高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

付棟梁　張良

摘 要：剪力墻是高層建筑結(jié)構(gòu)體系中的重要組成部分，對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制工作具有一定的實(shí)際意義。文章主要討論了高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合實(shí)際工程案例，對其設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；設(shè)計(jì)

從當(dāng)前剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀來看，受設(shè)計(jì)思想、建筑項(xiàng)目特殊要求等諸多因素影響，設(shè)計(jì)人員難以有效控制剪力墻設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，留下風(fēng)險(xiǎn)隱患。因此要重視對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻設(shè)計(jì)的討論，為全面提高高層建筑質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剪力墻設(shè)計(jì)中需要注意的問題

1.1 對剪力墻軸壓比限值的確定

在剪力墻設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，軸壓比限值是剪力墻設(shè)計(jì)的重要組成部分，不僅影響剪力墻的基本質(zhì)量，還對其抗震能力產(chǎn)生影響。目前，建筑行業(yè)一級～三級的抗震等級剪力墻底部加強(qiáng)部位的最大軸壓比限值的計(jì)算公式為：

在上述公式中，S代表剪力墻的最大軸壓比限值；fc代表混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的理想設(shè)計(jì)值；A代表墻肢的全截面面積，單位為cm2；N代表墻肢重力荷載作用下的軸壓比設(shè)計(jì)值（在N參數(shù)的分析中，不考慮該數(shù)據(jù)與地震的作用）。

1.2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)厚度的確定與配筋處理

1.2.1 我國相關(guān)規(guī)定對高層建筑的剪力墻參數(shù)提出了十分明確的要求：當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的地震等級達(dá)到8度時，剪力墻抗震等級要大于等于2級。在這一規(guī)定的影響下，相關(guān)單位在開展剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要保證剪力墻墻底的部分墻體厚度超過200mm。

而在現(xiàn)代工程建設(shè)中，設(shè)計(jì)方對剪力墻的分析已經(jīng)有了較為完備的數(shù)據(jù)支持，其計(jì)算公式為：

在上述公式中，b代表剪力墻的估算厚度值，單位為mm；Q代表單位面積的荷載重量標(biāo)準(zhǔn)值，Q=13.0+7（n-15）/20；n代表樓層層數(shù)；r代表軸壓比。

1.2.2 我國高層建筑規(guī)范中明確指出：高層建筑剪力墻墻體配筋率要大于等于0.25%，而剪力墻的底部加強(qiáng)部分配筋率要大于等于0.3%。

一般在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻的水平配筋的關(guān)鍵就是向墻體內(nèi)部加入水平分布的鋼筋，在經(jīng)過這種處理后，剪力墻等整體結(jié)構(gòu)性能得到改善，自身的抗溫度應(yīng)力參數(shù)水平、抗脆性剪切力水平明顯提升。而一般在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需重視對高層建筑剪力墻的配筋處理，來最終保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際問題分析

2.1 工程案例結(jié)構(gòu)簡介

該項(xiàng)目是當(dāng)?shù)刂匾慕ㄖ?xiàng)目之一，整體建筑高度約為74.16m，地上建筑結(jié)構(gòu)為25層，還設(shè)有兩層的地下儲藏室，工程等級為一級。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，該建筑項(xiàng)目采取框架-剪力墻結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)。但在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初，考慮到建筑的主要功能為住宅樓，盲目的增加框架柱會影響室內(nèi)的整體空間結(jié)構(gòu)，因此在最后設(shè)計(jì)決策中，決定采取剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.2 剪力墻布置方案

在該項(xiàng)目中，剪力墻布置方案主要考慮了剪力墻的數(shù)量、剪力墻參數(shù)、布置位置等多種問題，而在考慮建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，其底部肩梁截面總面積約為樓層面積比的8.3%。

同時，由于住宅建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)十分明顯：受建筑外觀、使用功能等多種因素影響，建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取了不規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，并且豎向位置上因?yàn)橄虏咳狈ψ銐虻拇罂臻g部位導(dǎo)致剪力墻會以連續(xù)的形式從下而上連續(xù)分布。針對這一要求，該項(xiàng)目在剪力墻平面布置設(shè)計(jì)過程中，適當(dāng)?shù)脑鰷p左右剪力墻與軸線上下剪力墻的尺寸，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)參數(shù)的控制。

