高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點與剪力墻設(shè)計

何杰 劉俊

摘 要：在當(dāng)前各類高層建筑工程中應(yīng)用較為廣泛，科學(xué)合理地設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)對于建筑物整體的設(shè)計效果而言是基本理念也是最核心要點。文章通過對鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則分析，對結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法提出相對優(yōu)化的建議，以期對高層建筑物運(yùn)用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計起到一定的參考作用。

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

引言

鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為當(dāng)前高層住宅建筑工程的主流結(jié)構(gòu)形式，因其經(jīng)濟(jì)適用的特性而成為我國各地高層建筑工程中使用程度最高的結(jié)構(gòu)形式之一。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點

作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，經(jīng)常應(yīng)用的一種空間結(jié)構(gòu)，剪力墻一般主要包括橫向剪力墻、縱向剪力墻等。橫向剪力墻和縱向剪力墻的平面內(nèi)剛度非常強(qiáng)，有著非常好的抗風(fēng)能力和抗震能力，在進(jìn)行剪力墻設(shè)計時，設(shè)計人員要保障剪力墻的承載能力及各項指標(biāo)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。另外，剪力墻結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高層建筑中，結(jié)構(gòu)相對來講較為緊湊。

二、高層住宅鋼筋混凝土剪力墻優(yōu)化設(shè)計的原則

設(shè)計人員在進(jìn)行鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要保障剪力墻的重量占據(jù)整個墻體重量的大部分，剪力墻的用鋼量要超過剪力墻周邊構(gòu)件的一半以上。設(shè)計人員在進(jìn)行剪力墻設(shè)計時，要明確剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與建筑的安全性有著非常直接的關(guān)系。因此，設(shè)計人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要減少剪力墻使用的數(shù)量，在進(jìn)行剪力墻設(shè)計時，避免建筑剪力墻出現(xiàn)單面墻的現(xiàn)象，以保障建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用性能。

設(shè)計人員在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如果剪力墻的厚度和墻肢的長度之間的比值小于4，那么設(shè)計人員就可以按照柱體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，大于4，并且小于5，在進(jìn)行受力結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就可以按照雙向受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，以保障剪力墻的可靠性。除此之外，設(shè)計人員在進(jìn)行剪力墻設(shè)計時，還要明確剪力墻在平面外時，其的剛度和承載力相對來講較小，在同一平面內(nèi)的時候，剛度和承載力相對來講較大，因此，設(shè)計人員要盡量避免剪力墻在同一平面內(nèi)，無法避免必須在平面外時，設(shè)計人員要保障平面外剪力墻的安全性和穩(wěn)定性。

三、高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

在高層建筑中使用剪力墻結(jié)構(gòu)，主要是針對以下幾點進(jìn)行分析：

（一）布置剪力墻結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行剪力墻設(shè)計時，設(shè)計人員要保證剪力墻結(jié)構(gòu)的合理性，并且在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還要考慮到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際情況，提升剪力墻的完整性，設(shè)計人員可以采用對稱的方式布置剪力墻，避免剪力墻出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可以采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢非常明顯，既能有效減輕建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，還能提高剪力墻結(jié)構(gòu)的靈活性，雖然短肢結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢非常明顯，但是抗震性能卻并不是非常好，無法保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性。因此，設(shè)計人員在選擇短肢結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)建筑工程施工的實際情況進(jìn)行選擇，保障建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量能夠符合設(shè)計要求。在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員可以通過合并洞口的方式進(jìn)行設(shè)計，并且還要提升剪力墻擺放的合理性，消除墻體的獨(dú)立墻肢，降低建筑剪力墻施工的難度。相較于其他形式墻體而言，剪力墻的剛度非常大，并且在進(jìn)行施工時，需要消耗大量的施工材料，墻肢和連梁截面等經(jīng)常會出現(xiàn)無法滿足地震效應(yīng)要求的情況，這一情況增加了剪力墻設(shè)計的難度。因此，在進(jìn)行剪力墻設(shè)計時，設(shè)計人員要對墻體的剛度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證墻體剛度數(shù)據(jù)符合規(guī)定限制標(biāo)準(zhǔn)。

（二）控制結(jié)構(gòu)參數(shù)

