關(guān)于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

羅麗

（桂林市建筑設(shè)計(jì)研究院廣西桂林市　541002）

關(guān)于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

羅麗

（桂林市建筑設(shè)計(jì)研究院廣西桂林市541002）

剪力墻又稱為結(jié)構(gòu)墻和抗風(fēng)墻。隨著高層建筑數(shù)量的增多，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性越來(lái)越突出。筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，以供相關(guān)從業(yè)人員借鑒參考。

剪力墻結(jié)構(gòu)；高層建筑；設(shè)計(jì)原則；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1　剪力墻概述

剪力墻指的是主要承受風(fēng)荷載、地震作用所產(chǎn)生的水平剪力的墻體，可以較好的抵抗水平荷載，其屬于建筑物的圍護(hù)墻和分隔墻，該墻體的設(shè)計(jì)需要滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置兩方面的要求。剪力墻的主要特點(diǎn)有：室內(nèi)墻面平整、抗側(cè)剛度大、側(cè)移小、施工較麻煩、造價(jià)較高、結(jié)構(gòu)自重大、吸收地震能量大。

根據(jù)是否開(kāi)洞以及開(kāi)洞的大小，剪力墻可以分為四類：實(shí)體墻、雙肢或多肢剪力墻、整體小開(kāi)口剪力墻、壁式框架，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1　剪力墻的分類

2　高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（1）在設(shè)計(jì)上剪力墻不能太密集，整個(gè)結(jié)構(gòu)要保持合適的側(cè)向剛度，不可過(guò)大或過(guò)小，過(guò)大會(huì)加大墻體本身的重量，增大地震中所受的地震力，更容易發(fā)生墻體倒塌。

（2）在豎直方向剪力墻要從下到上做連續(xù)的布置，堅(jiān)決避免剛度突變的發(fā)生。高層建筑剪力墻的墻肢截面要簡(jiǎn)單規(guī)則，豎直方向的剛度要均勻，門窗或者洞口要有連接梁和墻肢，設(shè)計(jì)中避免出現(xiàn)剛度相差懸殊的洞孔，抗震等級(jí)一、二、三級(jí)的剪力墻不適合疊合的錯(cuò)洞墻。

（3）在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)的時(shí)候，最好采用沿主軸的方向多向、雙向布置，將不同方向的剪力墻聯(lián)結(jié)在一起，盡量減少拉通，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，兩個(gè)方向的側(cè)向剛度要相近，墻肢的截面要簡(jiǎn)單規(guī)則，剪力墻在分布上數(shù)量要適當(dāng)、均勻。

（4）剪力墻的門窗或者洞口不能錯(cuò)位，要上下對(duì)齊，成列布置。為了不影響剪力墻的承重能力，產(chǎn)生變形，盡量避免出現(xiàn)疊合的錯(cuò)洞墻。

（5）如果剪力墻的長(zhǎng)度較大，就可以通過(guò)開(kāi)設(shè)洞口的方式將整個(gè)墻體分為獨(dú)立的幾個(gè)小墻體，每一段墻體的長(zhǎng)度小于8m。

（6）加強(qiáng)剪力墻平面之外抗彎的承載力與剛度，在墻內(nèi)設(shè)置一些暗柱、扶壁柱、型鋼等，用減小梁端的彎矩的措施，加強(qiáng)抗彎能力和承載力。

3　高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置技巧

一般剪力墻要沿主軸方向進(jìn)行設(shè)計(jì)布置，但是對(duì)于L形、巨型、T形等，可采用沿兩個(gè)軸線方向設(shè)計(jì)布置的方法。盡量避免出現(xiàn)只有單向有墻的情況，內(nèi)外剪力墻采取拉通對(duì)直的設(shè)置，為了滿足結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心的重合，盡量不要出現(xiàn)過(guò)大的扭轉(zhuǎn)。充分掌握剪力墻的布置間距，增大空間利用率。如果剪力墻布置間距過(guò)少，容易導(dǎo)致側(cè)向結(jié)構(gòu)剛度過(guò)大，經(jīng)濟(jì)性較差。由于剪力墻上會(huì)出現(xiàn)洞口，高層建筑剪力墻受力會(huì)受到洞口的大小、位置以及數(shù)量的影響，應(yīng)盡量避免三個(gè)以上的洞口集中于交叉墻附近，門窗洞口的布置要上下對(duì)齊，剛度相當(dāng)。由于剪力墻中連梁的剛度差，所以連梁上不能承載樓面主梁。

