試論高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻的應(yīng)用

吳烈文

【摘要】本文深入剖析剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)，重點(diǎn)討論剪力墻的布置要求與結(jié)構(gòu)類別，闡述剪力墻厚度與長(zhǎng)度等問題，最終優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理化、科學(xué)化、經(jīng)濟(jì)化。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；剪力墻；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

前言：剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有整體性優(yōu)、剛度強(qiáng)、造價(jià)低等特點(diǎn)，因此高層建筑常用剪力墻結(jié)構(gòu)，可把隔墻與承重墻有機(jī)統(tǒng)一且施工成本更為經(jīng)濟(jì)，除此以外，剪力墻結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)相比，沒有出現(xiàn)梁、柱外露等情況，且外立面造型更加美觀，內(nèi)部功能更加多樣化。隨著剪力墻在高層建筑的廣泛應(yīng)用，社會(huì)大眾對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)一步提高，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的類型選擇、布置盡管沒用作出細(xì)致規(guī)定，我們?cè)O(shè)計(jì)人員則應(yīng)當(dāng)結(jié)合建筑工程實(shí)際條件，加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

1、高層剪力墻結(jié)構(gòu)布置要求與特點(diǎn)

1.1剪力墻布置要求

通常剪力墻沿主軸方向進(jìn)行布置，設(shè)計(jì)人員在建筑平面內(nèi)布置的剪力墻應(yīng)當(dāng)保持平均，剪力墻寬度與高度尺寸均較大，且其厚度偏薄，剪力墻主要承受水平作用、彎矩以及豎向荷載，因此剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有抗風(fēng)、抗震的能力，所以其結(jié)構(gòu)體系應(yīng)滿足延性變形與抗脆性剪切的要求，在剪力墻設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡量考慮其彎曲延性。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)類別

高層剪力墻建筑結(jié)構(gòu)類型主要包括整體墻、聯(lián)肢墻等，根據(jù)墻體的差異性特點(diǎn)以及其受力形式，對(duì)剪力墻體內(nèi)力進(jìn)行配筋，整體墻主要涉及山墻、局部開洞墻、結(jié)構(gòu)片墻，而聯(lián)肢墻則是將剪力墻通過梁進(jìn)行連接，剪力墻建筑結(jié)構(gòu)體系如下圖所示。剪力墻在高層建筑中充當(dāng)豎向承重與抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，設(shè)計(jì)人員在剪力墻上可以進(jìn)行開洞設(shè)計(jì)，如洞口開設(shè)越大時(shí)，從受力體系上更接近于剪力墻框架體系。

1.3剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)：高層剪力墻結(jié)構(gòu)體系承載水平較高，自身側(cè)向剛度較大、變形小，平面布局較為規(guī)整，剪力墻結(jié)構(gòu)體系適用層高較小建筑，如高層住宅、高層賓館等。

（2）缺點(diǎn)：高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)體系自重偏大，且建筑平面布置空間存在局限性，為了滿足業(yè)主對(duì)大建筑空間的需求，可將剪力墻轉(zhuǎn)化為框架-剪力墻、框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把剪力墻、框架作為承載構(gòu)件，承受水平與豎向作用荷載，而框架結(jié)構(gòu)來(lái)承受豎向荷載，剪力墻則承受水平方向的剪切力?？蛑?剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把高層建筑底部設(shè)計(jì)為框架體系，這種結(jié)構(gòu)體系適用于帶有轉(zhuǎn)換層的建筑。

2、剪力墻厚度與墻肢長(zhǎng)度確定

2.1剪力墻厚度

根據(jù)抗震規(guī)范規(guī)定要求，當(dāng)高層建筑抗震等級(jí)為一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)人員需要對(duì)剪力墻底部進(jìn)行加強(qiáng)，其墻厚應(yīng)大于200mrn，而且大于高層建筑層高1/16，對(duì)于非加強(qiáng)區(qū)域墻厚不得低于160mm，在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員如遇特殊情況，應(yīng)對(duì)高層建筑展開概念設(shè)計(jì)分析，積極控制與調(diào)整墻肢軸壓的數(shù)值，確保高層建筑的連續(xù)性，確保剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

