高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化分析

楊海燕

摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)是目前高層建筑中常見的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)以抗震性能好和低成本的優(yōu)點，在行業(yè)中受到廣泛運用。所以說對剪力墻結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計是高層建筑設(shè)計中十分重要的環(huán)節(jié)。本文從剪力墻結(jié)構(gòu)概念入手，分析剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，以及在優(yōu)化過程中遇到的問題所采取的相應(yīng)措施，希望能為剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的完善提供指導(dǎo)性意見。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

1 引言

我國城市化進(jìn)程的加快，城市土地資源與快速增加的人口數(shù)量呈現(xiàn)出突出的矛盾，為了在有限的空間內(nèi)容納更多人口，在現(xiàn)代城市建筑中高層建筑越來越多。而對于高層住宅建筑來說，結(jié)構(gòu)的設(shè)計經(jīng)常采用的是剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)剛度大，在水平作用下側(cè)向變形小，整體性能好，在危險發(fā)生時能很好的保障人們的生命財產(chǎn)安全。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻結(jié)構(gòu)是指縱橫向的主要承重結(jié)構(gòu)全部為結(jié)構(gòu)墻的結(jié)構(gòu)。當(dāng)墻體處于建筑物中合適的位置時，它們能形成一種有效抵抗水平作用的結(jié)構(gòu)體系，同時，又能起到對空間的分割作用。結(jié)構(gòu)墻的高度一般與整個房屋的高度相等，自基礎(chǔ)直至屋頂，相對而言，它的厚度則很薄。因此，結(jié)構(gòu)墻在其墻身平面內(nèi)的抗側(cè)移剛度很大，而其墻身平面外剛度卻很小，一般可以忽略不計。所以，建筑物上大部分的水平作用或水平剪力通常被分配到結(jié)構(gòu)墻上。

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

剪力墻結(jié)構(gòu)之所以在高層住宅建筑中得到廣泛應(yīng)用，是因為剪力墻結(jié)構(gòu)體系，有很好的承載能力，而且有很好的整體性和空間作用，比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力，因此，可建造較高的建筑物，極大的加強(qiáng)了高層建筑的安全性。其次由于其使用的建筑材料是常見的鋼筋混凝土材料，施工簡單，成本相對較低，這種材料制成的墻體具有很好的延性變形和彎曲變形能力，能很好的防止墻體的脆裂。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性

對于高層住宅建筑來說，每個開間面積都不大，所以會有很多分隔墻的出現(xiàn)。這個時候利用分隔墻布置結(jié)構(gòu)剪力墻同時滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求，使建筑內(nèi)部更加美觀整齊，也為后期做室內(nèi)裝修設(shè)計提供方便。另外，由于該結(jié)構(gòu)具有很好的完整性和剛度，所以能節(jié)約鋼材料的用量，減低施工成本，提高建筑的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)存在的問題

剪力墻布置過多，剪力墻剛度很大將使結(jié)構(gòu)的周期短，地震效應(yīng)大，導(dǎo)致配筋率太高會造成浪費；另外，剪力墻結(jié)構(gòu)墻體多為構(gòu)造配筋，如果配筋率太低，則結(jié)構(gòu)延性差。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時為了達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)效果，必須做好實際判斷，合理布置剪力墻使剪力墻處于受彎工作狀態(tài)，才能讓剪力墻具有有足夠的延性，發(fā)揮其抗震作用。

3 剪力墻優(yōu)化設(shè)計的分析

3.1 結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在高層建筑中，要對剪力墻整體布局進(jìn)行設(shè)計，要盡量均勻的布置在建筑物的各個角落，例如：樓梯間和電梯間，還有一些平面形狀變化和豎向荷載較大的位置。當(dāng)平面的形狀有凹凸現(xiàn)象，并且這種凹凸現(xiàn)象很大的時候，就需要在凸起的頂端附近設(shè)置剪力墻。當(dāng)遇到及其不規(guī)則的平面時，我們應(yīng)調(diào)整建筑方案以免引起扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。另外，在對抗水平作用力和豎向荷載時要選擇風(fēng)壓較小的形式，這樣墻體受力就會均勻并且傳力更直接。在豎向布置時，應(yīng)使墻體體型均勻，避免較大的外挑和內(nèi)收，避免側(cè)向剛度和承載力突變大的結(jié)構(gòu)。

3.2 剪力墻的優(yōu)化

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的周邊設(shè)置有梁或者暗梁。縱向和橫向相鄰剪力墻連接在一起形成“L”、“T”形或者是矩形，這些形狀可以增加剪力墻扭轉(zhuǎn)的阻力以及剛度。一個剪力墻結(jié)構(gòu)中，在做墻體布置時要均勻放置，不要將個別的墻肢設(shè)置過長。如果出現(xiàn)這種情況，較長的墻肢在地震時承擔(dān)的地震力會加大，一旦超過負(fù)荷，偏長的墻肢就會由于地震的作用力產(chǎn)生破壞，而其余的墻肢結(jié)構(gòu)也不能起到抗震的作用，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患。

