分析高層建筑剪力墻結構連梁設計問題

文/王宏鑫 長沙市規(guī)劃設計院有限責任公司 湖南長沙 410000

從建筑發(fā)展趨勢來說，高層建筑已經(jīng)成為主流。高層建筑能夠緩解土地資源壓力，滿足人們的建筑需求。不過在建設的過程中，存在著一定的難度。因為高層建筑設計不僅要注重質(zhì)量，還需要做好安全性把控。基于此，深度分析此課題，提出設計質(zhì)量把控策略，有著必要性。

1、剪力墻結構分析

從剪力墻設置方向來劃分，包括平面剪力墻和筒體剪力墻。剪力墻特征如下：1）抗震能力強；2）墻體剛度大。設計剪力墻結構，通常情況下墻體高度高，并且長度較長，一般采取鋼筋混凝土澆筑法，隨著高層建筑不斷增加，剪力墻結構被廣泛應用。從安全性和穩(wěn)定性角度來說，剪力墻結構設計中，需要做好連梁設計的把控。對于框剪結構設計，要嚴格按照相關規(guī)范，合理選擇材料，做好材料配比和強度的把控，進而保證連梁的抗剪能力。除此之外，要做好連梁高度和洞口寬度的把控。通過合理折減連梁高度，避免產(chǎn)生裂縫。

2、高層建筑剪力墻結構連梁設計實例分析

2.1 工程概述

以某模擬建筑工程為例，設計使用年限為50a，建筑抗震設防烈度為7度，建筑主體結構為剪力墻，裙房部分為框架結構。建筑總面積為6325.36m2，東西向長度為41m，南北長度約為15.2m。建筑平面圖如圖1所示。

圖1 建筑平面圖

2.2 設計指標

對于建筑主體剪力墻的布置，X向的墻肢較長，Y向墻肢中相對較長，墻肢盡量設計為T形或者L形。高度比要＞8。通過采取系列措施，保證剪力墻結構指標能夠達到建筑規(guī)范。總體指標直接影響著建筑結構總體判別，若剛度過大，周期過短，極易增加地震效應，造成資源浪費[1]。若剛度效小，建筑結構變形大，極易影響建筑物的使用性能。基于此，需要合理控制設計指標。

2.3 基礎設計

由于埋深的要求，通常情況下高層建筑需要設置地下室。使用筏板基礎，做好筏板厚度的把控，保證建筑結構的安全性以及工程建設效益。此建筑工程地上部分12層，地下1層。基于建筑勘察數(shù)據(jù)，筏板厚度選擇為1000mm，考慮到建筑效益，經(jīng)過計算，最終選擇800mm。在選擇基礎形式時，要做好方案對比分析，選擇最佳的基礎方案。此建筑工程長度50m，超過了規(guī)范要求，即45m，基于此采取后澆帶的方式，解決建筑結構過長問題。

2.4 剪力墻設計

此建筑剪力墻布置，剛心和質(zhì)心x向的位置相應；剛心和y向的差為0.5m。采取此方案，不僅能夠減少扭轉(zhuǎn)效應，還能夠保證經(jīng)濟性。將主梁布置在建筑剪力墻上，需要在對應的位置布置暗柱，實現(xiàn)彎矩控制。剪力墻參數(shù)如表1所示。在外側(cè)布置水平鋼筋，在內(nèi)側(cè)布置豎向鋼筋。按照高層建筑規(guī)范，設置構造邊緣構件。

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3、高層建筑剪力墻結構連梁設計問題的把控

3.1 嚴格按照規(guī)范設計

對于高層建筑剪力墻結構的設計，要嚴格按照相關規(guī)范，做好連梁設計的把控。對于跨高比小于5的剪力墻結構連梁，要遵循設計標準，適當按照框架梁設計。剪跨比小于5的連梁，受到豎向荷載作用，彎矩占據(jù)的比例小[2]。受到水平荷載作用，極易產(chǎn)生反彎，極易產(chǎn)生剪切裂縫。在設計的過程中，對于不同跨高比的連梁構件，要使用合理的代號。對于建筑的抗震設計，要將墻肢的長度，控制在600mm以上。對于腰筋的設計，其長度要大于墻體水平分布的鋼筋。總的來說，開展剪力墻結構連梁設計，要嚴格按照高層建筑規(guī)范，做好優(yōu)化分析，保證設計的質(zhì)量。

