高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其優(yōu)化策略

王歡 袁立娜

摘要：高層建筑結(jié)構(gòu)在當(dāng)前建筑形式中普遍存在，高層民用建筑已經(jīng)成為居住型住宅的主要形式。良好的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能顯著提升高層民用建筑穩(wěn)定性及建筑抵抗地震的能力。高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須把握住結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從優(yōu)化具體的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算環(huán)節(jié)出發(fā)，改善高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：高層民用建筑;剪力墻結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（一）剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高層民用建筑結(jié)構(gòu)受力具有軸向變形、側(cè)移控制、結(jié)構(gòu)延性和水平荷載等幾個主要特征，在進(jìn)行高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該保證其具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)自重大、抗側(cè)剛度大、側(cè)移小、吸收性能較好、能夠減弱地震帶來的沖擊等。一般來說，高層民用建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)的高度和厚度都較大，抗剪切力的機(jī)械強(qiáng)度在荷載下的能量消耗較小，所以在對二十層以上的高層民用建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以以全截面抗彎為依據(jù)來計(jì)算剪力墻截面彎曲破壞的最大極限承載力，可以知道洞口越小，剪力墻的整性能就越好。另外，這種設(shè)計(jì)下的剪力墻還能對整體的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理劃分，使室內(nèi)的框架結(jié)構(gòu)變得更加簡潔美觀。但是要注意的是，剪力墻結(jié)構(gòu)是混凝土構(gòu)件，也就是說它本身是有一定的重量的，這就很容易在地震時(shí)引發(fā)嚴(yán)重的地震反應(yīng)，并且剪力墻的結(jié)構(gòu)還有一定的抗側(cè)剛度使地震時(shí)的反應(yīng)進(jìn)一步加大，進(jìn)而在一定程度上使得建造費(fèi)用增加，所以在實(shí)際的建造中應(yīng)先對剪切力的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有一個清楚的了解，把握好高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

（二）剪力墻結(jié)構(gòu)的分類

剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)和施工特點(diǎn)有關(guān)，根據(jù)上述特點(diǎn)才能決定是否有開洞的必要，如過在設(shè)計(jì)當(dāng)中確定需要開洞，那相關(guān)的施工人員就要考慮所開洞的大小，并且根據(jù)洞開與否和其實(shí)際的大小我們可以將剪力墻分為以下幾種類型：實(shí)體墻、整體小開口剪力墻、多肢或多肢剪力墻、壁墻框架[3]。其中實(shí)體墻就是開洞面積較小或者不開洞的墻，它的受力特點(diǎn)主要就是沒有突變也沒有反彎點(diǎn)，它是以彎曲型為主。整體小開口剪力墻就是指洞的面積大于百分之十五但是開洞面積仍然較小的墻，這種墻的受力特點(diǎn)就是彎矩圖發(fā)生突變，但是整個高度上沒有反彎點(diǎn)或者是只有個別的地方有反彎點(diǎn)。多肢或多肢剪力墻就是指洞面積較大的墻，這種墻的受力特點(diǎn)和前面說的整體小開口剪力墻的特點(diǎn)大致相似。壁式框架相比于前面兩種它的洞口面積還是比較大的，彎矩圖在樓層出發(fā)生突變，并且在很多樓層處都出現(xiàn)反彎點(diǎn)。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

剪力墻是建筑結(jié)構(gòu)中的重要結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式能夠承受建筑水平及豎向荷載，防止結(jié)構(gòu)受剪破壞。剪力墻又稱為抗震墻，側(cè)向變形小，延展性好且能承受較大的荷載，表現(xiàn)出優(yōu)秀的抗震性能。在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足以下設(shè)計(jì)要求：①懸臂剪力墻墻肢的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要設(shè)計(jì)好墻肢底截面的設(shè)計(jì);②按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的墻體洞口對剪力墻進(jìn)行分類，可分為整體墻與連肢墻。不同的墻體類型需要進(jìn)行不同的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì);③做好連肢墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。尤其要注意墻肢較小時(shí)的墻肢軸壓比值的計(jì)算。當(dāng)連肢墻的洞口開的較大降低了墻肢剛度時(shí)，此時(shí)要將連肢墻看作框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。把握住剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體要求，在設(shè)計(jì)過程中不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，是高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

