高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)分析

劉曉云

（廣州名陽(yáng)建筑設(shè)計(jì)有限公司東莞分公司，廣東東莞 523000）

0 引言

由于中國(guó)建筑設(shè)計(jì)水平的不斷提高，我國(guó)的可用能源正在減少。因此，建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)需要充分考慮節(jié)能減排的概念[1]。通過(guò)增加高層建筑物墻壁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度，墻壁結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度增加，從而增加了建筑物的穩(wěn)定性。另外，剪力墻施工可以降低施工成本，滿(mǎn)足人們的需求?；谶@種摩天大樓結(jié)構(gòu)，經(jīng)常使用剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)確保摩天大樓的質(zhì)量。

1 淺析剪力墻的定義與特點(diǎn)

1.1 剪力墻的定義

用剪力墻結(jié)構(gòu)代替框架結(jié)構(gòu)不僅可以提高建筑物的承載能力，而且可以提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的控制強(qiáng)度和水平強(qiáng)度。剪力墻設(shè)計(jì)主要基于墻體設(shè)計(jì)和連接梁設(shè)計(jì),它不僅具有很高的剛性，而且具有高度的完整性和承載能力,這是積極推廣剪力墻結(jié)構(gòu)的主要原因。在高層建筑中，整體式剪力墻技術(shù)的使用使隔斷墻和承重墻有機(jī)地結(jié)合在一起，這也可以降低建筑成本。

1.2 剪力墻的優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1優(yōu)點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)合，不僅減少了建筑中使用的鋼材數(shù)量，而且在降低建筑成本方面也起著重要的作用。剪力墻結(jié)構(gòu)的高性能和剛性可以承受重負(fù)荷，尤其是水平承載力[2]。將偏置墻結(jié)構(gòu)整合到高層建筑結(jié)構(gòu)中可以使承重墻和高層建筑內(nèi)的隔墻有效組合，這對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的美觀和安全至關(guān)重要。

1.2.2缺點(diǎn)

剪力墻設(shè)計(jì)對(duì)于摩天大樓的建造具有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際使用中也有缺點(diǎn)。在摩天大樓的框架中使用墻壁結(jié)構(gòu)會(huì)增加整個(gè)建筑物的重量。增加建筑成本，并降低抗震性能。合理使用剪力墻結(jié)構(gòu)可以減少鋼筋的數(shù)量，但對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的延展性有一定影響。由于剪力墻的承載能力受到一定程度的限制，不能充分利用剪力墻的數(shù)值，剪力墻的剛度可以有效地支撐橫向變形，但在實(shí)際使用中必須整體提高。高層建筑結(jié)構(gòu)的剛性又增加了建筑成本。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

在建筑物中，剪力墻結(jié)構(gòu)主要承受水平和垂直載荷以及重力。在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，不僅要求安全和合理，而且還必須考慮其經(jīng)濟(jì)方面。設(shè)計(jì)還必須考慮各種位移的限制，還必須考慮橫向力抑制元件在其組件中的作用。橫墻的豎向設(shè)計(jì)還必須滿(mǎn)足相關(guān)法規(guī)對(duì)位移極限值的要求，并且可以盡可能減少其數(shù)量，同時(shí)又不影響主振動(dòng)力。

2.1 調(diào)整樓層剪力系數(shù)

設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)盡可能減少其構(gòu)件的布置，最佳設(shè)計(jì)方案是將剪力結(jié)構(gòu)大跨度放置，以使剪力結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳狀態(tài)。同時(shí)，平板之間的剪力系數(shù)應(yīng)較小，但不應(yīng)超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。短側(cè)壁的地震傾覆力矩與整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震傾覆力之比，底部不得超過(guò)0.25。這不僅減輕了結(jié)構(gòu)本身的重量，還減少了地震造成的破壞。

2.2 調(diào)整樓層間位移與層高

在計(jì)算代碼中指定的樓層之間的最大位移時(shí)，如果建筑物所在的區(qū)域發(fā)生更多的地震，則在計(jì)算總的結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)變和彎曲應(yīng)變時(shí)可以計(jì)算出地板的標(biāo)準(zhǔn)值。作為主要建筑物，必須考慮扭轉(zhuǎn)變形[3]。樓層之間的剪切和扭轉(zhuǎn)變形是摩天大樓的重要元素。結(jié)構(gòu)的剪切變形主要由垂直分量的數(shù)量決定。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，仍然很難找到許多組件。同時(shí)，必須加強(qiáng)組件的合理布局。如果布局不切實(shí)際且變形，則很難保持地板之間的偏移。因此，與摩天大樓相比，不可能僅根據(jù)樓層之間的位移來(lái)確定垂直單元的剛度，但是有必要盡可能抑制扭轉(zhuǎn)變形。

2.3 調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)

如果連續(xù)跨度與剪力墻結(jié)構(gòu)的高度之比過(guò)低，則彎矩和剪力將過(guò)高，超過(guò)相關(guān)規(guī)范的限制，跨度與高度之比通常至少為2.5。根據(jù)相關(guān)法規(guī)要求，如果跨度與高度之比小于5，則無(wú)法減小實(shí)心梁的大小。通過(guò)選擇合適的跨度與高度之比，可以有效避免過(guò)度的剪切力矩和彎曲力矩。這對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是有效的，并且通過(guò)仔細(xì)地應(yīng)用上述方法，可以在一定程度上降低建筑成本。在設(shè)計(jì)帶有移位的墻結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且還必須加強(qiáng)對(duì)其他因素的考慮。建筑物的外墻和表面應(yīng)盡可能均勻，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)位于房屋中央，以確保房屋的整體抗扭強(qiáng)度。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 剪力墻暗柱鋼筋的設(shè)計(jì)

