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

王萬勝

太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司（030000）

0 前言

在高層建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，剪力墻是必不可少的部分，其重要性是毋庸置疑的，能夠承受豎向與水平作用力，不但擁有很強(qiáng)的抗震能力，用鋼量不多，而且抗側(cè)剛度也很大。一般來說，剪力墻布置越多，抗震性能越強(qiáng)。然而，一旦出現(xiàn)剪力墻過多的情況，則提高了施工成本。為此，設(shè)計(jì)人員需要緊密結(jié)合具體的工程狀況，依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，體現(xiàn)出設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性、可行性，分析其中呈現(xiàn)出來的相關(guān)問題，然后加以科學(xué)處理，有助于提升剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性要求。

1 剪力墻定義的闡釋

通常情況下，運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)替代相應(yīng)的框架結(jié)構(gòu)，一方面，可以使建筑荷載得以增強(qiáng)；另一方面，也有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)水平力混凝土、鋼筋現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的科學(xué)管控。剪力墻結(jié)構(gòu)涵蓋了連梁、墻肢結(jié)構(gòu)等部分，剛度大，擁有良好的承載力，工程施工時(shí)用鋼量不多，使得剪力墻結(jié)構(gòu)得以大范圍推廣與應(yīng)用。所以，加大對(duì)剪力墻的應(yīng)用力度，能夠?qū)崿F(xiàn)承重墻和分隔墻之間的緊密結(jié)合，能夠達(dá)到使施工成本下降的目的[1]。

2 剪力墻優(yōu)劣勢分析

2.1 優(yōu)勢

一般來說，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過程當(dāng)中，合理運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)，一方面，可以減少建筑工程項(xiàng)目的用鋼量；另一方面，縮減了施工成本。剪力墻擁有良好的性能，可以承受不同種類的荷載，尤其對(duì)水平荷載來說效果顯著。合理應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)能夠讓分隔墻和承重墻密切結(jié)合，提高了建筑結(jié)構(gòu)的安全性，使建筑物變得更加美觀。

2.2 劣勢

雖然剪力墻結(jié)構(gòu)存在很多的優(yōu)勢，不過，具體運(yùn)用的過程當(dāng)中，依然呈現(xiàn)出一些劣勢。將剪力墻運(yùn)用到框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，將會(huì)增加建筑物的重量，令施工成本提升，抗震性能下降。剪力墻結(jié)構(gòu)盡管降低了鋼筋的利用率，不過卻帶給結(jié)構(gòu)延性很大的影響。剪力墻墻肢的承載力也受到限制，無法體現(xiàn)出良好的功效，需要從上到下對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，經(jīng)濟(jì)成本則隨之提高[2]。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定

3.1 對(duì)樓層剪力系數(shù)的合理改動(dòng)

通常情況下，對(duì)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者要嚴(yán)格控制有關(guān)構(gòu)件的布置情況，通過合理運(yùn)用大開間剪力結(jié)構(gòu)的方式，達(dá)到實(shí)際的需求。與此同時(shí)，還需要使樓層間的剪力系數(shù)最小，避免超過相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在建筑物與剪力墻的地震力比方面，應(yīng)該小于4∶1，才能夠保證結(jié)構(gòu)自重，減小地震造成的危害，完成控制成本的任務(wù)。

3.2 對(duì)樓層間的位移、層高科學(xué)改動(dòng)

對(duì)建筑樓層間位移進(jìn)行計(jì)算的過程當(dāng)中，假如建筑物位于地震帶，則需要對(duì)樓層標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，以便達(dá)到有效保留結(jié)構(gòu)彎曲變形的目的。工程施工管理時(shí)，應(yīng)該參考樓層間出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)、剪力變形等因素。為此，從高層建筑的角度來說，不應(yīng)該僅針對(duì)樓層間位移加以計(jì)算，進(jìn)而明確豎向構(gòu)件剛度，應(yīng)該使扭轉(zhuǎn)變形的產(chǎn)生率下降[3]。