2.2墻肢長(zhǎng)度

在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度有著明確控制，墻肢長(zhǎng)度一般低于8m，因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證剪力墻體系延性，為了消除剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞，可把剪力墻的高寬比大于3，增強(qiáng)剪力墻的延性，在地震作用下使其發(fā)生彎曲破壞，在以往設(shè)計(jì)過程中筆者發(fā)現(xiàn)墻體過長(zhǎng)，為了確保墻體的高寬比值大于3，可通過開設(shè)洞口等措施將長(zhǎng)墻分割成具有均勻性肢墻，對(duì)于洞口筆者認(rèn)為選擇彎矩比偏小的連梁。

3、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)中，首先結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范具體要求對(duì)結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行考量，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員從技術(shù)層面應(yīng)滿足下列原則，從而能夠推動(dòng)剪力墻設(shè)計(jì)科學(xué)化、規(guī)范化。

3.1調(diào)整層間最小剪力系數(shù)

設(shè)計(jì)人員為了控制剪力墻結(jié)構(gòu)自重，避免地震出現(xiàn)，盡量少布置剪力墻，但基于一個(gè)前提是要求短肢剪力墻所承受第一振型傾覆力矩應(yīng)低于地震傾覆力矩總數(shù)的40%，設(shè)計(jì)人員可擴(kuò)大剪力墻開間，增加剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，保證層間最小剪力系數(shù)滿足規(guī)范要求，從而能夠控制建筑工程成本支出。

3.2調(diào)整層間層高比與最大位移

層間扭轉(zhuǎn)與剪切變形是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其中剪切變形主要根據(jù)豎向構(gòu)件數(shù)量來(lái)判斷的，如某建筑豎向構(gòu)件布置過多，必然增大剪重比，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，扭轉(zhuǎn)變形加大，且無(wú)法滿足樓層間位移要求，對(duì)此，在建筑物中應(yīng)盡量減少扭轉(zhuǎn)變形，而不能單靠增加豎向構(gòu)件的剛度來(lái)調(diào)整樓層之間的位移。

4、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

4.1加強(qiáng)大墻肢的結(jié)構(gòu)處理

在設(shè)計(jì)過程中筆者發(fā)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)由于本身具有延伸性要求，對(duì)此在實(shí)際施工過程中也應(yīng)具備其延展性能，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視剪力墻結(jié)構(gòu)整體性工作，剪力墻在實(shí)際破壞中以彎曲破壞為主，極易造成脆性破壞，這對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震極為不利。針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)人員對(duì)于墻肢較長(zhǎng)的剪力墻設(shè)計(jì)不僅滿足承載力要求還需進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，將其分割成為均勻單元，對(duì)于較短墻肢在受彎條件下出現(xiàn)裂縫較小，從而能夠有效發(fā)揮墻體配筋作用，為消除這些不利現(xiàn)象出現(xiàn)，對(duì)于墻肢長(zhǎng)度超過8m可選擇下列處理措施：第一，開設(shè)施工洞，在施工過程中需對(duì)墻體孔洞預(yù)留，同時(shí)對(duì)預(yù)留孔洞需布置填充墻，這樣能夠?qū)㈤L(zhǎng)墻肢隔成短墻肢。第二，開設(shè)計(jì)算洞，設(shè)計(jì)人員主要在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)假設(shè)其有洞，但在實(shí)際施工過程中仍為混凝土墻，這種計(jì)算洞的開設(shè)，能夠發(fā)揮墻肢配筋性能。

4.2加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)均衡設(shè)計(jì)

在高層剪力墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采取恰當(dāng)優(yōu)化措施實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力均衡，不僅能夠提高剪力墻結(jié)構(gòu)安全度，還能夠控制工程的投資造價(jià)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)剪力墻的平面布置情況能夠真正實(shí)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件，制定正確的剪力墻設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)剪力墻施工質(zhì)量的督查，制定科學(xué)的施工管理機(jī)制，強(qiáng)化施工管理人員的安全意識(shí)，要求其按照操作流程與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工作業(yè)。

結(jié)束語(yǔ)：

總而言之，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用，對(duì)增強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)安全性、抗震性具有積極作用，對(duì)此設(shè)計(jì)人員需要考慮剪力墻的結(jié)構(gòu)問題，制定科學(xué)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合建筑工程的實(shí)際條件，對(duì)此充分做好現(xiàn)場(chǎng)的勘察設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，保證建筑物整體的設(shè)計(jì)水平，最終推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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