剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑的抗震設(shè)計(jì)研究

剛穎

中國核電工程有限公司上海分公司 上海 200120

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，在城市核心區(qū)住宅建設(shè)中，高層剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一種越來越常見的結(jié)構(gòu)形式。框架剪力墻因其結(jié)構(gòu)簡單、方便靈活、成本低廉、使用工期短等優(yōu)點(diǎn)一直被施工人員廣泛使用?？蚣芗袅梢詽M足多種建筑的建筑要求，即它的應(yīng)用性很強(qiáng)。人們對高層建筑提出了更高難度的設(shè)計(jì)理念，框架剪力墻的具體結(jié)構(gòu)也需要不斷改善，這也使施工難度達(dá)到了新的高度。本文將通過對高層剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以期能夠?qū)ξ覈拐鸺夹g(shù)在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用起到促進(jìn)作用。

1 框架剪力墻受力的特點(diǎn)

1.1 框架剪力墻結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)

在高層結(jié)構(gòu)中，框架剪力墻在平面范圍內(nèi)，可以認(rèn)為高層建筑的樓蓋剛度是無限大的，框架與剪力墻利用樓蓋連接，使網(wǎng)絡(luò)形成，并且共同將水平方向力承擔(dān)，以防彎曲變形對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，該結(jié)構(gòu)位移在同個(gè)一樓層基本保持一致。因此，框架剪力墻位移屬于彎剪型，在水平面范圍內(nèi)，外在框架與剪力墻之間?？蚣芗袅Ω邔咏ㄖY(jié)構(gòu)，剪力墻位于建筑的下部，由于＞80%水平剪力的作用，致使變形量非常小，而建筑結(jié)構(gòu)的上部，框架結(jié)構(gòu)變形非常小，與剪力墻一同進(jìn)行作用，對剪力墻結(jié)構(gòu)的向外變形進(jìn)行抵抗，也增大了水平方向的剪力。高層建筑的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，有效運(yùn)用二者的優(yōu)勢，協(xié)調(diào)水平方向的變形，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)側(cè)向剛度的效果，從而使結(jié)構(gòu)抗震性得以增加[1]。

1.2 框架和剪力墻受力的特點(diǎn)

高層建筑中的框架結(jié)構(gòu)形變，為開口型的曲線，屬于剪切型，通常能夠體現(xiàn)剪切的特點(diǎn)，增加位移，改變便會(huì)減慢。建筑工程施工的中階段，純框架結(jié)構(gòu)形變的曲線基本一樣。應(yīng)該按照一定的比例，結(jié)合不同框架結(jié)構(gòu)抗推的剛度，分配水平方向的受力。隨著增大位移，剪力墻結(jié)構(gòu)變形曲線速度也會(huì)加快，曲線有變形開口表現(xiàn)出來。在平面內(nèi)，表現(xiàn)出的抗彎強(qiáng)度比較大，結(jié)構(gòu)為普通的剪力墻時(shí)，受力位移線基本相同，也就是根據(jù)剪力墻剛度值，分別對剪力墻間水平方向的力等效進(jìn)行分配[2]。

2 設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑抗震的要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)平面布置的抗震

地震具有突發(fā)性，設(shè)計(jì)高層建筑的過程中，地震參數(shù)是無法預(yù)知的，必須運(yùn)用計(jì)算方式，對設(shè)計(jì)抗震的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃。設(shè)計(jì)高層建筑剪力墻抗震中，布置平面是首要的內(nèi)容，布置平面對剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性具有直接的關(guān)系。通過分析和研究多項(xiàng)案例可以了解到，對于高層建筑剪力墻，運(yùn)用平面進(jìn)行布置，必須遵循對稱的原則，無論是均勻分布剛度和質(zhì)量，還是傳力路徑，都要進(jìn)行設(shè)計(jì)，對于剪力墻抗震的能力非常有力，高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)在地震環(huán)境中，不容易被破壞。設(shè)計(jì)平面布置抗震的過程中，對于結(jié)構(gòu)體系效應(yīng)能夠大概地估算出來，地震時(shí)剪力墻平面布置反應(yīng)能夠預(yù)先知道，以便及時(shí)采用有效的抗震措施，將高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震的作用充分地發(fā)揮出來。

2.2 提高整體抗震性

在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)通過機(jī)構(gòu)控制來實(shí)現(xiàn)總體屈服的目的，在框架剪力墻建筑中的某個(gè)位置，采用安裝塑性鉸的方式來控制其作用的位置、變形度以及次序，從而使建筑物遭遇地震災(zāi)害時(shí)能夠更有效地形成耗能機(jī)構(gòu)。水平構(gòu)件在水平力的作用下先出現(xiàn)屈服，其次是豎向的構(gòu)件。剪力墻在框架剪力墻中的體積越大、數(shù)量越多，那么其剛度也將越大，然而這將減小建筑的自振周期，地震作用增加；相反，建筑剛度將降低，地震作用也將減小。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，需對建筑本身有充分的考慮，對于建筑結(jié)構(gòu)的高度、設(shè)防烈度以及裝修等級等均應(yīng)考慮在內(nèi)，設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)所能承受的最大位移值。最終目的是對剪力墻體積和數(shù)量的確定，確保結(jié)構(gòu)的安全以及經(jīng)濟(jì)性。

2.3 體系選擇的抗震設(shè)計(jì)

建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的體系選擇，比較好的是多道防線。以某高層建筑為例，分析體系選擇時(shí)的抗震設(shè)計(jì)。該案例為高層住宅樓群，總占地面積20.28萬m2，分為1、2、3、4區(qū)，1區(qū)與4區(qū)地上24層，2區(qū)和3區(qū)，地上22層，地下結(jié)構(gòu)均為兩層。該案例中全部采用剪力墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的要求，規(guī)劃剪力墻的體系，剪力墻的全高厚度是350mm，除了窗洞以外，外立面都設(shè)計(jì)成高1200mm的結(jié)構(gòu)連梁，促使剪力墻的整體具備很強(qiáng)的抗扭剛度，維護(hù)結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的整體性，該案例剪力墻體系結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，適度的強(qiáng)化剪力墻底部的側(cè)向剛度，減輕上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，案例中的高層住宅區(qū)，地處8度抗震設(shè)防區(qū)，體系選擇時(shí)，借助ETABS與SATWE力學(xué)軟件分析，即使剪力墻結(jié)構(gòu)受到小震作用，也能及時(shí)補(bǔ)充彈性。剪力墻體系選擇的抗震設(shè)計(jì)上，對布筋以及邊緣構(gòu)件縱筋，也實(shí)行的強(qiáng)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)剪力墻體系結(jié)構(gòu)的抗震性能[3-4]。

3 結(jié)語

抗震技術(shù)的應(yīng)用是框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，隨著我國以及世界各國的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)總結(jié)以及對抗震技術(shù)的研發(fā)與積累，抗震技術(shù)有了長足的發(fā)展，而目前框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜多樣，結(jié)構(gòu)體系越來越復(fù)雜，受力分析難度也越來越大，而地震對房屋的風(fēng)險(xiǎn)也在加大，現(xiàn)有抗震技術(shù)將很難滿足各種新型房屋的抗震要求。因此，隨著時(shí)代的發(fā)展，框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震技術(shù)也需要不斷發(fā)展，才能確保房屋的抗震效果，保障居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。