3.3 合理優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)

通常而言，如果剪力墻結(jié)構(gòu)連續(xù)跨高比太小，將會(huì)造成剪力、彎矩太大，超過規(guī)范限度。根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，相應(yīng)的跨度要超出標(biāo)準(zhǔn)跨度。正確選擇跨度比，能夠避免彎矩及剪力過量，保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該參考建筑物的具體狀況，參考各個(gè)方面的影響因素，以便降低施工的成本。

4 高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)說明

4.1 注重對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的科學(xué)布置

在開展剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該借助鋼筋混凝土達(dá)到增強(qiáng)剪力墻承載力的效果，尤其應(yīng)增強(qiáng)剪力墻水平荷載力。所以，應(yīng)該確保剪力墻結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)性，參考建筑物的曲線方面因素，科學(xué)完成剪力墻的布置任務(wù)。

合理選取短肢剪力墻。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能很差，實(shí)際運(yùn)用的過程中，難以確保建筑物的穩(wěn)定性與安全性，為此，應(yīng)該參考不同方面的影響因素，體現(xiàn)出布置工作的靈活性優(yōu)勢，并且降低建筑結(jié)構(gòu)自身的重量。

布置剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)間，需要規(guī)避產(chǎn)生獨(dú)立小墻肢的情況。設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，一旦出現(xiàn)獨(dú)立的小墻肢，必然提高施工的困難程度。因而，應(yīng)該做好洞口的合并處理，規(guī)避運(yùn)用獨(dú)立的墻肢，以便減小整體的施工難度。

在布置剪力墻結(jié)構(gòu)的過程當(dāng)中，應(yīng)該注重體現(xiàn)出較大的剛度[4]。剪力墻的剛度和抗震性能、施工工期密切相關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)間應(yīng)該科學(xué)布置相應(yīng)的剪力墻結(jié)構(gòu)，從而提高剪力墻的剛度。一方面，避免耽誤正常的施工工期；另一方面，也提高了建筑物的抗震性能。在管控剪力墻剛度過程中，應(yīng)該根據(jù)位移限制規(guī)定，進(jìn)一步提升建筑墻肢和連梁超筋間的抗剪能力，便于截面設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

4.2 做好結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)分析工作

結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)的特征，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注重對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)延性的科學(xué)設(shè)計(jì)，制定出合理的對(duì)策，提高結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。設(shè)計(jì)高層建筑軸向結(jié)構(gòu)時(shí)，需要深入了解建筑結(jié)構(gòu)承受荷載的狀況。一般對(duì)于高層建筑而言，受到豎向、水平荷載的影響是非常大的，合理利用剪力墻可以抵抗橫向、豎向荷載，有效避免出現(xiàn)側(cè)移距離不符合相關(guān)規(guī)定的情況[5]。

4.3 剪力墻連梁的科學(xué)設(shè)計(jì)

通常情況下，在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)過程中，連梁是必不可少的構(gòu)成部分，其重要性是毋庸置疑的。因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度能夠形成相應(yīng)的內(nèi)力作用，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該科學(xué)計(jì)算其內(nèi)力。一般運(yùn)用剛度折減的方法完成計(jì)算的任務(wù)，科學(xué)管控折減值。假如建筑物被地震、風(fēng)力等相關(guān)因素干擾，連梁一定形成很大的內(nèi)力，難以體現(xiàn)出其良好的性能?；谑惯B梁內(nèi)力下降的目的，可以運(yùn)用加寬剪力墻洞口的方法，能夠消減不同的應(yīng)力，從而減小帶給連梁的危害，確保建筑物的安全性。