3.2控制結(jié)構(gòu)參數(shù)

在工程設(shè)計(jì)中主要涉及以下幾個(gè)主要參數(shù)：位移比、側(cè)向剛度比、周期比、剛重比、層間位移角。先說(shuō)說(shuō)位移比，它是指樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與本樓層平均值的比值，是一種扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。按照規(guī)范，它應(yīng)該是針對(duì)剛性樓板假定的，需要考慮偶然偏心影響的地震作用。再說(shuō)說(shuō)側(cè)向剛度，它是為了控制結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性。主要對(duì)某樓層抗側(cè)剛度與其上一層、相鄰三層的關(guān)聯(lián)敘述，還有對(duì)于結(jié)構(gòu)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力的要求。關(guān)于周期比，它的作用主要是為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減少扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。其關(guān)鍵就是限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期的比。剛重比，這項(xiàng)數(shù)據(jù)是控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生滑移和傾覆。最后說(shuō)說(shuō)層間位移角，它是指按彈性方法計(jì)算的樓層層間最大位移與層高之比。主要控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，適宜的結(jié)構(gòu)剛度不至于使地震力增大，也是考慮到經(jīng)濟(jì)性。

3.3剪力墻中大墻肢處理

剪力墻必須具備延展性結(jié)構(gòu)，對(duì)于高寬比大于2的剪力墻，如果被設(shè)計(jì)成了彎曲破壞的延性剪力墻，就可以避免受到脆性的剪切破壞。在墻長(zhǎng)度較長(zhǎng)的情況下，可以通過(guò)開(kāi)洞的方式，實(shí)現(xiàn)每墻段的高寬比均大于2，提高剪力墻的延展性。另外，由于墻段長(zhǎng)度較小時(shí)，其受彎產(chǎn)生的裂縫寬度也會(huì)較小，這樣墻體配筋的支撐作用就可以得到充分的發(fā)揮。對(duì)于長(zhǎng)度大于8m的大墻肢，理論上說(shuō)，樓層的剪力多是有這些大墻肢來(lái)承受的，一旦出現(xiàn)地震，最先容易受到破壞的就是大墻肢。為了減少大墻肢受到破壞，可采用下面的方法：①開(kāi)施工洞，在施工時(shí)墻內(nèi)留洞，完工時(shí)砌填填充墻，把長(zhǎng)墻肢分成短墻肢。②開(kāi)計(jì)算洞，是指在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)設(shè)有洞，施工時(shí)不開(kāi)洞。通過(guò)這種方式，加強(qiáng)其它小墻肢的配筋能力。第二種方法主要是針對(duì)不易實(shí)施開(kāi)洞的地下室外墻等剪力墻。

3.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算

在整體計(jì)算完成后，主要是對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面優(yōu)化、內(nèi)力和配筋計(jì)算。對(duì)于剪力墻墻身，其中存在豎向及水平向分布鋼筋，需要通過(guò)計(jì)算來(lái)確定用量。還要驗(yàn)算正截面抗彎承載力及斜截面抗剪承載力，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮水平筋與豎向筋，豎向分布筋抵抗彎矩，而水平分布筋抵抗剪力。對(duì)于邊緣構(gòu)件，它能有效地提高墻體的延性和抗剪能力。邊緣構(gòu)件分為兩類，即約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件，這是因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)形式和受力狀況比較復(fù)雜。對(duì)于連梁，它需要和墻體協(xié)同工作，增強(qiáng)剪力墻的剛度和強(qiáng)度，正常載荷作用下，連梁有聯(lián)系墻肢、且增大剪力墻剛度的作用。連梁跨度較小，梁端容易出現(xiàn)裂縫，為此，可以進(jìn)行剛度折減，但折減后仍然可能出現(xiàn)正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力不夠的情況，可采取的辦法就是減小連梁的高度或增加剪力墻的厚度及提高混凝土的等級(jí)。

3.5配筋設(shè)計(jì)

墻體的配筋率，目前規(guī)定在一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻中，水平和豎向的分布筋的最小配筋率不可小于0.25%，部分框支剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋率不可小于0.3%，從目前來(lái)看，我國(guó)的配筋率已經(jīng)與國(guó)外的配筋率基本接軌。設(shè)計(jì)中如果建筑物較長(zhǎng)較高，其框剪結(jié)構(gòu)的配筋應(yīng)適當(dāng)增加，尤其是在連梁部位、溫度、剛度變化敏感的部位，更應(yīng)當(dāng)增加。目前多層剪力墻中多為構(gòu)造配筋，個(gè)人認(rèn)為豎向最小配筋率應(yīng)包括邊緣構(gòu)件中的鋼筋，盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區(qū)，保證鋼筋間距不大于300mm，豎筋過(guò)多不利于抗震。

