剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在高層建筑的中要點分析

凌福強

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑設(shè)計中越來越重要，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計本身就是一項專業(yè)性很強的工作，因此設(shè)計出人們需求的建筑是當(dāng)前建筑行業(yè)的目標(biāo)。本文將對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的要點進行簡要的探討和分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑;剪力墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

隨著科技水平的不斷提高，多層和高層建筑的不斷涌現(xiàn)，作為現(xiàn)代建筑中重要的組成部分剪力墻結(jié)構(gòu)也隨之被廣泛的應(yīng)用。剪力墻墻是一種應(yīng)力傳導(dǎo)的重要紐帶，其強度、剛度、延性等都會對建筑的穩(wěn)定性以及剪力墻的性能產(chǎn)生巨大的影響。如今，人們對建筑設(shè)計要求不斷提高，設(shè)計人員只有不斷優(yōu)化剪力墻的設(shè)計，加大對剪力墻結(jié)構(gòu)的研究，才能提高建設(shè)單位對建筑的滿意度。

1.剪力墻常見類型與設(shè)計原則

1.1 高層建筑剪力墻的特點以及分類

剪力墻具有較大的剛度，在結(jié)構(gòu)中通常承受大部分的水平力，成為一種比較有效的抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，在地震區(qū)的高層建筑中設(shè)置剪力墻或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。剪力墻根據(jù)是否開洞以及開洞的大小可以分為以下幾個類型：

1.1.1 整截面墻

所謂整截面墻是指不開洞口或洞口面積小于墻體總面積16%的剪力墻。其受力狀態(tài)如同豎向懸臂梁，截面上正應(yīng)力呈直線分布，沿墻肢的高度方向上彎矩既不發(fā)生突變也不出現(xiàn)反彎點，變形曲線以彎曲型為主。

1.1.2 整體小開口墻

整體小開口墻是指洞口沿豎向成列布置，各列墻肢和連梁剛度比較均勻。洞口面積雖然大于墻體總面積16%，但仍然屬于小面積開洞的墻體，其受力性能可按整體的懸臂考慮。并應(yīng)考慮墻肢的局部彎矩，水平荷載作用產(chǎn)生的彎矩主要由墻肢的軸力承擔(dān)，墻體自身彎矩很小，彎矩圖有突變，但基本上無反彎點，截面上正應(yīng)力接近直線分布，變形曲線仍以彎曲型為主。

1.1.3 聯(lián)肢墻

所謂聯(lián)肢墻是指洞口沿豎向成列布置，且洞口面積超過墻體總面積的16%，，連梁剛度遠小于墻肢剛度的墻體。開有一列較大洞口的剪力墻為雙肢墻。開有多列較大洞口的剪力墻為多肢墻。連梁對墻肢有一定的約束作用，墻肢彎矩圖有突變，并有反彎點存在，墻肢局部彎矩較大，整個截面上正應(yīng)力已不再呈直線分布，變形曲線為彎曲型。

1.1.4 壁式框架

壁式框架是指洞口的尺寸相對較大，連梁剛度與墻肢剛度比較接近的墻體。其受力特點是彎矩圖不僅在樓層處有突變，而且在大多數(shù)樓層中都會出現(xiàn)反彎點，變形曲線以剪切型為主。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，剪力墻要按墻肢截面高度與其厚度的比值判斷其類型，按柱或者按雙向受壓構(gòu)件進行設(shè)計。剪力墻既要達到一定的剛度，還要具有一定的變形性能和延伸性能。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)會承受多方面的荷載與壓力，一方面要承擔(dān)水平剪力和彎矩，另一方面要承擔(dān)建筑物的豎向壓力。剪力墻在承受彎矩、軸力和剪力等多種力的荷載狀態(tài)下工作，設(shè)計師在設(shè)計剪力墻時要考慮到剪力墻的彎曲性能和延伸性，這樣既可以提升建筑物的抗震性能，同時還能夠避免脆性對建筑物造成的影響。剪力墻在設(shè)計的時候要切忌與平面外進行搭接，若必須進行搭接時，需要采取相應(yīng)措施，以確保剪力墻的平面安全。

2.結(jié)構(gòu)布置

2.1 剪力墻布置

隨著建筑物綜合性能的不斷提升，建筑設(shè)計中通常都會充分考慮到空間工作性能，所以在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如何有效的布置剪力墻不僅決定了剪力墻結(jié)構(gòu)計算結(jié)果是否可以滿足規(guī)范要求，還決定著結(jié)構(gòu)是否為最優(yōu)結(jié)構(gòu)體系，這一切又將決定著整個結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟指標(biāo)。剪力墻布置的基本原則是：

剪力墻宜沿主軸方向布置。對一般的矩形、L 形、T 形等平面宜沿兩個軸線方向布置;對三角形、Y 形平面宜沿三個軸線方向布置;對正多邊形、圓形及弧形平面可沿徑向及環(huán)向布置。應(yīng)避免出現(xiàn)只有單向有墻的情況，并使兩個方向抗側(cè)力剛度接近，內(nèi)外剪力墻應(yīng)盡量拉通對直。應(yīng)盡量將結(jié)構(gòu)兩個方向的剪力墻通過連梁或框架梁連成整體，形成貫穿整個結(jié)構(gòu)寬度和長度的抗風(fēng)、抗震結(jié)構(gòu)。