在進(jìn)行建筑墻體設(shè)計時，設(shè)計人員要加大對層間位移、位移比等設(shè)計的重視，保證相關(guān)參數(shù)符合規(guī)定的剪力墻結(jié)構(gòu)布置標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)布置時，要避免剪力墻出現(xiàn)主軸扭轉(zhuǎn)和偏心力的情況。另外，在進(jìn)行位移比計算時，要充分考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)的偏心力，保障建筑豎向構(gòu)件的位移不會超過1.2。在進(jìn)行剪力墻布置時，既要保障其符合建筑經(jīng)濟(jì)性的要求，又要保障其符合安全性的要求。

（三）關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)的計算和配筋

（1）關(guān)于剪力墻的墻身

在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)墻身設(shè)計時，設(shè)計人員要對剪力墻進(jìn)行精確的計算，明確剪力墻施工時，需要使用的鋼筋數(shù)量，并且在進(jìn)行設(shè)計時，還要對斜截面和抗彎承載力進(jìn)行計算，保障剪力墻結(jié)構(gòu)性能能滿足結(jié)構(gòu)延性的要求。另外，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用的鋼筋布置形式一般為豎向鋼筋和水平向鋼筋。

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員要根據(jù)建筑工程施工要求的抗震烈度選擇剪力墻的厚度。要想充分發(fā)揮出剪力墻的抗震性、剛性等，一、二級抗震等級的剪力墻厚度，不應(yīng)小于160mm，且不應(yīng)小于層高的1/20;底部加強(qiáng)部位的墻厚，不宜小于200mm，且不宜小于層高的1/16。

（2）連梁的計算

設(shè)計人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計時，要對連梁的剛度進(jìn)行計算，以保障建筑結(jié)構(gòu)的承載力能達(dá)到規(guī)定的限額。一般連梁剛度的折減值都在0.6左右，設(shè)計人員可以采用減少剪力墻整體剛度，降低連梁剛度的方式避免建筑施工時，出現(xiàn)剪力墻承載力和結(jié)構(gòu)延性不足的問題。

四、高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略

（一）“強(qiáng)化周邊，削弱中間”的設(shè)計策略

在進(jìn)行建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員可以根據(jù)建筑墻體的位置設(shè)置剪力墻，并且在進(jìn)行剪力墻設(shè)置時，還要充分考慮到建筑窗戶的具體設(shè)計位置，一般設(shè)計人員都會將剪力墻設(shè)置成為高連梁的形式，這一形式的剪力墻剛度非常強(qiáng)。另外，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計時，設(shè)計人員要盡量減少剪力墻的數(shù)量，根據(jù)高層建筑施工的實際情況，控制剪力墻的位移比，提高建筑延伸性。

（二）“多均勻長墻、少短墻”的設(shè)計策略

在剪力墻的設(shè)計中，應(yīng)該多考慮把剪力墻設(shè)計在整體提高住宅的結(jié)構(gòu)承載能力及豎向荷載抗震能力上。這樣剪力墻的設(shè)計就應(yīng)該注意以下幾個方面的問題：①拉大剪力墻之間的間隔，避免小空間下多道剪力墻;②增加剪力墻墻肢長度，降低剪力墻數(shù)量，注意的是，剪力墻若獨(dú)立存在時，其長度最好不要超過8m。

（三）墻肢更多選擇L、T、十字形，少形狀轉(zhuǎn)折

對于高層建筑鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計時，應(yīng)該充分的考慮剪力墻的連續(xù)曲折性和對建筑周圍構(gòu)成的邊緣構(gòu)件的不利影響，在過多的轉(zhuǎn)折處會增加暗柱的數(shù)量。因此，設(shè)計人員要盡量選擇L形、T形、十字形等形狀。

五、結(jié)束語

鋼筋混凝土的剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)的重要形式。在不同環(huán)境下科學(xué)合理、有效和切實地設(shè)計高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是整個建筑行業(yè)著重研究的重點。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷優(yōu)化，一方面可確保設(shè)計方案的可行性與實際操作性偏差值小，另一方面材料的集約利用而有效實現(xiàn)資源的節(jié)約、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，促進(jìn)自然健康生活。

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