摘要：本文物理論文分析了剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)規(guī)范及概念設(shè)計(jì)的具體要求，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)做一簡單總結(jié)。
　　關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)，平面布置，豎向布置，抗側(cè)剛度，構(gòu)造要求
　　論文正文
　　利用建筑物墻體作為建筑的豎向承重體系，并用它抵抗水平力，這種結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)，墻體亦作為維護(hù)及房間分隔構(gòu)件。剪力墻的間距一般都在3~8米，適用于要求小開間的住宅、公寓及酒店式公寓等建筑。現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)由于其整體性好、剛度大，因而在水平力作用下側(cè)向變形小，由于墻體截面面積大，強(qiáng)度也比較容易滿足，適合建造高層建筑的要求，在30層以下的高層建筑中應(yīng)用比較廣泛。
　　高層剪力墻結(jié)構(gòu)承受的豎向荷載大，同時(shí)還要承受大的水平風(fēng)荷載和地震作用，房屋的總高度雖然很高，但由于建筑日照要求進(jìn)深尺寸和一般建筑差不多，因此造成高層建筑高寬比大，受力大，變形大，產(chǎn)生的次應(yīng)力也比較大，而且，對(duì)一般建筑影響不大的因素，如溫度、收縮和徐變等在高層建筑中將產(chǎn)生的一些影響將不容忽視，在方案設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該注意這些特點(diǎn)。
　　剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置，一般考慮以下原則：1.應(yīng)滿足建筑使用要求，這是最基本卻是最重要的，因?yàn)槲覀兘Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所進(jìn)行的一切工作，最終都是為了要實(shí)現(xiàn)建筑的使用功能。2.提高結(jié)構(gòu)的總體剛度減少位移。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境的舒適性要求越來越高，位移過大會(huì)造成人們的心里不安全感。3.考慮抗震要求，尤其是抗震構(gòu)造措施的要求。4.考慮沉降、溫度收縮及房屋體型復(fù)雜等因素對(duì)建筑的影響，合理布置和處理沉降縫、伸縮縫合防震縫。對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的布置，《高規(guī)》7.1.1條明確規(guī)定，其布置應(yīng)符合（1）.平面布置宜簡單、規(guī)則，宜沿兩個(gè)主軸方向或其他方向雙向布置，兩個(gè)方向的側(cè)向剛度不宜相差過大，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)采用僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置。（2）.宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變。（3）.門窗洞口宜上下對(duì)齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁；宜避免造成墻肢寬度相差懸殊的洞口設(shè)置；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二、三級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位不宜采用上下洞口不對(duì)齊的錯(cuò)洞墻，全高均不宜采用洞口局部重疊的疊合錯(cuò)洞墻。單片墻的長度不宜大于8米，一方面剪力墻的長度太長，將使結(jié)構(gòu)的周期過短，地震力太大，很不經(jīng)濟(jì)；另一方面剪力墻應(yīng)該是高細(xì)的，呈受彎工作狀態(tài)，才能使剪力墻具有足夠延性，否則，剪力墻太長，形成低矮墻，就會(huì)由受剪承載力控制破壞狀態(tài)，剪力墻呈脆性，不利于抗震。
　　根據(jù)建筑的空間要求和結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)要求布置剪力墻，到底應(yīng)該布置多少墻呢？布置的墻過少了，結(jié)構(gòu)的剛度過小，在水平作用力的作用下，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生過大的位移，還有可能引起比較大的二階效應(yīng)，布置的墻過多可，無疑將增大結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，地震作用也將加大，而且給基礎(chǔ)造成的負(fù)擔(dān)也加重，肯定是不經(jīng)濟(jì)的。一般，可以由結(jié)構(gòu)的位移比、基本周期、剪重比來綜合衡量。剪力墻的厚度可以根據(jù)《高規(guī)》7.2.1或者《抗震》6.4.1條的要求，并考慮軸壓比的限值，具體可以參照《高規(guī)》7.2.13條要求執(zhí)行。