2.3 建筑材料

2.3.1 總體設(shè)計(jì)思想。由于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)需要采用高性能的混凝土與鋼筋，但考慮建筑結(jié)構(gòu)安全性等因素后，設(shè)計(jì)人員確定了以下主要設(shè)計(jì)思路：通過采取高強(qiáng)度混凝土控制建筑柱截面面積、通過高強(qiáng)度鋼筋減少配筋量。在該思想的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中盡量選擇能夠滿足強(qiáng)度、塑性、均質(zhì)性等要求的施工原材料。

2.3.2 混凝土設(shè)計(jì)。由于混凝土強(qiáng)度變化會影響結(jié)構(gòu)自重、原材料使用率等諸多問題，并且使用強(qiáng)度過低的混凝土?xí)?dǎo)致建筑內(nèi)有效面積降低，一定程度上影響建筑的整體功能。我國《高層規(guī)范》中對混凝土的相關(guān)參數(shù)水平提出明確要求：高層建筑結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件要使用強(qiáng)度不低于C20的混凝土，且最高混凝土強(qiáng)度不應(yīng)大于C60。在相關(guān)規(guī)定的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步完善了該項(xiàng)目剪力墻的混凝土等級水平，基礎(chǔ)墊層采用C15，剪力墻柱梁板采用C30，構(gòu)造柱采用C25，基礎(chǔ)混凝土采用C35。

2.3.3 鋼筋材料設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目在鋼筋設(shè)計(jì)中，優(yōu)先選擇抗壓強(qiáng)度等級高、可焊性能良好的鋼筋，并且在施工過程中始終遵循“承載力相等”的原則展開鋼筋配置。同時在最小配筋率選擇中，以強(qiáng)制的規(guī)范要求對鋼筋設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定，保證替換鋼筋的數(shù)量的科學(xué)性。在該項(xiàng)目中，主要鋼筋材料的信息如下：鋼筋采用HRB400和HRB300，焊條采用HRP335的E45和E50。

2.4 荷載計(jì)算

2.4.1 風(fēng)荷載計(jì)算?？偹苤?，風(fēng)荷載對高層建筑整體參數(shù)的影響十分明顯，因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要予以高度重視。該工程項(xiàng)目根據(jù)《家長農(nóng)戶結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容展開風(fēng)荷載處理分析，取當(dāng)?shù)毓こ袒撅L(fēng)壓為0.35KN/m2的標(biāo)準(zhǔn)值，其計(jì)算公式為：

在上述公式中，wk代表風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，單位為KN/m2；βz代表z高度處的實(shí)際風(fēng)振系數(shù)；w代表高層建筑的基本風(fēng)壓值（一般以當(dāng)?shù)氐膶?shí)際風(fēng)壓為參考對象），單位為KN/m2；μs代表風(fēng)載體形系數(shù)；μz代表z高度處的風(fēng)壓變化系數(shù)。

2.4.2 樓面荷載計(jì)算。該項(xiàng)目的樓面荷載問題主要是根據(jù)建筑方案的計(jì)算方案的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行分析處理的，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按如下來進(jìn)行取值：對客廳和臥室取2.0，衛(wèi)生間和陽臺取2.5，前室和走廊取3.5，上人屋面取2.0，不上人屋面取0.5，雨棚和屋面板取1.0。

2.5 設(shè)計(jì)結(jié)果分析

該項(xiàng)目在剪力墻施工中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)展開施工，并針對設(shè)計(jì)圖紙中的不清晰問題及時的與設(shè)計(jì)人員取得聯(lián)系。從后期監(jiān)理結(jié)果顯示，該項(xiàng)目的剪力墻質(zhì)量水平良好，能有效滿足該建筑承重的要求。

3 結(jié)語

總體而言，在高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)過程中，需要嚴(yán)格遵照相應(yīng)的施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)展開管理，并結(jié)合工程的具體要求進(jìn)行控制，通過實(shí)現(xiàn)全范圍內(nèi)的建筑施工設(shè)計(jì)質(zhì)量管理，保證建筑剪力墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量，為強(qiáng)化建筑整體性能奠定基礎(chǔ)。

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