3.6有效的優(yōu)化連梁設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)連梁的抗震性和非抗震性時(shí)，按照高跨比分類可分為兩種：①高跨比小于2.5；②高跨比大于2.5。這兩種設(shè)計(jì)對(duì)受剪承載力與截面的配筋有著相同的規(guī)范要求。在進(jìn)行連梁設(shè)計(jì)時(shí)，首先要計(jì)算內(nèi)力之前，先將連梁本身的剛度進(jìn)行拆減。然后再做好內(nèi)力計(jì)算之后，在連梁的彎矩組合與剪力上乘以折減系數(shù)。需要注意的是，不管采用那種算法，都需要根據(jù)實(shí)際情況確定剪力和彎矩設(shè)計(jì)值，確保這個(gè)值要小于調(diào)整之后的數(shù)值。另外，按照低于預(yù)防烈度1度的地震組合值來(lái)設(shè)計(jì)彎矩，可以確保正常情況下的使用，有效的預(yù)防裂縫，最終保證高層建筑的結(jié)構(gòu)安全。

3.7注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)在建筑物的功能要求多樣化，一棟大樓很有可能要求它的上部（中部）和下部使用功能不同，這時(shí)需要進(jìn)行多種轉(zhuǎn)換，還要設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件，以傳遞內(nèi)力。由于高位轉(zhuǎn)換時(shí)剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，調(diào)整轉(zhuǎn)換層本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，這要求轉(zhuǎn)換層剛度、質(zhì)量適中，可通過(guò)水平層力作用來(lái)檢查層間位移角的均勻性。選擇轉(zhuǎn)換層形式時(shí)，最好選用重量小剛度小的材料。在設(shè)計(jì)時(shí)，還要進(jìn)行大量的計(jì)算，通過(guò)計(jì)算我們就會(huì)知道，哪一部分才是最薄弱的，然后再通過(guò)內(nèi)力分配特點(diǎn)的具體研究，改善薄弱部位的設(shè)計(jì)性能，最后進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，來(lái)改善薄弱部位性能。

3.8剪力墻底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)

由于剪力墻是十分重要的承力結(jié)構(gòu)，單憑主墻體的強(qiáng)度很難滿足實(shí)際施工需要，特別是那些高大建筑，更需要注意這一方面的設(shè)計(jì)。目前，在工程上，在剪力墻底部設(shè)計(jì)加強(qiáng)墻，可有效解決以上問(wèn)題。但是由于設(shè)計(jì)加強(qiáng)墻后，剪力墻的結(jié)構(gòu)會(huì)更加復(fù)雜，有可能影響到建筑物內(nèi)其他結(jié)構(gòu)的布置，因此，需要進(jìn)行優(yōu)化。①對(duì)于一般剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，底部加強(qiáng)部位的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/8和底部?jī)蓪痈叨榷叩妮^大值，做好底墩的外飄寬度設(shè)計(jì)；②對(duì)于包含轉(zhuǎn)換層或類似結(jié)構(gòu)的剪力墻，應(yīng)取框支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值作為剪力墻底部加部位的高度。另外，如果嵌固部位不是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，而是使用其它結(jié)構(gòu)來(lái)代替，為了在發(fā)生地震時(shí)避免引起破壞的傳遞性，就需要在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中將加強(qiáng)部位的范圍應(yīng)向下延伸。

4　結(jié)束語(yǔ)

隨著高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的增多，我們對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的研究也應(yīng)該隨著越來(lái)越深入，以適應(yīng)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的需要，如何做到安全、經(jīng)濟(jì)需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過(guò)充分運(yùn)用概念設(shè)計(jì)把握結(jié)構(gòu)的整體性，科學(xué)布置剪力墻結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑的可靠保障。

[1]張超.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析[J].建筑建材裝飾，2015，04.

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[5]王清浩.淺談高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建筑建材裝飾，2015，01.

[6]胡燕.淺談高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].商品與質(zhì)量（房地產(chǎn)研究），2015，02.

TU318

A

1673-0038（2015）26-0039-02

2015-3-25

羅麗（1980-），女，中級(jí)，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。