　　對(duì)于豎向的剪力墻，《高規(guī)》3.5.1規(guī)定，高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免過大的外挑和收進(jìn)，而且《高規(guī)》3.5.3對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性做了明確的規(guī)定。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下小上大，逐漸均勻變化。具體設(shè)計(jì)時(shí)，普通剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻應(yīng)在整個(gè)建筑的豎向延續(xù)，上應(yīng)到頂，下要至底，中間樓層也不要中斷，剪力墻結(jié)構(gòu)不連續(xù)會(huì)使結(jié)構(gòu)剛度突變，對(duì)抗震非常不利。對(duì)于框支剪力墻及轉(zhuǎn)換剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)該《高規(guī)》第十章的具體嚴(yán)格執(zhí)行。為避免普通剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度突變，剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度應(yīng)該按階段變化，每次厚度減少宜為50~100mm，使剪力墻剛度均勻連續(xù)改變。厚度改變和混凝土強(qiáng)度等級(jí)的改變宜錯(cuò)開樓層。為減小上下剪力墻結(jié)構(gòu)的偏心，一般情況下厚度宜兩側(cè)同時(shí)內(nèi)收。圍墻為保持外墻面平整，可以只在內(nèi)側(cè)單面內(nèi)收，電梯井因安裝要求，可以只在外側(cè)單面內(nèi)收。
　　整體墻和整體小開口墻，在荷載作用下，剪力墻水平截面內(nèi)的正應(yīng)力分布在整個(gè)墻截面高度范圍內(nèi)呈線性分布或接近于線性分布，僅在洞口附近局部區(qū)域有應(yīng)力集中現(xiàn)象。這是剪力墻猶如一根豎向懸臂梁，在水平力作用下墻肢截面內(nèi)的應(yīng)力及墻肢變形可以用材料力學(xué)計(jì)算。當(dāng)門窗洞口稍大時(shí)，兩個(gè)墻肢的應(yīng)力不再是直線分布，但是偏離不大，可在應(yīng)力直線分布的基礎(chǔ)上加以修正。雙肢墻和多肢墻，由于洞口較大，剪力墻是一系列由連梁約束的墻肢所組成，可以用連梁連續(xù)化方法近似計(jì)算。當(dāng)剪力墻的洞口尺寸較大，甚至于洞口上下梁的剛度大于洞口側(cè)邊墻的剛度時(shí)，剪力墻的受力特性接近于框架，但它又不是普通的框架，因?yàn)榇藭r(shí)梁、柱截面尺寸較大，在墻肢與連系梁的交結(jié)區(qū)有剛域存在，可簡化為帶剛域的框架，用D值法計(jì)算。如下圖所示：
　　所以一般在剪力墻的具體設(shè)計(jì)時(shí)，要求洞口宜上下對(duì)齊，成列布置，使剪力墻形成明確的墻肢和連梁。成列開洞的規(guī)則剪力墻傳力直接，受力明確，內(nèi)力分布清楚，因而經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，地震中不容易因?yàn)閺?fù)雜應(yīng)力而產(chǎn)生震害；錯(cuò)洞墻洞口上、下不對(duì)齊，受力復(fù)雜，洞口邊容易產(chǎn)生顯著的應(yīng)力集中，因而配筋量增大，而且地震中常發(fā)生震害。剪力墻相鄰洞口之間以及洞口與墻邊緣之間也要避免小墻肢，墻肢寬度與厚度之比小于3的小墻肢在反復(fù)荷載作用下，比大墻肢早開裂、早破壞，在剪力墻具體設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于這種小墻肢應(yīng)該按框架柱的構(gòu)造要求執(zhí)行。