3.3 位移的優(yōu)化設(shè)計

我們在設(shè)計樓層間位移的變化時，要根據(jù)相關(guān)的國家規(guī)定，考慮到扭轉(zhuǎn)變形的情況。一般情況下，高層建筑想要防止樓層間和剪力墻的變化，通過減少扭轉(zhuǎn)變形。對于剪力墻來說，它的最大作用就是要保證地震發(fā)生時建筑不受到影響。對于它的側(cè)向剛度，一定要控制在規(guī)定范圍內(nèi)才會有抵抗地震的作用，同時還能節(jié)約成本。我們在做建筑樓層間位移的設(shè)計時，不僅要保證結(jié)構(gòu)的合理性還要使相關(guān)數(shù)據(jù)達(dá)到合理范圍，根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際計算情況來進(jìn)行調(diào)整。這樣才可以保證建筑的安全性，保證設(shè)計的合理。

3.4 連梁的優(yōu)化

連梁在高層建筑結(jié)構(gòu)中屬于耗能構(gòu)件，連梁在地震作用下，承受較大的剪力，容易發(fā)生剪切破壞，剪切破壞會降低結(jié)構(gòu)延性，給抗震作用造成不利影響。連梁的剪壓比與連梁的剛度和連梁所在的位置密切相關(guān)，為了降低剪壓比，有時需要增加連梁剛度，有時需要降低連梁剛度。往往不提倡通過增加連梁高度，主要考慮到連梁剛度太大會使得剪力墻變成整體小開口剪力墻，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體延性變差，同時連梁高跨比太大其剪切效應(yīng)十分明顯，截面限制條件會更加嚴(yán)格，更容易發(fā)生剪切破壞，因此在設(shè)計過程中需要對連梁的“強(qiáng)剪弱彎”進(jìn)行科學(xué)的計算，以維持連梁的結(jié)構(gòu)性能。

3.5 配筋的優(yōu)化

要對剪力墻墻體的配筋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，第一要做的就是做好對材料的選擇，其中最重要的就是鋼筋材料的選擇。首先，要對鋼筋的不同型號的質(zhì)量情況進(jìn)行檢查，這是最重要且不容忽視的一個步驟，只有鋼筋質(zhì)量合格才能允許進(jìn)入施工場地。對于配筋的要求一定要符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而且還要符合的最小的配筋率。在剪力墻設(shè)計中，還要特別重視的就是對墻體厚度的選擇，雖然規(guī)范規(guī)定最小厚度為200mm，但在實際設(shè)計中通過驗算其穩(wěn)定性滿足要求厚度采用180mm或160mm，也是可以的。同時，我們還要根據(jù)實際情況來進(jìn)行剪力墻的設(shè)計，這樣可以打大大降低投資成本。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題處理措施

4.1 方案的優(yōu)化選擇

對于不同建筑剪力墻的設(shè)計方案可以是多種的形式，例如，低于20層的建筑物，將傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)改為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，可以合理減少墻體用量，減輕結(jié)構(gòu)自重，地震作用也隨之減小，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效果和建筑功能效果。對于20層及20層以上的建筑物不適合運用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

4.2 加強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)均衡設(shè)計

我們在做剪力墻的優(yōu)化設(shè)計是還要注意加強(qiáng)對剪力墻結(jié)構(gòu)的均衡設(shè)計。設(shè)計師在設(shè)計過程中要充分對實地進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，還要根據(jù)建筑物平面的布局情況進(jìn)行分析，得出可能出現(xiàn)的各種突發(fā)情況，對高層剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理均衡的設(shè)計，并能做出最合適的受力均衡的方案，是整個建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)做到受力均勻。

4.3 完善管理機(jī)制

在對工程的施工中，需要加強(qiáng)對施工過程中的質(zhì)量管理及監(jiān)督檢查，確保施工人員能夠按照已定的設(shè)計方案進(jìn)行施工，不得擅自修改設(shè)計方案，并建立全面完善的管理制度，要求管理人員按照規(guī)定的管理條例施工，為整體的施工質(zhì)量做好保障，同時加強(qiáng)施工人員的團(tuán)隊合作意識及主人翁責(zé)任感。

5 結(jié)束語

近些年來，我國剪力墻工藝發(fā)展越來越快，取得了不斐的成績。但是在工藝發(fā)展的過程中也存在著一些問題，我們應(yīng)該提高對高層建筑墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平，并根據(jù)建筑的特征及地理條件進(jìn)行設(shè)計。本著實用科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全的原則進(jìn)行設(shè)計。從而更好的提高該行業(yè)的設(shè)計施工水平，為建筑工程提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐。

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