為充分發(fā)揮剪力墻的抗側(cè)力剛度和承載能力，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，剪力墻間距不宜太密，側(cè)向剛度不宜過大，以免加大自重和加大抗震設(shè)計時地震作用，造成結(jié)構(gòu)的不經(jīng)濟性。通過加長剪力墻墻肢長度，減少剪力墻數(shù)量，使結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度增加，邊緣構(gòu)件數(shù)量減少，以期通過布置較少的剪力墻獲得滿足規(guī)范要求的抗側(cè)、抗扭剛度。多布置L 形、T 形、十字形墻肢，少布置復(fù)雜形狀轉(zhuǎn)折墻肢，減少暗柱數(shù)量，盡量避免在墻肢中部布置短橫墻及小墻垛。

剪力墻的平面布置應(yīng)盡可能均勻、對稱，盡量使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心重合，以減少扭轉(zhuǎn)。在豎向，剪力墻宜自下而上連續(xù)布置，避免剛度突變。剪力墻厚度隨結(jié)構(gòu)高度增加均勻變化，避免為保證墻體的穩(wěn)定而人為增加墻厚的情況。

對于剪力墻上難以避免的洞口，鑒于洞口大小、位置及數(shù)量對剪力墻的結(jié)構(gòu)受力影響很大，剪力墻上的門窗洞口宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，且各墻肢剛度不宜相差懸殊。另外，由于剪力墻中的連梁剛度較弱，不宜將樓面主梁支承載在剪力墻之間的連梁上。

2.2 梁板布置

板厚決定了樓板用鋼量的大小，所以樓板厚度一般按撓度、裂縫及板內(nèi)設(shè)備穿管的最低要求取值，不必過厚。樓層梁布置時，應(yīng)保證梁具有簡單明確的傳力路徑，避免多重次梁、多次傳力的情況。若非剛度及連接一字形墻的需要，不宜設(shè)置高連梁;連梁寬度若非剛度需要不一定與墻厚相同，以減少不必要的構(gòu)造配筋量和混凝土用量。較小跨度的板上隔墻下可不設(shè)置梁，可在板內(nèi)設(shè)置加強筋，以減少用鋼量。

3.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中若干問題的處理

3.1 連梁超筋：計算分析中經(jīng)常會出現(xiàn)個別連梁超筋的現(xiàn)象，對超筋連梁，加高連梁的方法一般來說收效不大，應(yīng)加大洞口寬度或減小梁截面，增大連梁的跨高比，減小該聯(lián)肢墻剛度，轉(zhuǎn)移其承擔(dān)的部分地震力，從而降低連梁內(nèi)力達到不超筋的目的;對調(diào)整確有困難的連梁，若有其他可靠傳遞水平力的路徑也可通過降低梁的彎剪剛度而不減小梁截面的方法進行調(diào)整。

3.2 剪力墻拐角處的小墻垛若非特殊要求，計算分析模型中可不建立此類構(gòu)件，若因連接較大跨度梁造成計算配筋較大應(yīng)按實際配筋。

3.3 當(dāng)帶翼緣的邊緣構(gòu)件計算配筋且配筋量較大時，建議用“剪力墻組合配筋”重新計算該邊緣構(gòu)件，可減小邊緣構(gòu)件的配筋。

3.4 對小開口整體墻，因開洞形成的一字墻可不作為單片墻或短肢剪力墻，在洞口兩側(cè)僅需設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

3.5 墻厚大于300mm 的短肢墻可不定義為短肢剪力墻，可按一般剪力墻或框架柱的相關(guān)構(gòu)造要求執(zhí)行。

4.結(jié)語

首先，在建筑設(shè)計方案階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員就應(yīng)用概念設(shè)計去幫助建筑師實現(xiàn)業(yè)主所想要的使用、構(gòu)造與形象功能，盡可能做到建筑體型規(guī)則、對稱，與建筑師一起構(gòu)思總結(jié)構(gòu)體系，并能明確結(jié)構(gòu)總體系和主要分體系之間的最佳受力特征要求;其次，高層建筑結(jié)構(gòu)水平荷載是控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的決定性因素，因此，除考慮建筑功能要求外，結(jié)構(gòu)單元抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置宜規(guī)則、對稱，受力明確、力求簡單，傳力合理、途徑不間斷，并應(yīng)具有良好的整體性;結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能;盡可能設(shè)置多道抗震防線;對可能出現(xiàn)的薄弱部位應(yīng)采取措施提高其抗震能力。一個好的結(jié)構(gòu)布置對建筑物建設(shè)成本的控制起到關(guān)鍵作用，后期注重結(jié)構(gòu)設(shè)計的每個細節(jié)即可得到一個較好的結(jié)構(gòu)方案，使結(jié)構(gòu)設(shè)計做到技術(shù)先進、安全適用、經(jīng)濟合理。

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