高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探究

陳英鵬

（佳木斯市建筑設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 佳木斯 154002）

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)一般承受水平力、豎向力的能力較大，橫向剛度也大，可建造的建筑與框架結(jié)構(gòu)相比層數(shù)更高、更多。因此，設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)根據(jù)各型墻體的特點(diǎn)，并與實(shí)際的工程背景相結(jié)合，對高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化進(jìn)行認(rèn)真研究是有必要的。對于結(jié)構(gòu)專業(yè)來說，好的設(shè)計(jì)應(yīng)該是技術(shù)合理、安全可靠且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要優(yōu)良。剪力墻布置數(shù)量、位置及其層數(shù)與抗震強(qiáng)度等是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

1.1 結(jié)構(gòu)布置

剪力墻盡可能布置在結(jié)構(gòu)周邊外圍護(hù)墻位置，在結(jié)構(gòu)中部宜減少剪力墻的布置量，且各墻肢布置時(shí)應(yīng)考慮如何減少邊緣構(gòu)件獲得滿足規(guī)范要求的抗側(cè)、抗扭剛度。在布置剪力墻時(shí)，應(yīng)考慮剪力墻連續(xù)轉(zhuǎn)折及小墻垛布置對邊緣構(gòu)件的影響，在水平力的作用下，可以按照懸臂構(gòu)件來計(jì)算整體墻的截面彎矩和剪力，剪力墻的布置數(shù)量及其組合形式與結(jié)構(gòu)總體剛度關(guān)系密切。

1.2 洞口設(shè)置

對于小開口的整體墻，因洞口的影響，墻肢間不是直線應(yīng)力分布，但偏離不大，在整體墻計(jì)算方法的基礎(chǔ)上可加以修正，在對抗震設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能避免在洞口與墻邊或兩個(gè)洞口之間形成墻肢截面高度與厚度的比要小于4 的小墻肢。

1.3 剪力墻的構(gòu)造措施

剪力墻的特點(diǎn)是平面外剛度及承載力相對很小，而平面內(nèi)剛度及承重力大，因此剪力墻平面外的彎矩應(yīng)有所控制；抗震墻結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足墻肢軸壓比限值界線值時(shí)可按規(guī)定設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，一般剪力墻墻體配筋要求是水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)；剪力墻頂部設(shè)置暗梁，以便連梁、框架梁縱筋及剪力墻豎向鋼筋錨固，按構(gòu)造要求配置縱筋和箍筋。

1.4 剪力墻結(jié)構(gòu)方案的選擇

在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，方案階段的優(yōu)化影響大約占到百分之七十，由此看來，在方案階段應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)形式的合理性與經(jīng)濟(jì)性，并使建筑功能與結(jié)構(gòu)布置結(jié)合，對工程實(shí)施的順利進(jìn)行是有著重要作用的。合適的結(jié)構(gòu)體系的選擇，在方案階段可以控制總體成本，對于層數(shù)較小的高層住宅（比如在20層以下），可采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，若20層以下的高層住宅采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因各墻肢軸壓比較小，墻體配筋為構(gòu)造配筋，墻體承載能力就不能發(fā)揮出來，工程費(fèi)用也相對有所提高，解決以上不足之處可采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)；超過20層的建筑物結(jié)構(gòu)最好還是采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻，如若采用短肢剪力墻體系，結(jié)構(gòu)就會(huì)較柔，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和層間位移規(guī)范要求就不一定能夠得到滿足，底部剪力系數(shù)也偏低，就會(huì)造成不安全的結(jié)構(gòu)。有時(shí)在采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)的剛度過大可以采用在墻肢上開孔，或者將窗臺(tái)改成磚砌結(jié)構(gòu)等措施進(jìn)行調(diào)整。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的原則

剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好，水平荷載作用下側(cè)向變形也小，剪力墻的設(shè)計(jì)計(jì)算是考慮水平和豎向作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，梁進(jìn)行框架剪力墻調(diào)整與不調(diào)整兩次計(jì)算，有選擇的進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。剪力墻連梁的跨高比不應(yīng)小于2.5，否則很容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)范限值，調(diào)整后的連梁彎矩、剪力設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于使用狀況值，也不應(yīng)低于比設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值，否則會(huì)造成危險(xiǎn)；剪切變形的控制以豎向構(gòu)件的多少來決定，高層建筑應(yīng)盡量減少扭轉(zhuǎn)變形，但也不能只根據(jù)這些層間位移而不加分析地盲目增加豎向構(gòu)件的剛度，在工程實(shí)際設(shè)計(jì)中，可能有些設(shè)計(jì)人員一看到某一方向?qū)娱g位移的規(guī)范要求不能滿足，就會(huì)不斷地增加該項(xiàng)的側(cè)向剛度；樓板在自身平面內(nèi)的剛度可視為無限大，而在平面外的剛度很小，可以忽略；根據(jù)結(jié)構(gòu)類型與受力情況，對剪力墻兩端及洞口兩側(cè)的加強(qiáng)邊緣，按墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強(qiáng)部位要求可分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)將結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件盡可能沿建筑周邊布置，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，這樣不但可提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，也能夠大幅度提高結(jié)構(gòu)的整體剛度；隔墻盡可能采用輕質(zhì)墻體，以減輕荷載，較小地震作用，減低基礎(chǔ)造價(jià)，高層或超高層剪力墻結(jié)構(gòu)樓層連梁及框架梁內(nèi)力及配筋隨高度的變化較大，因此建議適當(dāng)選擇合并樓層數(shù)，這樣可以節(jié)約用鋼量。

3 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化其它措施

3.1 施工過程應(yīng)注意的問題

在框架結(jié)構(gòu)中框架梁及與框架柱相連的其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力筋都要錨入框架柱內(nèi)并滿足錨固長度；在一定條件下抗震墻本身可以具有較好的延性和耗能能力，但是這種延性和耗能能力需要靠剪力墻自身分布鋼筋的合理配置才能實(shí)現(xiàn)；施工過程設(shè)置邊緣構(gòu)件目的是增加結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.2 控制建筑結(jié)構(gòu)成本的措施

暗柱、梁、板采用高強(qiáng)鋼筋，以減少計(jì)算配筋量，墻體荷載可以扣除，明確建筑使用功能以確定活荷載，去掉不必要的荷載。配筋應(yīng)以滿足計(jì)算及規(guī)范建議的最小配筋率就可以，但是地下部分的墻體配筋應(yīng)通過計(jì)算確定，框架和剪力墻共同承擔(dān)外部荷載時(shí)，二者間為保持變形協(xié)調(diào)還存有相互的作用。

3.3 連梁優(yōu)化設(shè)計(jì)

經(jīng)過調(diào)整后的連梁應(yīng)確保其彎矩、剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)不小于使用階段實(shí)際值，也不應(yīng)低于設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值，以防止在正常使用時(shí)而產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全。對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其本身的剛度與質(zhì)量不宜過大，一般可通過水平力作用下精確的空間分析來檢查轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角是否基本均勻。

4 結(jié)語

高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過調(diào)整概念設(shè)計(jì)理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)原則及一系列合理的技術(shù)措施，才能保證高層建筑的安全、經(jīng)濟(jì)，滿足全民的住房需求。

[1]李勇軍，王燕.帶縫剪力墻的非線性分析[J].山西建筑，2008，(35).

[2]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[M].中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]呂瑞孝，姜?jiǎng)?高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需關(guān)注的要點(diǎn)[J].科技信息，2011，(19).