：當(dāng)剪力墻的洞口沿豎 向成列布置,洞口面積超過墻體總面積的16 %，各墻體由連 梁連接，墻肢單獨作用明顯，連梁中部出現(xiàn)反彎點。1. 3剪力墻設(shè)計的原則剪力墻在設(shè)計中既要滿足位移限值的要求，又要充分發(fā) 揮框剪結(jié)構(gòu)中各抗側(cè)力構(gòu)件的作用，做到安全、經(jīng)濟合理。 剪力墻合理數(shù)量的確定原則是：在滿足規(guī)

4、范規(guī)定的位移限值 條件的前提下，剪力墻數(shù)量應(yīng)盡量減少，但應(yīng)滿足在基本振 型地震作用下，剪力墻部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總 地震傾覆力矩的50 %o同時，規(guī)范規(guī)定框架部分承擔(dān)的剪力 至少為底部總剪力的20 %，或各層框架承擔(dān)的地震總剪力中 最大值的1. 5倍。2優(yōu)化高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施2. 1避免出現(xiàn)獨立小墻肢與剪力墻剛度不宜過大高 層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（簡稱高規(guī)）中規(guī)定：“矩 形截面獨立墻肢的截面高度hw不宜小于截面寬度bw的5 倍?！?一旦出現(xiàn)上述情況，對墻肢軸壓比、配筋等都有嚴(yán)格 的限制，設(shè)計施工都比較困難。在實際設(shè)計中，獨立小墻肢基 本上可以通過合并洞口等方法消除，或合理

5、布置剪力墻，使 小墻肢成為墻體翼緣，其受力狀態(tài)明顯好于獨立小墻肢，僅 適當(dāng)加強配筋即可。同時剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性，細 高的剪力墻容易設(shè)計成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免 脆性的剪切破壞。2. 2注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計高層建筑功能和形式日益多樣化，當(dāng)多功能綜合大樓要 求一棟建筑物的上部（中部）和下部使用功能不同時，結(jié)構(gòu) 布置也要相應(yīng)改變，要設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件銜接上下結(jié)構(gòu)，傳遞內(nèi) 力，設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件的樓層稱為轉(zhuǎn)換層。因此，對于高位轉(zhuǎn)換的 底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)慎重設(shè)計。1） 由于高位轉(zhuǎn)換時剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，調(diào)整轉(zhuǎn)換層 本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，轉(zhuǎn)換層本身的 剛

6、度和質(zhì)量不宜大，最終可通過水平力作用下精確的空間分 析檢查轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角是否基本均勻。2）宜盡量 選用剛度和重量較小的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，計算時應(yīng)多取參與 組合的振型數(shù)。3）通過計算仔細分析可能存在的薄弱部位， 研究具體的內(nèi)力分配特點，通過調(diào)整內(nèi)力和構(gòu)件配筋設(shè)計改 善薄弱部位的性能。2. 3優(yōu)化連梁設(shè)計根據(jù)高規(guī)在連梁設(shè)計方面的規(guī)定，對于連梁非抗震 及抗震設(shè)計時高跨比大于2. 5及小于2. 5兩種情況，在截 面受剪承載力及配筋方面有不同規(guī)定。為此應(yīng)將連梁進行塑 性調(diào)幅，以降低剪力設(shè)計值。塑性調(diào)幅可采用兩種方法：1） 在內(nèi)力計算前將連梁剛度進行折減;2）在內(nèi)力計算之后，將 連梁彎矩和剪力組合值

7、乘以折減系數(shù)。無論采用何種方法， 連梁調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計值不應(yīng)低于使用狀況的值，也 不宜低于比設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計值， 以避免在正常使用條件下或較小的地震作用下連梁出現(xiàn)裂 縫。同時要注重連梁的較接處理。2. 4控制剪力墻的厚度根據(jù)抗震規(guī)范6. 1. 2條規(guī)定,8度地震設(shè)防區(qū)剪力墻 結(jié)構(gòu)的抗震等級至少應(yīng)為二級。以上規(guī)定目的是為防止因墻 體平面外剛度過小，穩(wěn)定性差，容易在偏心荷載作用下壓屈 失穩(wěn)，但這些規(guī)定對于8度地震設(shè)防區(qū)的多層及低高層剪力 墻結(jié)構(gòu)顯得不夠合理。例如5層15層的剪力墻結(jié)構(gòu)，一般 墻肢在重力荷載代表值作用下軸壓比都小于0. 2，電算結(jié)果 墻體往往只需要構(gòu)造配筋

8、，但只因底部功能要求3. 9m層高, 墻厚就得250 mm，若業(yè)主要求室內(nèi)視野開闊，不設(shè)外縱墻， 橫墻朝外端頭不允許帶翼墻或端柱時，當(dāng)層高3. 9 m4. 2 m 時，則墻厚需要320 mm350 mm，顯然不合理。2. 5底部加強部位的設(shè)計在剪力墻設(shè)計時，一般高層剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強部位 的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/ 8和底部兩層高 度二者的較大值；底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻 底部加強部位的高度可取框支層加上框支層以上2層的高 度及墻肢總高度的1/ 8二者的較大值。當(dāng)將地下室頂板視 作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生在地上樓層， 同時將影響到地下1層，此時地下1層的抗震等級不能降低, 加強部位的范圍應(yīng)向下延伸到地下1層，并應(yīng)按規(guī)范要求在 地下1層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。3.