高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

安徽寰宇建筑設(shè)計(jì)院 安徽 230051

摘要：隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，新結(jié)構(gòu)模式不斷的出現(xiàn)，這使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要不斷進(jìn)行創(chuàng)新，這也促使了剪力墻結(jié)構(gòu)得到有效的發(fā)展，本文分析探討了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，并對其高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡明。

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

一、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)具體整體性好，剛度大以及抗側(cè)力好的特點(diǎn)。但不合理的剪力墻布置會對整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的造成安全上的隱患，并且增加結(jié)構(gòu)的成本，所以在剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。

1、當(dāng)?shù)卣鹱饔玫挠绊戄^大時(shí)，不應(yīng)簡單的對剪力墻進(jìn)行簡單的加長，或加厚，這種方式往往會造成成本的增加，卻無法達(dá)到最佳的效果。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，平面布局是一個(gè)重點(diǎn)，合理的剪力墻平面布置，能有利于防止薄弱的子結(jié)構(gòu)過早破壞，使地震作用能在各子結(jié)構(gòu)之間重分布，增加結(jié)構(gòu)的贅余度數(shù)量，發(fā)揮整個(gè)結(jié)構(gòu)耗散地震能力的作用。

3、剪力墻的配筋應(yīng)在分析計(jì)算結(jié)果合理性的基礎(chǔ)上嚴(yán)格按照規(guī)范的要求進(jìn)行配置，配筋率過低會造成剪力墻結(jié)構(gòu)較低的延性，過高又會造成資源的浪費(fèi)。

4、剪力墻結(jié)構(gòu)的墻厚以及墻長也要合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)保證充分發(fā)揮墻肢的承載力，避免造成浪費(fèi)。

二、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)

在高層建筑中，合理的設(shè)計(jì)方式主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是控制剪力墻結(jié)構(gòu)的水平位移，使其滿足相關(guān)規(guī)定的限值；另一方面則是對地震力的控制，因?yàn)榧词沟卣鹆τ?jì)算值處于偏小的水平，也可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移滿足要求的情況。因此，只有在底部剪力控制合理范圍內(nèi)的前提下，檢查建筑物的內(nèi)力、位移以及配筋情況才真正有意義。

1、剪力墻布置設(shè)計(jì)

剪力墻布置應(yīng)均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且兩個(gè)方向的剛重比接近，以使其具有較好的空間工作性能，并且使兩個(gè)受力方向的抗側(cè)剛度接近。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置。剪力墻在豎直方向要從下到上做連續(xù)的布置，在豎直方向的剛度要均勻，避免發(fā)生剛度的突變情況。剪力墻的門窗或者洞口要形成明確的墻肢和連梁。轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件兩個(gè)方向均應(yīng)布置成長墻。

2、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑功能和形式日益多樣化，當(dāng)多功能綜合大樓要求一棟建筑物的上部（中部）和下部使用功能不同時(shí)，結(jié)構(gòu)布置也要相應(yīng)改變，要設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件銜接上下結(jié)構(gòu)，傳遞內(nèi)力，設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件的樓層稱為轉(zhuǎn)換層。因此，對于高位轉(zhuǎn)換的底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)慎重設(shè)計(jì)。由于高位轉(zhuǎn)換時(shí)剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，調(diào)整轉(zhuǎn)換層本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，轉(zhuǎn)換層本身的剛度和質(zhì)量不宜大，最終可通過水平力作用下精確的空間分析檢查轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角是否基本均勻。宜盡量選用剛度和重量較小的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算時(shí)應(yīng)多取參與組合的振型數(shù)。通過計(jì)算仔細(xì)分析可能存在的薄弱部位，研究具體的內(nèi)力分配特點(diǎn)，通過調(diào)整內(nèi)力和構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)改善薄弱部位的性能。（必要時(shí)應(yīng)采用多套計(jì)算軟件復(fù)核）

3、連梁的設(shè)計(jì)

