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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及應用初探論文
摘要：如今，我國經(jīng)濟快速發(fā)展、技術(shù)水平不斷提高，建筑事業(yè)的發(fā)展也在突飛猛進。作為我國重要的支柱性產(chǎn)業(yè)，建筑行業(yè)在近年的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，普遍采用剪力墻結(jié)構(gòu)，這和剪力墻結(jié)構(gòu)較好的抗震性和抗側(cè)剛度大的特點是密不可分的。文章對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的應用進行了分析，保障了建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻的正確使用。
關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；應用分析
剪力墻在建筑中具有結(jié)構(gòu)剛度大、整體好、抗震性強等優(yōu)點，從而被廣泛應用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中。剪力墻在應用中具有眾多優(yōu)點，得到了開發(fā)商和業(yè)主的普遍青睞。在應用中，要仔細分析剪力墻的優(yōu)缺點，以提高剪力墻結(jié)構(gòu)的綜合利用率，更好的促進建筑事業(yè)的發(fā)展。
1.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本概念及其分類
1.1剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概念。剪力墻高和寬尺寸都比較大，但其厚度卻非常小，這就決定了剪力墻的幾何特征和受力形態(tài)。其幾何特征類似于板，但受力形態(tài)卻和柱子驚人的相似，在比值上與柱子有一定的區(qū)別。在剪力墻的結(jié)構(gòu)中，墻是一個平面結(jié)構(gòu)，承受著豎向壓力和其平面作用下的水平剪力的雙重力量。在地震作用和風載下剪力墻僅滿足剛度強度是遠遠不夠的，還必須滿足非彈性形變反復循環(huán)下的延性、能量消耗和控制結(jié)構(gòu)斷裂而不倒的要求。所以，在剪力墻的設(shè)計中要求將其設(shè)計成延性彎曲型。
1.2剪力墻結(jié)構(gòu)的分類。剪力墻結(jié)構(gòu)主要可以分為四類，而分類的依據(jù)則是剪力墻是否開洞和其開洞的大小。
（1）實體墻或者截面剪力墻不開洞或者開洞的面積小于15%，這種剪力墻就會變成曲型，其就像一個整體的懸壁墻，在整個墻肢的高度上，彎矩圖既沒有彎點，也不會發(fā)生突變；
（2）整體小開口剪力墻。雖然這種剪力墻的開口比較小，但是開洞面積已經(jīng)大于15%。整個剪力墻的變形主要為彎曲型，但是整個墻肢的高度基本上沒有反彎點，彎矩圖的主要位置發(fā)生了突變；
�。�3）雙肢或多肢剪力墻。這種剪力墻一般開口較大，或者其洞口成列分布。雖然在開口上與整體小開口剪力墻不同，但是受力特點卻十分類似；
（4）壁式框架。這種剪力墻洞口尺寸很大，連梁線剛度和墻肢線的剛度比較接近，整個受力墻的變形為剪切型，受力特點與框架結(jié)構(gòu)類似。壁式框架在大多數(shù)高層建筑的樓層中會出現(xiàn)反彎點，彎矩圖在樓層的地方也會產(chǎn)生突變。
2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法
剪力墻長度和寬的尺寸比較大，但是其厚度比較小。根據(jù)其設(shè)計的長度和厚度的比值可以將其按照柱形和雙向受壓構(gòu)件設(shè)計。
2.1剪力墻結(jié)構(gòu)厚度的選取。抗震規(guī)范6.4.1條有明確規(guī)定，剪力墻底部加強墻厚一、二級抗震等級最好大于200mm，而且不得低于樓層高度的1/16，其它地方則不得小于160mm。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，遇到特殊情況的建筑物應該采取概念設(shè)計分析，有效控制墻肢軸壓的比值，確保整體的連結(jié)從而達到減少墻厚度的效果。
2.2墻肢長度的選取。剪力墻墻肢截面的高度就是剪力墻墻肢的長度，這個長度一般不應超過8m。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應確保剪力墻結(jié)構(gòu)的延性，為了避免脆性的剪切破壞，可以將高寬比大于2的細高剪力墻設(shè)計成彎曲破壞的延性剪力墻。但有的墻體長度很長，為了確保墻體的高寬比值大于2，就要開設(shè)洞口，將長墻分成均勻、長度較小的連肢墻，而其洞口則最好采用約束彎矩比較小的弱連梁。
3.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的原則
在剪力墻的設(shè)計過程中，不能盲目地采取手段，應該根據(jù)設(shè)計規(guī)范具體考察結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否合理。在進行設(shè)計時，在技術(shù)層面上應遵循一些原則，這樣才能促進剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范化、合理化。