在根據(jù)相關(guān)建筑規(guī)范設(shè)計(jì)階梯式墻結(jié)構(gòu)時(shí)，必須添加端柱和隱藏柱。端柱和埋入式柱的設(shè)計(jì)可以減少地震和剪切力，墻的抗拉強(qiáng)度是提高剪力墻穩(wěn)定性的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相關(guān)規(guī)則表明，在設(shè)計(jì)第一、第二和第三層墻的結(jié)構(gòu)時(shí)，隱藏的立柱和末端立柱應(yīng)安裝。在剪力墻結(jié)構(gòu)中安裝隱藏的支柱和端部支柱需要一些地震能量。由于剪力墻的邊緣元件具有很高的抗拉強(qiáng)度，可以有效地改善建筑物的穩(wěn)定性。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，明智地和標(biāo)準(zhǔn)化地使用鋼筋混凝土可以在許多方向（特別是在水平方向）上增加剪力墻的承載能力。因此，在設(shè)計(jì)偏心墻結(jié)構(gòu)時(shí)，有必要以確保其合理性的方式對(duì)其進(jìn)行定位，以滿(mǎn)足高層建筑的需求。同時(shí)，必須準(zhǔn)確地找到建筑物本身的彎曲，然后布置其布局[4]。另外，為了使剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，必須充分考慮建筑物的垂直結(jié)構(gòu)和承重能力，以增加建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性并防止扭曲水平或者地震造成的影響。

（1）選擇短剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，保持嚴(yán)格的方法很重要。這主要是因?yàn)槎炭拐饓Y(jié)構(gòu)抗震性能差，無(wú)法穩(wěn)定地支撐整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)。選擇時(shí)有許多因素要考慮，除了建筑設(shè)計(jì)的靈活性，還應(yīng)完全減少結(jié)構(gòu)的總重量。

（2）建筑物的結(jié)構(gòu)不得有小的獨(dú)立的墻壁突出物。在建筑設(shè)計(jì)中具有單獨(dú)的小墻會(huì)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。因此，在建筑設(shè)計(jì)中，有必要使用多個(gè)開(kāi)口的組合以合理地布置建筑物的剪力墻。這避免了使用單獨(dú)的壁并降低了施工復(fù)雜性。最后，必須確保側(cè)壁的整體剛性。如果在施工過(guò)程中側(cè)壁剛度過(guò)高，可以有效縮短施工時(shí)間，但地震力會(huì)增加，建筑物中的能耗會(huì)增加，經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)增加。另外，地震力的增加將破壞建筑物墻之間的抗剪強(qiáng)度和連接梁的過(guò)度加固以達(dá)到抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，從而增加了斷面設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。因此，在控制橫墻的整體剛度時(shí)，必須遵守位移極限的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度是影響施工周期和抗震性能的直接因素。因此，在計(jì)劃剪力墻的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須首先考慮剛性。這樣可以保證施工進(jìn)度，并提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。另外，在控制剪力墻的剛度時(shí)，必須遵守建筑標(biāo)準(zhǔn)，以確保過(guò)度加固的連接梁和建筑墻體的末端具有較高的抗剪強(qiáng)度，從而降低了設(shè)計(jì)建筑斷面的復(fù)雜度。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)

由于高層建筑的承載力相對(duì)特殊，在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)必須有效地控制每個(gè)參數(shù)，以確保高層建筑中的每個(gè)載荷都在合理范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，必須對(duì)位移，橫向剛度，周期等比率進(jìn)行科學(xué)，標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算，并將其值控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以確保高層建筑不會(huì)因剪力墻而不適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)發(fā)生偏心力或扭曲.在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，必須限制剪力墻本身的不平整度，并將其控制在合理的范圍內(nèi)。在實(shí)際設(shè)計(jì)高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，必須將剪力墻的結(jié)構(gòu)參數(shù)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

3.4 剪力墻的連梁設(shè)計(jì)

連接梁是將橫墻連接到建筑結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)。其兩端連接到橫向壁。由于橫向壁本身具有一定的剛度，它在連接梁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一定的內(nèi)力。為了有效減小需要計(jì)算剪力墻結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力，最常用的施加方法是減小剛度，但在實(shí)際應(yīng)用中，必須控制特定的減小值[5]。地震和風(fēng)將在連接梁上施加很大的內(nèi)力，這將影響連接梁的性能。因此，在正常情況下，采用增加剪力墻的寬度或在連接梁結(jié)構(gòu)中水平接縫開(kāi)口的方法來(lái)減小連接梁結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力，從而減少對(duì)連接梁結(jié)構(gòu)的破壞。通過(guò)各種應(yīng)力，從而增加了高層建筑的建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

由于近年來(lái)我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，它對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的發(fā)展產(chǎn)生了積極的影響。隨著人們對(duì)高層建筑的需求增加，用于各種目的的建筑物中出現(xiàn)了大量的高層建筑，這些建筑物可以在一定程度上有效地利用土地面積并滿(mǎn)足當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。在高層建筑中使用墻板可以有效地體現(xiàn)其良好的效益。它不僅可以滿(mǎn)足建筑物的最基本功能，它還可以滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的個(gè)人需求，工程和經(jīng)濟(jì)需求以及耐用性需求。通過(guò)應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，還可以有效地確保建筑物的質(zhì)量并降低建筑項(xiàng)目的制造成本。在當(dāng)今的摩天大樓中，剪力墻結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。在高層建筑設(shè)計(jì)中使用剪力墻結(jié)構(gòu)為建筑物的整體結(jié)構(gòu)開(kāi)辟了新的可能性，從而提高了抗震性能和承重能力。加強(qiáng)高層建筑剪力墻的研究可以提高剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而滿(mǎn)足公眾的需求，確保高層建筑的安全。