連梁作為剪力墻結(jié)構(gòu)中重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，設(shè)計(jì)好壞直接影響到整體結(jié)構(gòu)的安全和用鋼量的多少。對于高層剪力墻結(jié)構(gòu)，尤其在高烈度地震區(qū)，為控制結(jié)構(gòu)位移應(yīng)適當(dāng)把連梁高度加高，而連梁過高又容易引起連梁配筋超限。對于超限連梁，高規(guī)給出三種處理措施，一是通過減小連梁剛度來減少連梁配筋，二是對連梁的彎矩進(jìn)行調(diào)幅，三是當(dāng)連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時(shí)，可將墻肢簡化為獨(dú)立墻肢再進(jìn)行一次內(nèi)力分析，剪力墻的配筋應(yīng)按兩次計(jì)算配筋的較大值，但這樣使墻肢的內(nèi)力和配筋都有所增大。

4、邊緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

通過很多試驗(yàn)表明，剪力墻結(jié)構(gòu)的延比性不好，相對來說工字型和槽形的剪力墻的延性比要比較優(yōu)秀，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)剪力墻截面的兩端通過翼墻邊緣設(shè)計(jì)能夠提高墻體的延展性。所以矩形墻體的邊緣構(gòu)件不但可以提高墻體的延性，同時(shí)還能防止剪力墻在出現(xiàn)水平剪切滑動。墻體的抗剪能力主要體現(xiàn)在墻體中出現(xiàn)的端柱、翼墻柱、轉(zhuǎn)角墻柱等，在現(xiàn)階段的規(guī)范中對墻體邊緣結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗震措施有著明確的要求，需要結(jié)構(gòu)類型和受力狀況進(jìn)行分析，對剪力墻端墻位置和洞口兩側(cè)的加強(qiáng)邊緣設(shè)定相應(yīng)的代表值，在墻肢軸壓比的界線和邊緣構(gòu)件在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強(qiáng)部位要求分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類。

5、底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一般高層剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強(qiáng)部位的高度可取底部兩層和墻體總高度的1/10二者較大值，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度，可取框支層以上兩層的高度及落地抗震墻總高度的1/10二者較大值；帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度應(yīng)從地下室頂板算起，取至轉(zhuǎn)換層以上兩層且不宜小于房屋高度的1/10。當(dāng)將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生在地上樓層，同時(shí)將影響到地下一層，此時(shí)地下一層的抗震等級不能降低，加強(qiáng)部位的范圍應(yīng)向下延伸到地下一層，并應(yīng)按規(guī)范要求在地下一層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

6、抗震薄弱環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

在地震作用下，高層剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴(yán)重，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴(yán)重；在剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于墻肢剛度相對減小，使連梁受剪破壞的可能性增加。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對這些薄弱環(huán)節(jié)，更應(yīng)加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施。例如，剪力墻在平面上分布要求均勻，使其鋼度中心和建筑物質(zhì)中心盡量接近，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；適當(dāng)增加建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢厚度（宜取250mm，對低部外圍的小墻肢根據(jù)需要可取用300mm），加強(qiáng)墻肢端部的暗柱配筋，嚴(yán)格控制墻肢截面的軸壓比不超過0.6，以提高墻肢的承載力延性，高層結(jié)構(gòu)中連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件連梁的剪切破壞會使結(jié)構(gòu)的延性降低，對抗震不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對連梁進(jìn)行“強(qiáng)剪弱彎”的驗(yàn)算，保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞；剪力墻宜在兩個(gè)方向均有梁與之拉結(jié)，連梁宜布置在各肢的平面內(nèi)，避免采用“一”字形墻肢；剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋應(yīng)符合規(guī)范要求等。

結(jié)束語

總而言之，在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，要根據(jù)剪力墻設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，促進(jìn)剪力墻的施工達(dá)到剪力墻設(shè)計(jì)的每一項(xiàng)規(guī)范需求，確保高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性、經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而減少施工項(xiàng)目施工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂瑞孝，姜?jiǎng)?高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需關(guān)注的要點(diǎn)[J].科技信息.2011（19）.