3.1樓層之間最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則。為了減輕結(jié)構(gòu)的自重，避免地震的發(fā)生，在建筑過程中可以減少布置剪力墻，但是要求短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的比值不超過40%，可以采取大開間剪力墻，使其結(jié)構(gòu)擁有更好的側(cè)向剛度，確保樓層最小剪力系數(shù)不小于規(guī)范限值，這樣可以大大減少工程造價。
3.2樓層層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則。對于普通的建筑，設(shè)計重點是樓層之間的扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形。剪切變形的控制大多以豎向構(gòu)件的多少來衡量，如果豎向構(gòu)件數(shù)量很多，就會造成剪重比偏大，造成設(shè)計不合理，導致扭轉(zhuǎn)變形過大，同樣不能有效滿足樓層間位移的需要。所以，在建筑物中應盡量避免扭轉(zhuǎn)變形，而不能僅靠增加豎向構(gòu)件的剛度來調(diào)整樓層之間的位移。
3.3剪力墻連梁超限的調(diào)整原則。剪力墻跨高比小于2.5的連梁比較容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)定限度的情況，因此一般規(guī)定剪力墻連梁的跨高比最好大于2.5.跨高比大于5的連梁最好按照框架梁來設(shè)計，而跨高比在5-6之間，連梁剛度不減的情況下，會出現(xiàn)剪力或彎矩超出規(guī)定限度。所以在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應該充分利用連梁超限的調(diào)整原則，這樣回大大節(jié)省工程造價，能有效的節(jié)約工程的投資。
4.認真分析剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點，采取有效措施優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點。剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)中不可或缺的構(gòu)件，逐漸被人們發(fā)現(xiàn)了不足之處，其具有承載力和平面內(nèi)剛度大的優(yōu)勢，但剪切變形相對來說較大，且平面外較薄弱，加上開動后剪力墻形式復雜多變，受力非常繁瑣。剪力墻的抗剪、抗彎以及抗側(cè)剛度都比較大，在地震作用下，可以吸收地震的能量，減小地震力對建筑結(jié)構(gòu)的破壞性。所以，使用剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑質(zhì)量更高，出現(xiàn)安全的事故的概率也更低。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復雜，而且施工成本較高；剪力墻的高度一般比普通墻面要高很多，墻體相比較為平整，外形更加美觀。剪力墻的類型很多，不同的施工要求以及施工場地對剪力墻的結(jié)構(gòu)有著不同的選擇，為了提高施工的質(zhì)量，設(shè)計人員需要先實地考察，這樣也有助于設(shè)計出科學、合理的建筑。剪力墻在建筑中數(shù)量不宜過多，否則會影響建筑的整體結(jié)構(gòu)以及布置的合理性。在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，要考慮到不同墻面的承重能力不同，這樣才能充分顯現(xiàn)剪力墻的作用與價值。
4.2剪力墻優(yōu)化設(shè)計的有效措施。在優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，為了使受力達到均衡，應當采取有效的措施。剪力墻結(jié)構(gòu)的安全可靠度非常高，每一個結(jié)構(gòu)能夠同時發(fā)揮最大作用，這樣能夠使設(shè)計達到經(jīng)濟合理。所以在剪力墻的優(yōu)化設(shè)計中首先應該考慮到工程的造價和安全性，結(jié)合這兩項因素對剪力墻的布置進行合理的調(diào)整，這樣能夠促進建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。另外，為了節(jié)省工程造價，可以從技術(shù)手段和原材料的應用這兩方面入手。
5.結(jié)語
剪力墻結(jié)構(gòu)在民用建筑中應用廣泛，對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進行有效分析的過程中，我們應該重視剪力墻結(jié)構(gòu)基本概念的設(shè)計，認真把握設(shè)計中遵守的各項原則，合理選用剪力墻結(jié)構(gòu)的長度和寬度，使設(shè)計達到最優(yōu)效果。只有這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟安全，有效減少工程費用，促進整個工程建設(shè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。
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