三、高層民用建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

（一）剪力墻設(shè)計(jì)要為后續(xù)的建筑改造留有余地

在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該為后續(xù)的設(shè)計(jì)改造留有余地，保證剪力墻主體在能滿足其結(jié)構(gòu)剛性的同時(shí)也為門窗的設(shè)計(jì)的留有空間，切記不能隨意建造，要避免重復(fù)挖掘門洞。在設(shè)置剪力墻的空洞位置時(shí)要提前做好規(guī)劃，將墻體分為若干個部位，并且將門窗均勻分布在這些部位當(dāng)中。

（二）合理布置剪力墻平面

針對剪力墻平面的設(shè)置應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：首先，就是要保持剪力墻平面的對稱均勻，讓剪力墻面的重心和整個結(jié)構(gòu)剛度的中心盡最大限度重合，從而降低扭矩，對直并且拉通內(nèi)外的墻體。其次，在設(shè)計(jì)抗震剪力墻時(shí)要盡量設(shè)計(jì)兩側(cè)都有剪力墻的方案，排除一側(cè)有剪力墻的方案。再次，就是在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)要盡量使其沿著中心軸線的方向?qū)ΨQ。最后，就是在設(shè)計(jì)時(shí)要注意剪力墻的抗側(cè)力不能使其剛度太高，在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中可以借助公式T=（0.05-0.06）n，其中T是經(jīng)驗(yàn)公式，n是剪力墻結(jié)構(gòu)的層數(shù)，通過這個公式可以確定剪力墻剛度的大致范圍，并且保證剛度和剪力墻的層數(shù)相匹配，進(jìn)一步拓展其有效空間和承載力。

（三）正確處理剪力墻的墻肢

在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)應(yīng)該保證它有一定的延展性，尤其在針對一些較高的剪力墻的時(shí)候應(yīng)該盡可能用一些具有較好的延展性并且能夠用彎曲的剪力墻來替代原來的剪力墻，提高其機(jī)械強(qiáng)度。針對一些長度較大的剪力墻可以通過開洞的方法將長墻體分割成為單個的并且均勻的墻段，這種小墻段不容易出現(xiàn)裂縫，即使有裂縫也較小，進(jìn)而可以最大限度發(fā)揮剪力墻中鋼筋的支撐作用。由于大墻肢很容易在地震時(shí)發(fā)生發(fā)生破壞，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對于那些長度大于八米的墻肢可以采用開洞的方法減少地震帶來的影響。

（四）合理處理邊緣構(gòu)件

剪力墻的邊緣構(gòu)件有兩種分別是構(gòu)造型邊緣構(gòu)件和約束型邊緣構(gòu)件，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)剪力墻的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。針對那些下部位于加強(qiáng)位置上的和不具有抗震性能的高層民用建筑的剪力墻應(yīng)該選擇構(gòu)造型邊緣構(gòu)件，針對那些加強(qiáng)位置和臨部上層以及高層民用建筑和重荷載下墻體的軸壓比平均值等于或大于下表所規(guī)定的數(shù)值時(shí)，一般選用約束型邊緣構(gòu)件。

四、結(jié)語：

綜上所述，剪力墻作為高層民用建筑的一個重要結(jié)構(gòu)，它設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到整個建筑結(jié)構(gòu)安全性和防震性，所以一定要合理設(shè)計(jì)剪力墻。在設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)建筑的實(shí)際情況選擇合適的剪力墻設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)合理的門洞、過渡層、剪力墻平面，并且選擇合適的邊緣構(gòu)建，嚴(yán)格遵循相應(yīng)的剪力墻設(shè)計(jì)原則，進(jìn)而保障建筑結(jié)構(gòu)能夠承受相應(yīng)的荷載和水平壓力，充分發(fā)揮其建筑結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，為居民提供安全的住房環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋克威，孟強(qiáng).談幕墻設(shè)計(jì)對建筑外立面設(shè)計(jì)的影響[J].城市建設(shè)理論研究，2014（14）：67.

[2] 夏志華.探析幕墻設(shè)計(jì)對建筑外立面設(shè)計(jì)的影響[J].商品與質(zhì)量，2016（39）：123.

[3] 陳潔.探析幕墻設(shè)計(jì)對建筑外立面設(shè)計(jì)的影響[J].江西建材，2015（24）：37.