框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

申志磊

摘 要：主要研究方向?yàn)橐罁?jù)現(xiàn)有的基礎(chǔ)理論知識(shí)（框架剪力墻結(jié)構(gòu)中框架部分與剪力墻部分協(xié)同工作的原理、框架剪切剛度的計(jì)算方法、剪力墻的主要承受荷載等），從框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化角度出發(fā)，尋求更有效、更科學(xué)、更合理的設(shè)計(jì)方案，以期能夠?yàn)槲磥砜蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中剪力墻的布置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供一定的數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：剪力墻；框架；剪切剛度；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU323.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.112

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，城市發(fā)展十分迅速，因此，住房需求越來越緊迫。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化需求和對(duì)高質(zhì)量生活的追求，建筑設(shè)計(jì)師將目光投向了高層建筑。由于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)不能滿足人們的需求，因此，新的結(jié)構(gòu)體系，即框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為人們追求的目標(biāo)。

1 剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)內(nèi)容

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本流程

我國(guó)從事建筑行業(yè)的人員比較多，對(duì)于一些從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師來說，主要遵循的操作流程如下：①根據(jù)使用者對(duì)該建筑物的基本功能需求以及該建筑物的結(jié)構(gòu)和承載能力等相關(guān)特點(diǎn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是保證建筑物既經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠，又功能齊全。②在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的布置水平和橫向、豎向結(jié)構(gòu)的部件組成需要滿足建筑物在設(shè)計(jì)過程中所要求的基本條件。③依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)判斷剪力墻的結(jié)構(gòu)尺寸，并使用常規(guī)的設(shè)計(jì)軟件計(jì)算建筑物內(nèi)部所需要的內(nèi)力。④查看計(jì)算出的數(shù)值是否符合我國(guó)建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。一旦出現(xiàn)不滿足的情況，及時(shí)調(diào)整參數(shù)，直到滿足為止，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)兀ū疚囊孕陆疄豸斈君R的地質(zhì)條件為例）的地質(zhì)條件制訂基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案。

框架結(jié)構(gòu)的高度比較低（不能夠超過60 m左右），而框架剪力墻結(jié)構(gòu)的高度比較高（能夠達(dá)到150 m左右），因此，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化顯得尤其重要。

1.2 框架部分與剪力墻部分協(xié)同工作

框架剪力墻結(jié)構(gòu)主要包括框架部分和剪力墻部分，這兩部分都具有承擔(dān)水平荷載的作用。框架部分偏重于承擔(dān)豎向荷載，而剪力墻部分偏重于承擔(dān)側(cè)力構(gòu)件部分的荷載。相關(guān)資料顯示，在水平荷載的作用下，框架部分的建筑樓層越高，其建筑層與層之間的位移會(huì)越來越小；相反，剪力墻部分的建筑樓層越高，其建筑層與層之間的位移會(huì)越來越大。因此，框架剪力墻結(jié)構(gòu)是通過樓板將框架部分與剪力墻部分連接起來，從而使這兩部分能夠相互協(xié)作，具體表現(xiàn)為在建筑樓層的高處一起變形，起到抵抗水平荷載的作用。

2 剪力墻的最優(yōu)布置研究分析

2.1 剪力墻的平面布置原則

框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的平面布置原則為剪力墻的平面形狀應(yīng)比較簡(jiǎn)單，規(guī)則比較對(duì)稱，剛度的分布比較均勻等，從而能夠減少承重力的偏向。框架剪力墻結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)方向是雙向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，主體之間結(jié)構(gòu)部件體系之間的連接盡量少采用鉸結(jié)方式。

2.2 剪力墻的最優(yōu)布置原則

框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的最優(yōu)布置應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則：①剪力墻應(yīng)該與建筑物周圍的電梯間或荷載比較大的部位對(duì)稱，并在抗震的裂縫處和伸縮裂縫處進(jìn)行不同位置和不同方位的設(shè)計(jì)布置。由于烏魯木齊地質(zhì)條件具有三面環(huán)山、北部平原開闊、一級(jí)地勢(shì)起伏懸殊等特點(diǎn)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在選擇剪力墻的布置位置時(shí)要考慮到其本身所具有的特殊性，比如在烏魯木齊的山地處架設(shè)剪力墻。②當(dāng)平面形狀凹凸不平時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該選擇在平面凸起的部位布置剪力墻。例如，烏魯木齊的南部和東北部較高，因此，在布置剪力墻時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)選擇南部和東北部這兩個(gè)主要方向。③鑒于建筑功能的基本需求，在布置相關(guān)剪力墻時(shí)要充分考慮到建筑物的基本功能，當(dāng)在橫向和豎向上都無法滿足剪力墻的布置時(shí)，應(yīng)該采用支撐的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置，盡量向接近豎向或橫向的兩個(gè)方向移動(dòng)。④剪力墻的布置需要遵循基本的“對(duì)稱、均勻”規(guī)則，其剛度應(yīng)接近單片的剪力墻，較長(zhǎng)的剪力墻應(yīng)該布置在洞口和連梁處，長(zhǎng)度最好不要超過8 m。⑤在布置豎向的剪力墻時(shí)，要充分考慮到墻體的中間結(jié)構(gòu)部分。如果建筑物比較長(zhǎng)，不應(yīng)該在建筑物的兩端設(shè)置剪力墻。⑥縱向與橫向之間的剪力墻應(yīng)該呈現(xiàn)出封閉型或T形型式。⑦剪力墻的厚度一般不小于160 mm，大約占建筑物樓層層高的5.1%.

3 結(jié)束語

綜上所述，由于現(xiàn)階段我國(guó)一些重要城市的土地資源貧乏，為了節(jié)省成本，最大限度地利用好現(xiàn)有的資源，設(shè)計(jì)好相關(guān)的框架剪力墻結(jié)構(gòu)已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的主要目標(biāo)。傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)主要依據(jù)的是以往的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一些相類似的建筑工程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師只是簡(jiǎn)單地模仿，這既不利于建筑設(shè)計(jì)師思維的拓展，也不利于經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，以期為我國(guó)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]樊長(zhǎng)軍，張界先，高用比.基于洞口大小、形狀和排列方式對(duì)鋼筋混凝土剪力墻剛度和應(yīng)力影響的研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2014.

〔編輯：劉曉芳〕