　　水平力作用下，整體墻和整體小開口墻受力類似與豎向懸臂結(jié)構(gòu)，根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，在計(jì)算的時(shí)候，一般可以按平面結(jié)構(gòu)假定地算。樓蓋結(jié)構(gòu)在其自身平面內(nèi)剛度無限大，而在平面外的剛度很小，可以忽略不計(jì)，這樣，樓蓋將各片剪力墻連成一體，共同抵抗水平力，在樓蓋平面內(nèi)有相對(duì)位移，當(dāng)結(jié)構(gòu)有扭轉(zhuǎn)時(shí)，樓蓋只能做剛性轉(zhuǎn)動(dòng)。各片剪力墻在其自身平面內(nèi)剛度很大，在其平面外的剛度很小可以忽略不計(jì)，這樣就可以將整個(gè)結(jié)構(gòu)劃分為若干平面結(jié)構(gòu)，共同抵抗與平面平行的水平荷載，垂直于平面方向的結(jié)構(gòu)不參加受力，即橫向水平力由橫墻承受，縱向水平力由縱墻承受。當(dāng)兩片剪力墻正交時(shí)，計(jì)算一個(gè)方向的剪力墻受力，另一方向剪力墻的一部分可以作為翼墻予以考慮，這樣計(jì)算更符合實(shí)際，因?yàn)榭v橫墻在其交結(jié)面上位移必須連續(xù)，在水平荷載作用下，縱墻和橫墻是共同工作的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不考慮扭轉(zhuǎn)影響的情況下，各片剪力墻承擔(dān)的剪力是按其剛度的大小分配的。在豎向荷載作用下，作用是靠樓板傳遞到墻的，根據(jù)樓板是單向板或雙向板受力確定樓板上的荷載是一個(gè)或兩個(gè)方向傳遞給墻，各片墻的豎向荷載按其受荷面積計(jì)算。豎向荷載除了在連梁內(nèi)產(chǎn)生彎矩外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力。Pkpm在計(jì)算時(shí)，一般采用有限元理論分析，采用殼元來模擬剪力墻的受力狀態(tài)，在四節(jié)點(diǎn)殼元的基礎(chǔ)上，采用靜力凝聚原理構(gòu)造了一種超單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度，其中三個(gè)平動(dòng)自由度，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，墻元不僅具有墻所在平面內(nèi)的剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬工程中剪力墻的真實(shí)受力狀態(tài)。
　　在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻布置的長短、位置對(duì)結(jié)構(gòu)的整體信息都有較大的影響，尤其是周邊地方的剪力墻，一定要根據(jù)建筑的功能布局考慮，充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢(shì)，做到結(jié)構(gòu)布置合理，傳力直接。經(jīng)過結(jié)構(gòu)軟件分析后，根據(jù)總體信息，包括周期、位移、軸壓比及各層配筋具體情況、超配筋情況，經(jīng)過多輪的優(yōu)化調(diào)整，就相對(duì)比較優(yōu)化。
　　在施工圖繪制的工程中，對(duì)于暗柱的配筋，不能單看各層構(gòu)件的配筋，而要根據(jù)邊緣構(gòu)件的情況，結(jié)合體積配箍率及抗震構(gòu)造，尤其是對(duì)于底部加強(qiáng)區(qū)的約束邊緣構(gòu)件，箍筋的直徑、肢距、豎向間距及縱筋的面積配筋率一定要注意滿足《高規(guī)》、《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》11G101-1和《建筑物抗震構(gòu)造詳圖》（多層和高層鋼筋混凝土房屋）11G329-1的要求。對(duì)于梁的配筋，根據(jù)軟件的計(jì)算結(jié)果分析采用，再根據(jù)《高規(guī)》或《抗規(guī)》構(gòu)造要求配筋。對(duì)于跨高小于5的梁按連梁設(shè)計(jì)，配筋的構(gòu)造措施按《高規(guī)》7.2.27的要求，對(duì)于跨高比小于2.5的連梁，一定要注意其附加腰筋要滿足要求；對(duì)于跨高比大于5的梁按框架梁的構(gòu)造要求執(zhí)行。
　　剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分和一般高層的一致，天津地區(qū)一般采用灌注樁，布置樁的時(shí)候，盡量保證樁的整體中心和結(jié)構(gòu)的剛心重合，而且要驗(yàn)算樁抗壓承載力，樁身的承載力、抗震情況下的承載力。總之，剪力墻結(jié)構(gòu)的高層現(xiàn)在越來越多，計(jì)算水平及手段也越來越成熟，作為一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師我們要不斷學(xué)習(xí)，將新的理念及研究成果應(yīng)用到具體工程實(shí)踐中，同時(shí)多分析一些同行的優(yōu)秀設(shè)計(jì)，多和同行溝通交流，多向經(jīng)驗(yàn)豐富的老專家請(qǐng)教，設(shè)計(jì)的明天一定會(huì)一天比一天好，希望我們大家一起努力！
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