3.2 塑性調(diào)幅連梁彎矩

在進行剪力墻結構連梁設計時，若采取其他方法，仍舊存在抗剪承載力超限問題，可以采取塑性調(diào)幅連梁彎矩的措施。需要注意的是，經(jīng)過全部調(diào)幅后，彎矩設計值不可以小于調(diào)幅前的0.8倍或者0.5倍，同時不可以低于風荷載作用下的彎矩。除此之外，要按照相關規(guī)定，對經(jīng)過彎矩調(diào)幅后的剪力進行計算，同時驗算抗剪承載力。開展高層建剪力墻結構連梁設計，受到各類因素的制約較大。連梁內(nèi)力和剪力墻多少以及連梁剛度等，有著直接的關系。基于此，在進行連梁設計時，要做好各項因素的綜合分析，進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以保證設計結果的合理性以及科學性。

3.3 做好剛度和強度的把控

在進行高層建筑剪力墻結構連梁設計時，為了保證建筑的安全性和穩(wěn)定性，需要做好剛度以及強度的把控。設計人員要明確樓層水平荷載承受的最大值，了解其側(cè)壓力承受能力。在其可承受范圍內(nèi)，明確高層建筑各樓層的強度和剛度。完成設計后，需要做好分析和檢查工作，保證設計的合理性[3]。對于連梁設計，要做好全面的把控，保證建筑的抗震性能，進而保證使用者的財產(chǎn)安全以及生命安全。在設計環(huán)節(jié)，要做好細部優(yōu)化設計，保證建筑的安全性以及穩(wěn)固性，確保澆板受力的均勻性。

3.4 做好常見問題的把控

在進行高層建筑剪力墻結構連梁設計時，要做好常見問題的把控，具體從以下方面入手：1）連梁剛度折減。受到連梁跨高度和墻肢剛度因素的影響，連梁的剛度極易發(fā)生變化。若連梁剛度減少，則會影響著建筑的抗震能力，當發(fā)生嚴重撞擊時，極易發(fā)生倒塌事故。基于此，在設計的過程中，要合理折減連梁剛度。除此之外，考慮到地震的影響，連梁裂縫和變形問題常見。基于此，對于以風荷載為主要控制因素的高層建筑，要將連梁剛度折減系數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，盡量選擇最大值[4]。對于以地震為主要控制因素的高層建筑，折減系數(shù)要＞0.55。高層建筑剪力墻結構連梁，在風載荷的作用下，可能會產(chǎn)生連梁的正截面剛度降低情況，極易引發(fā)結構變形。對于此問題，采取增加剪力墻厚度的方式，來提高其承載能力。2）連梁承載力。部分連梁剛度折減后，其承載力仍舊無法達到標準。對于此問題，可以適當降低連梁彎矩，即采取提高彎矩值的措施，來保證連梁的承載力。

3.5 合理選擇連梁形式

為了能夠達到高層建筑設計標準，對于剪力墻結構的連梁設計，要合理選擇連梁形式。若使用型鋼混凝土連梁，則需要按照高層建筑規(guī)范的具體要求，做好設計把控。通常情況下，此方法適用于超高層建筑剪力墻結構設計。由于型鋼混凝土連梁具有復雜性，增加了施工難度，因此需要做好施工環(huán)節(jié)的把控。在進行設計時，要從建筑整體設計出發(fā)，做好綜合分析來選擇，保證設計的有效性[5]。

結語：

綜上所述，對于高層建筑剪力墻結構連梁設計，要注意折減問題、風荷載問題等。在設計過程中，做好常見問題的把控，尤其是剛度和強度的把控。合理選擇連梁形式，應用BIM技術優(yōu)化設計，做好設計全方面的把控，保證設計的質(zhì)量。