4.4 明確剪力墻厚度相關(guān)設(shè)計(jì)要求

進(jìn)行剪力墻厚度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該和高層建筑的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該了解具體的厚度規(guī)定，做好設(shè)計(jì)工作。當(dāng)墻厚＞300 mm時(shí)，應(yīng)該將鋼筋布設(shè)到端部的中間位置，然后沿墻肢的方向布設(shè)箍筋，提高剪力墻的穩(wěn)定性與剛度。在墻厚設(shè)計(jì)過程中，需要參考結(jié)構(gòu)層高的最小值，科學(xué)選取剪力墻的厚度，確定剪力墻結(jié)構(gòu)支撐點(diǎn)。達(dá)到高層建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)定的目的，需要結(jié)合建筑的層數(shù)、相關(guān)材料，完成對(duì)底層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。如果建筑物位于地震頻率很大的位置，需要加大底部剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度，確保建筑物的抗震性能[6]。由此可見，明確剪力墻厚度的設(shè)計(jì)要求十分關(guān)鍵，具有很大的研究意義與實(shí)施價(jià)值。

4.5 確保剪力墻結(jié)構(gòu)參數(shù)管控的科學(xué)性

高層建筑結(jié)構(gòu)的承重與普通建筑有著很大的差別。設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注重對(duì)相關(guān)參數(shù)的科學(xué)管控，從而使其達(dá)到相關(guān)規(guī)定?？茖W(xué)設(shè)計(jì)有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，尤其應(yīng)該確保位移比例、側(cè)向剛度比例、周期比例設(shè)計(jì)的科學(xué)性，讓數(shù)據(jù)滿足相關(guān)要求，使高層建筑避免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、偏心力等問題。所以，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注重對(duì)剪力墻的不規(guī)劃性加以限值，讓相關(guān)數(shù)據(jù)處于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間當(dāng)中。

4.6 做好墻身設(shè)計(jì)的改進(jìn)工作

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該做好墻身設(shè)計(jì)的改進(jìn)工作，以便達(dá)到提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的目的。墻身設(shè)計(jì)是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中必不可少的構(gòu)成內(nèi)容。墻身設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該將結(jié)構(gòu)當(dāng)中的橫向鋼筋、豎向鋼筋匹配，同時(shí)促使斜截面、正截面的抗剪承載力和抗彎承載力緊密結(jié)合在一起，達(dá)到驗(yàn)算的目的。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)相關(guān)規(guī)定，科學(xué)配置剪力墻鋼筋，通過對(duì)暗柱、端柱的有效布置，能夠完成一、二、三級(jí)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)，以便提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與安全性。除此之外，墻身設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該科學(xué)布置不同鋼筋間的距離，確保墻身設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量與效果。

4.7 強(qiáng)化對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

從目前發(fā)展情況看，高層建筑呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)功能多樣性的趨勢。從功能形式方面看，高層建筑是十分復(fù)雜的。很多高層建筑的設(shè)計(jì)均需要在各個(gè)部位設(shè)計(jì)出不一樣的功能，所以，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該編制出科學(xué)、可行的設(shè)計(jì)策略，合理布置相關(guān)置換構(gòu)件，完成建筑結(jié)構(gòu)間的銜接和對(duì)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)。在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該使其質(zhì)剛度等滿足相關(guān)規(guī)定，經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)算之后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層存在的薄弱位置，并且結(jié)合內(nèi)力分配的特點(diǎn)，不斷改進(jìn)內(nèi)力設(shè)計(jì)，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層性能的目的，凸顯出轉(zhuǎn)換層良好的功效。為此，強(qiáng)化對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常必要。

5 結(jié)語

開展高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般會(huì)面對(duì)十分復(fù)雜的情況。由于高層建筑工程項(xiàng)目的數(shù)量與日俱增，越來越多的技術(shù)人員研究剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確具體的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)的安全性。從設(shè)計(jì)人員的角度而言，首先應(yīng)該系統(tǒng)了解剪力墻結(jié)構(gòu)的類別與特征，編制出科學(xué)的設(shè)計(jì)策略?；谖磥淼囊暯窍拢邔咏ㄖ袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究數(shù)量還會(huì)繼續(xù)增多，相關(guān)技術(shù)也會(huì)更加完善。